על האנטומיה של כוכבי לכת מחוץ למערכת השמש

18 כוכבי הלכת שהתגלו (עד לתאריך הכתבה) סביב כוכבי שבת אחרים גורמות לחשיבה מחדש באשר לתהליך היווצרותם של כוכבי הלכת

אבי בליזובסקי

גילויים של כוכבי לכת מסביב לכוכבים אחרים הפך את האסטרונומים לרודפי תענוגות. זה לא שהם אוכלים כל יום בסכו”ם החגיגי, שותים שמפניה או מתלבשים בהידור לארוחות הנערכות לאור נרות בכל הלילות הארוכים מתחת לכיפת מצפה הכוכבים; הם עדיין אוכלים את אותם סנדוויצ'ים אומללים וזוללים את שקיות החטיפים, תודה רבה. אבל כיום טעמם נע יותר לכוון זה של הגיגיו הקוסמיים של מייסד הפילוסופיה האפיקורסית.
אפיקורוס, פילוסוף יווני שחי במאה הרביעית לפני הספירה, לא חזה בדיוק את קיומם של כוכבי לכת סביב כוכבים אחרים מלבד השמש, אבל הוא האמין באינסופיות העולמות, כלומר בקיומם של מערכות המאורגנות לפי סדר ושיטה הנמצאות מעבר ליקום הנראה לעין, כפי שנתפס אז. גישה זו התעמתה עם גישת הקוסמוס שבמרכזו כדור הארץ של אריסטוטלס בן זמנו, שהקוסמולוגיה שלו שלטה בחשיבה המערבית במשך למעלה מ_ 2000שנה.
רק בשלושת העשורים האחרונים אימתו האסטרונומים את קיומן של הספקולציות האפיקורסיות בנוגע לריבוי העולמות, מושג שבמאות האחרונות קיבל את משמעות קיומם של כוכבי לכת מעבר לגבול מערכת השמש, שיתכן אף שחלקם מיושבים. אבל בעוד שהאסטרונומים מורידים את כובעם בפני אפיקורוס, הם היו רוצים שהוא נותן להם עצות להבנת כוכבי הלכת המרוחקים בהן הם מבחינים בטלסקופים שלהם.
גילוי משהו אינו זהה להבנת מה שהתגלה. ככל שהאסטרונומים חוקרים יותר את גוף העדויות ההולך ונערם בנושא קיומם של כוכבי לכת מחוץ למערכת השמש, כך שהם דומים פחות למערכת כוכבי הלכת היחידה אותה הכירו ועליה ביססו את התאוריות שלהם : משפחת כוכבי הלכת של השמש.
מספירה אחרונה עולה כי אסטרונומים מארוצת הברית ואירופה הבחינו ב_ 18כוכבים דמויי שמש שנראה שתנודותיהם נראות כמושפעות מכח המשיכה של כוכבי הלכת הבלתי נראים החגים סביבם, והם בהחלט מצפים למצוא עוד. אבל הם חושדים שראו מספיק בכדי להתחיל ולתכנן מחדש את הדרך שבה הטבע יוצר והורס כוכבי לכת, ומתכנן את ריקודי המינואט שלהם.
תשעה מבין כוכבי הלכת הללו קרובים יותר אל כוכבי האם שלהם מהקרבה הקיימת בין מקרורי (כוכב חמה) לשמש, קרוב יותר משניבאה התאוריה הסטנדרטית כמרחק הסביר העשוי להיות בין כוכבי לכת לשמש שלהם, אחד מהם הוא כה קרוב עד כי הוא משלים סיבוב מושלם _ שנה שלמה _ כל 3.1ימי כדור הארץ. תשעת האחרים נעים במסלול אליפטי, או אוואלי, מוזר, כשחלק מהם צוללים קרוב מאד אל השמש שלהם ואחר כך מתרחקים למרחק רב. מסלולי התנועה במערכת השמש שלנו הם כמעט עגולים. חלק מכוכבי הלכת שמחוץ למערכת השמש הם בעלי מסה הגדולה כמעט פי שלוש מזו של צדק, כוכב הלכת הגדול ביותר במערכת השמש, ואחד המוערך כבעל מסה הגדולה פי 11משלו _ דבר הגורם להעלאת השאלה מהי המסה המקסימלית האפשרית של כוכבי הלכת.
ד”ר ג'פרי וו. מארסי, האסטרונום מאוניברסיטת סאן פרנסיסקו שהיה לו חלק ברוב הגילויים, הופתע כמו כולם. “מגילויים אלו עולה מגמה שחשבנו, בכנות, שלא תשרוד”, הוא אמר.
אבל היא שרדה, והשאלות הולכות ונערמות. לכוכבים רבים יש כוכבי לכת, כפי שמעלים הגילויים, אבל האם ישנה תבנית טיפוסית? האם יתכן שהמערכת השמש היא היוצאת מהכלל? אם כן, האם הדבר מקטין את סיכויי קיומם של חיים אינטליגנטים במקום אחר ביקום?
ד”ר אלן פ. בוס, תאורטיקן של מערכות פלנטריות במכון קרנגי בוושינגטון, חושב שבסופו של דבר האסטרונומים “ימצאו מערכות הדומות למערכת השמש שלנו”. הוא מודה כי הם עשויים גם “למצוא הפתעות רבות יותר שיגרמו לנו לחשוב מחדש על מה שאנחנו עושים”.
האסטרונומים מודים כי עד כה המדגם שלהם של כוכבי הלכת הנמצאים מחוץ למערכת השמש עשוי שלא להיות מייצג, אלא רק השתקפות של יכולת האיתור שלהם. אין להם כל הוכחה לקיומו של כוכב אחר דמוי השמש שסביבו חג יותר מכוכב לכת אחד, או אחר הקטן בהרבה מצדק. אבל זה קל יותר להבין בהשפעות כח המשיכה של כוכבי הלכת מסוגו של צדק, בפרט אלו הקרובים מאד לכוכבים סביבם הם נעים. נדרשות שנים של תצפיות חוזרות ונשנות כדי לאסוף עדויות מהימנות על כוכבי הלכת הנעים במסלולים הארוכים יותר ובמרחקים גדולים יותר מהכוכב. ואין זה אפשרי עדין להבחין בכל מסלול שהוא, קרוב או רחוק בכוכב לכת הדומה בגודלו לכדור הארץ או אפילו שבתאי.
הגילוי האחרון, עליו הוכרז בחודש שעבר, היה על כוכב הלכת הקטן ביותר שהתגלה מחוץ למערכת השמש, בעל מסה הקטנה במחצית מזו של צדק והגדול רק פי 1.4מזו של שבתאי. כוכב הלכת, הנע במסלול הדוק של 3.5ימים סביב הכוכב ,HD 75289התגלה על ידי צוות אסטרונומים שוויצים בראשם עמד ד”ר מייקל מיור ממצפה הכוכבים שבג'נווה, שדיווח באוקטובר 1995על המצאותו המוכח של כוכב הלכת הראשון שהתגלה כנע סביב לכוכב אחר הדומה לשמש.
בעשור הבא מקווה נאס”א להטיס מספר טלסקופי חלל בכדי לערוך סריקה יותר מקיפה של כוכבי לכת החגים סביב כוכבים הקרובים יחסית למערכת השמש. על שולחן השרטוט מונח לווין מתקדם הנקרא 'פלנט פינדר' שיום אחד יוכל לשלוח בחזרה את התמונות הראשונות של כוכבי לכת הדומים לכדור הארץ הנמצאים מחוץ למערכת השמש.
“כרגע זהו תחום מאד מרגש”, אמר ד”ר סטיבן לובו, אסטרופיזיקאי במכון המדעי של טלסקופ החלל בבאלטימור, הגילויים בפרוש פתחו חלון חדש להבנת טיבם של כוכבי הלכת ביקום”.
]הגילויים הראשונים של כוכבי לכת מחוץ למערכת השמש צריכים היו להכין את האסטרונומים לצפות לבלתי צפוי. ב_ ,1992דיווחו אסטרונומי רדיו על העדויות החזקות הראשונות לקיומם של עצמים אלו, אבל שני כוכבי לכת אלו לא נעו סביב כוכב רגיל. הם ליוו פולסאר (כוכב הפולט קרינה אלטרומגנטית במרווחי זמן קצובים), שרידיו הצפופים של כוכב שהתפוצץ, אזור שאין זה סביר שיתקיימו בה חיים.
ד”ר מיור וד”ר דידייה קלוז משווייץ, איתרו כוכב לכת ליד ,51 Pegasiכוכב הדומה מאד לשמש, דבר שאושר לראשונה על ידי ד”ר מארסי ועמיתו, ד”ר ר. פול באטלר. האישור הראשון לקיומו של כוכב לכת הנע מסביב לכוכב אחר הפתיע את האסטרונומים. שני הצוותים הופתעו לגלות שכוכב הלכת, בעל המסה הקטנה במחצית מזו של כוכב הלכת צדק, נע במסלול מעגלי הקטן יותר משישית המרחק המקביל בין צדק לשמש.
מאז, התחבטו התאורטיקנים בשאלה איך הצליחו חלק מכוכבי הלכת הגדולים יותר _ שכונו “צדקים חמים” בשל קרבתם לחום העז של הכוכבים שלהם _ להיות במקום שבו הם נמצאים. מדוע לא היו הם במרחק המקביל לזה הקיים בין כוכב הלכת צדק והשמש? מאחר וחוקי הפיזיקה הידועים מוציאים מכלל אפשרות את היווצרותם של כוכבי לכת גדולים בקרבה כה גדולה לכוכב, חושבים התאורטיקנים כי הם נוצרו באווירה היותר נעימה והמרוחקת ונדדו פנימה. כוכבי הלכת חסרי המזל התנפצו ככל הנראה אל תוך הכוכבים שלהם. האחרים התמקמו איכשהו במסלולים נוחים במרחק הקטן מרבע היחידה האסטרונומית, המדד הסטנדרטי בו מודדים מרחקים בחלל החיצון שבו יחידת מרחק אחת שווה למרחק שבה השמש לכדור הארץ, או 150מיליון ק”מ.
תאורית הנדידה שזכתה לתשומת הלב הרבה ביותר הוצגה על ידי ד”ר דאגלס לין מאוניברסיטת קליפורניה שבסנטה קרוז, ד”ר פיטר בודנהיימר מקמפוס האוניברסיטה שבסנטה ברברה וד”ר דרק ריצ'ארדסון מאוניברסיטת וושינגטון. ד”ר ויליאם ווארד ממכון המחקר סאותאיסט שבבולדר, קולרדו, ביצע מחקר על בסיס רעיון זה, ופיתח תאוריות המסבירות את ההשפעה ההדדית הקיימת בין הטבעות והלווינים הסובבים את כוכב הלכת שבתאי.
לפי התאוריה השלטת, מערכת של כוכבי לכת נוצרת מדיסקה של גז, אבק וסלעים המקיפים כוכב שזה עתה נולד. חום הכוכב ירחיק את הגז מחלקה הפנימי של הדיסקה וימנע את התהוותם של כוכבי לכת גזיים. כוכבי לכת אלו יתפתחו בחלק החיצוני של הדיסקה העשירה בגז.
בתקופת היווצרות כוכבי הלכת הדיסקה מלאה בגז ואבק. הכוכב הצעיר מושך אליו פנימה אל חומר הדיסקה והדבר עשוי למשוך את רבים מכוכבי הלכת הגדולים מחוץ למסלול המקורי שלהם. אסטרופיזיקאים מניחים כי קיימות תופעות המונעות מלפחות חלק מכוכבי הלכת מלהתנפץ אל תוך כוכביהם. האחת היא שכשהכוכב היה צעיר הוא הסתובב במהירות גדולה יותר, דבר שיצר כוחות גאות ושפל העוצרים את נדידת הכוכב לעבר שואה מובטחת. רעיון אחר, שהוצע על ידי צפיה בכוכבים צעירים, מבוסס על הסבירות שכח המשיכה או הכוחות המגנטים של כוכבים שזה עתה נוצרו מסירים את כל החומר שנשאר מהדיסקה בסביבתם הקרובה, דברש המותיר במרכז חור כמו זה שבכערך. כאן מתמקמים כוכבי הלכת הנודדים במסלולים הסופיים שלהם.
ד”ר לין, שתהה מדוע דבר כמו זה לא קרה לכוכב הלכת צדק, החליט כי ה”הצדקים” הקדומים במערכת השמש נדדו ככל הנראה עד שהתנפצו אל תוך השמש. צדק, וכוכבי לכת הקיימים במערכת השמש שלנו מייצגים את הדור האחרון, שנוצר בעת שהדיסקה הפלנטרית התפזר והשאיר מאחוריו תנאים יותר יציבים. או שיתכן שבדיסקה הטרום פלנטרית לא היה די גז ואבק כדי שיפריעו למסלולם של כוכבי הלכת החדשים.
שינוי עדכני יותר של תאוריית הנדידה הוצג על ידי צוות תאורטיקנים מאוניברסיטת טורונטו בראשם עמד ד”ר נורמן מוריי. בתקופת ההתפתחות המוקדמת, הם טוענים, יתכן שכוכבי הלכת נעו דרך דיסקה של עצמים סלעיים קטנים שהתנגשו עם כוכבי הלכת או נפלטו מהם.
אחד הגופים הראשונים בהם הבחין הצוות מארסי_באטלר, שדווח בינואר ,1996גרם לבלבול נוסף. מסת כוכב הלכת שהתגלה כחג מסביב ל_ 70 Virginisהיתה גדולה ביותר מפי שבע מזו של כוכב הלכת צדק והוא גם לא היה כה קרוב לכוכב שלו כמו האחרים, אבל גם המסלול שלו היה מאד אליפטי. גילויים של כוכבי לכת אחרים חשפו מאפיינים דומים. כוכב הלכת הנע סביב 16 Cygni Bהיה בעל המסלול האליפטי ביותר. אם הוא היה במערכת השמש הוא היה מתקרב עד למרחק השווה לזה שבין נוגה לשמש ואז היה מתרחק אל חגורת האסטרואידים שבין מאדים לצדק.
כמה מכוחות המשיכה החזקים ביותר אומרים האסטרופיזיקאים היו חייבים להפריע למסלול כוכבי הלכת. כוכב שבט המתקרב קרוב מדי לאותה מערכת עשוי להוציא את כוכבי הלכת ממסלולם המעגלי.
אפשרות אחרות היא שכוכב האם של אותו כוכב הלכת הוא בעצמו חלק ממערכת של כוכבים כפולים (צמד כוכבים הנעים בחיבוק גרביטציוני) בו הכוכב המלווה עשוי לשנות את מסלוליהם של כוכבי הלכת.
ד”ר פרידריק א. ראסיו מ MIT_שבמסצ'וסטס ביחד עם ד”ר אריק פורד, העלו רעיון של התפזרות גרביטציונית המסבירה באופן טבעי ופשוט את קיום כוכבי הלכת בעלי המסלולים האליפטיים. לפי גישתם הרעיון מערב שניים או יותר כוכבי לכת ענקיים הנמצאים קרוב מאד אחד אל השני כך שהם יוצרים סוג של קלע גרביטציוני. הכוחות עשויים לקלוע את אחד מאותם כוכבי הלכת מתוך המסלול המשותף אל מערכת השמש הפנימית בעוד האחר עשוי לעוף אל קצות מערכת השמש ואולי אף להמלט אל החלל הבין כוכבי.
תשריט כזה עשוי גם להסביר מדוע אסטרונומים לא מצאו עד עכשיו יותר מכוכב לכת אחד הנע מסביב לכוכב יחיד. כל כוכב גדול אחר שהיה עשוי להיות שם הועף למסלול רחוק ועמוק יותר והיה בלתי ניתן לגילוי בזמן הקצר שבו חיפשו האסטרונומים אחר עדויות לכוכבי לכת הנעים מסביב לשמשות אחרות.
יתר על כן, רק כוכב לכת אחד הנע במסלול אלפיטי, היה מבשר שואה לכוכבי הלכת הקטנים יותר הנקרים בדרכו פעם אחר פעם, שהיה מוציא אותם ממסלולם או הורס אותם בעזרת כוחות המשיכה האדירים שלו.
“אם כוכב הלכת צדק שלנו היה נע במסלול אליפטי, כדור הארץ ומאדים היו קרוב לוודאי נהדפים אל מחוץ למערכת השמש”, אמר ד”ר מארסי. “מכאן שקיומנו תלוי בכך שכוכב הלכת צדק והן כדור הארץ ישארו במסלולים יציבים ועגולים”.
ההשלכות הן עמוקות לקראת החיפוש של חיים בכוכבי לכת מחוץ לכדור הארץ. “הבריונים הענקיים ניקו את כוכבי הלכת הארציים מאותם מערכות שמש והשאירו אותם ללא מקבילה אפשרית לכדור הארץ”, אמר ד”ר מארסי.
אולם, ד”ר מארסי נוקט בגישה אופטימית יותר. מכל הכוכבים דמויי השמש שנבחנו עד כה לצורך חיפוש כוכבי לכת. רק בחמישה אחוזים נמצאו כוכבים דמויי כוכב הלכת צדק הנעים במסלולים אליפטיים. הדבר משאיר % 95מהמערכות נקיות מכוחות ההרס ועשויות לשמש מקום מבטחים לכוכבי לכת נושאי חיים.
כל התאוריות מסבירות את אותם כוכבי הלכת שזה עתה התגלו מסביב לכוכבים אחרים, אמר ד”ר ראסיו, נותרות בשלב ראשוני בלבד. התאורטיקנים סובלים ממיעוט תצפיות ועדיין יש צורך לאתר יותר מכוכב לכת אחד הנעים סביב כוכבי לכת דמויי שמש. שניים או שלושה העצמים שנעו מסביב לפולסאר ואשר התגלו ביחד העניקו הצצה קטנה ביותר. דיווחים קודמים על אפשרות גילויים של שני כוכבי לכת סביב Lalande 21185טרם אושרו.
“אם את הרוא רק מלווה אחד סביב ככוב, אינך יכול לומר שזאת מערכת שמש”, אמר ד”ר ראסיו. “זו תהיה פריצת הדרך הגדולה באה, מציאת מספר רב של כוכבי לכת ואחר כך הצבת מגבלות מסוימות לתכונותיהם והתנהגותם של מערכות שמש אחרות. זה הגביע הקדוש שלנו”.
ציידי כוכבי לכת כדוגמת ד”ר מארסי ממשיכים לחפש. הם מדברים על מספר רמזים מעניינים, אך שום דבר העשוי לשמש עילה לחגיגה לאפיקויאנים החדשים.