טלסקופ ג’יימס ווב של נאס”א יחקור את ראשיתה של מערכת השמש שלנו

חוקרים יצפו באמצעות טלסקופ החלל המתוכנן באסטרואידים מרוחקים, מהם עם ירחים, כדי להוסיף וללמוד על התהוותה של מערכת השמש שלנו ועל תולדותיה

מאת: מכון המדע טלסקופ החלל, 21 במאי 2020, תרגום: זיו עדאקי

מיליוני אסטרואידים משוטטים במערכת השמש שלנו. רבים מקובצים בין מאדים לצדק, בחגורת האסטרואידים הראשית, ורבים אחרים מרכיבים קבוצה נוספת, הידועה בשם אסטרואידים טרויאנים, שמובילים את צדק ונעים בעקבותיו כאחד. מה יכולים לספר לנו גושי הסלע האלה, שנעים במהירות במערכת השמש שלנו כאילו היו מכונית מרוץ, על היווצרותה של מערכת כוכבי לכת זו? מחקר שיחל בקרוב באמצעות טלסקופ החלל של נאס”א ג’יימס ווב, ובהובלתו של אנדרו ס’ ריבקין (Andrew S. Rivkin) מהמעבדה לפיזיקה יישומית באוניברסיטת ג’ון הופקינס, יניב מידע חדש שיסייע לאסטרונומים להתחיל לפתור את התעלומות הללו.

“מה שנפלא באסטרואידים הוא שהם רבים כל כך,” אומר ריבקין. “המשמעות היא שתמיד יהיה אובייקט בוהק דיו בדיוק מקום הנכון, כדי שווב יוכל לצפות בו.”

שותפותיו של ריבקין הן כריסטינה א’ תומאס (Cristina A. Thomas) מאוניברסיטת צפון אריזונה, סטפני נ’ מילאם (Stefanie N. Milam) ממרכז טיסות החלל גודרד של נאס”א והיידי אמל (Heidi Hammel), אסטרונומית פלנטרית וסגנית נשיא איגוד האוניברסיטאות למחקר אסטרונומיה (AURA) בוושינגטון הבירה, יחדיו הם יצפו באסטרואידים הללו באור תת-אדום (אינפרה-אדום) בתחום קרוב ובינוני .

עבודתו של צוות הזה תוסיף תצפיות חדשות רבות לגוף המחקר ההולך וגדל העוסק באסטרואידים, ותסייע להם להעשיר את הידע על מקורותיהם ועל היווצרותם של אסטרואידים, מידע שיספק רמזים אשר להיסטוריית התנועה של כוכבי לכת במערכת השמש הצעירה.

ראשיתה של מערכת השמש

דמיינו את מערכת השמש שלנו עם היווצרותה לפני 4.6 מיליארד שנים: סביב השמש הצעירה, דסקה של גז ואבק שמתערבלים, מתעבים לאִטם ויוצרים אובייקטים קטנים. כשגופים גדולים יותר, כגון צדק ושבתאי, התחילו להתעצב, הם אספו אליהם גושים של גז והלכו וגדלו יותר ויותר. עד מהרה, השפעת כוח הכבידה של הגופים הגדולים הללו החלה לחצוב בדסקה ויצרה בה פערים.

טלסקופ החלל ג’יימס ווב של נאס”א. קרדיט: המעבדה להמשגת תמונה (Conceptual Image Lab) במרכז לטיסות החלל גודרד של נאס”א
משך מיליוני שנים, התאוריה גרסה שצדק, שבתאי, אורנוס (אורן) ונפטון (רהב) החלו לנוע מהמקום שבו נוצרו בראשיתם למיקומם היום, המשיכו לעצב את מרכזה של מערכת השמש, ובסופו של דבר, נעלו במסלולים קבועים שאריות סלעים בין מאדים לצדק. עם תנועתו של צדק פנימה, הוא עורר את האובייקטים הקטנים הללו לתנועה מתמדת, וכך הקשה עליהם להתאחד זה עם זה לכדי גופים גדולים יותר כמו כוכבי לכת.

השאריות המבולגנות הסלעיות הללו הן אסטרואידים. היום, מדענים יודעים שאסטרואידים היו “אבני הבניין” של כוכבי הלכת הסלעיים הפנימיים. יש אסטרואידים שנוצרו קרוב יותר לשמש ואחרים רחוק יותר, וכך ההרכב שלהם מגוון מאוד. אחד הדברים המסקרנים שחוקרים כבר למדו על אודות אסטרואידים הוא שייתכן שרבים מהם לא נוצרו במסלול שבו הם חגים כעת.

הסלעים המככבים

קבוצת המחקר מתכננת לבחון חמישה אסטרואידים ידועים, שלושה בחגורת האסטרואידים הראשית ושני אסטרואידים טרויאנים (אסטרואידים החולקים את מסלולם עם צדק), באמצעות אורכי גל תת-אדום בתחום הקרוב והבינוני כדי להרחיב ולהשלים משימות תצפית אחרות של נאס”א ולנסות את השיטות החדשות באמצעות ווב.

הם יצפו באסטרואידים הללו, בין היתר, באמצעות הספקטוגרף התת-אדום בתחום הקרוב של ווב, כלי שמפריד אור לצבעים המרכיבים אותו כדי ליצור ספקטרום , שאותו ינתחו החוקרים כדי ללמוד על הרכבו של כל אובייקט.

אחת המטרות המרכזיות בחגורת האסטרואידים הראשית הוא כוכב לכת ננסי המוכר בשם קֶרֶס (Ceres), שגשושית השחר של נאס”א ביקרה בו בשנים 2015–2018. על פני השטח של קרס מינרלים המכילים אמוניה, דבר שמוביל חוקרים לתהות אם הוא נוצר רחוק יותר במערכת השמש או אם כוכב הלכת הננסי השתלב עם חומר ממקור מרוחק יותר. המדידות של ווב באורכי גל ארוכים מאלה שמספקת גשושית השחר, יספקו נתונים ייחודיים ומשלמים, ואלה יוכלו לשמש את הצוות כדי לבחון אם המסקנות הקודמות בדבר הרכב בפני השטח של קרס אכן נכונות. בד בבד, התצפיות יסייעו ליצור שיטת תצפית במטרות שעשויות להיות מעט בוהקות מכדי לצפות בהן באורכי גל אלו באמצעות ווב. “אנו נפיק את המיטב מחקר אובייקט בוהק זה, כדי לפתוח את הדלת להזדמנויות מדעיות חדשות, שחוקרים אחרים יוכלו לבצע באמצעות ווב,” אומרת מילאם.

קֶרֶס הוא כוכב לכת ננסי בחגורת האסטרואידים הראשית, שבין מאדים לצדק. ב-2021, אחרי שישוגר טלסקופ ג’יימס ווב לחלל, הוא יסייע לחוקרים ללמוד יותר על התהוותה של מערכת השמש באמצעות צפייה באובייקטים כגון קרס באמצעות יכולותיו העוצמתיות של ווב בתחום התת-אדום. קרדיט: טכנולוגיית ויזואליזציה יישום ופיתוח של נאס”א (NASA Visualization Technology Applications and Development)

פאלאס (Pallas), האסטרואיד השני בגודלו בחגורת האסטרואידים הראשית, מועמד להיות כוכב לכת ננסי, הוא עוד מטרה חשובה. בשל מסלולו, יהיה קשה לרכב חלל לבקר בפאלאס. הצפייה בו באמצעות ווב, תאפשר לצוות לאסוף נתונים על פני השטח שלו ועל הרכבו, נתונים שיהיה קשה להשיגם בדרך אחרת. הצוות גם ישווה את המדידות של פאלאס ושל אסטרואיד נוסף, היגיאה (Hygeia), גם הוא מועמד להיות כוכב לכת ננסי, עם נתונים על קרס; ההשוואה תסייע לחוקרים לזהות את הנקודות הדמיון והשוני במטרותיהם אלו. השוואות אלו עשויות להציע רמזים על תולדות ההתהוות של אבני הבניין הללו של כוכבי הלכת הפנימיים.

המטרות הטרויניות, פטרוקלוס (Patroclus) והקטור (Hektor), שונות מאוד מהאסטרואידים אחרים שווב יצפה בהם – לא רק בשל מיקומם סמוך לצדק, אלא משום שלמטרות אלה יש ירחים. הקטור הוא אסטרואיד בינארי, והירח שלו נע במסלול קרוב. לעומת זאת, בין פטרוקלוס לירח שלו המרחב גדול יותר. “ווב יאפשר לנו לחקור כל אחד מהאסטרואידים ומהירחים שלהם בנפרד,” מסביר ריבקין. “באמצעות חקר הירחים, נוכל גם לבחון איך כל אחד מהאסטרואידים הבינאריים הללו נוצרו ונשווה בין שתי המערכות.” הנתונים יסייעו לאסטרונומים גם לכייל מודלים המתארים כיצד אסטרואידים טרויאנים נתפסו במסלולם הנוכחי.

איור של התקבצויות של אסטרואידים במערכת השמש. חגורת האסטרואידים המרכזית מתפרשת בין מאדים לצדק, והאסטרואידים הטרויאנים מובילים את צדק ועוקבים אחריו כאחד. חוקרים יודעים עתה שאסטרואידים היו “אבני הבניין” של כוכבי הלכת הפנימיים. אלו שנותרו, הם סלעים חסרי אוויר שלא הצליחו לדבוק זה בזה ולהיות לגופים גדולים יותר, בזמן התהוותה של מערכת השמש לפני 4.6 מיליארד שנים. קרדיט: נאס”א, סוכנות החלל האירופית וג’ אולמסטד (STScI)

נתונים לכל קהילת המדעים הפלנטריים

הצוות בחר בקפידה את מטרותיו לתכנית, וידא שהנתונים שיופקו ירחיבו את הנתונים של משימות ותצפיות נוכחיות ועתידיות. “פטרוקלוס, למשל, הוא מטרה של משימה עתידית של נאס”א בשם לוסי (Lucy),” אומרת תומאס. “אנו נוכל להשוות בין הנתונים של ווב לנתונים קודמים, שמקורם בתצפיות מהקרקע. יהיו הרבה נתונים משלימים לבחון.”

באמצעות חשיפת תולדותיהם של האסטרואידים המסוימים הללו, צוות המחקר מקווה ללמוד יותר על עברה של מערכת השמש שלנו. הם מדגישים שווב מספק הזדמנות יוצאת דופן, לא רק בזכות התמחותו באור תת-אדום, אלא גם משום שבכמה מהמטרות הללו קשה מאוד לצפות באמצעות מתקנים אחרים. “ווב מאפשר לנו ‘לבקר’ הרבה יותר אסטרואידים באמצעות תצפיות באיכות גבוהה, שכמותן איננו יכולים להשיג באמצעות טלסקופים המוצבים על הקרקע,” אומר ריבקין.

מצפה הכוכבים גם מציע הזדמנויות מחקר חדשות. “ווב יפתח חזית חדשה בעבור כל מדענים,” מסבירה מילאם. “הנתונים שלנו יובילו לשאלות חדשות ויעוררו הרבה רעיונות מדעיים חדשים שאסטרונומים ששוקלים להשתמש בווב בעתיד יוכלו לעסוק בהם.”

המחקר הזה הוא מכלל תכנית Webb Guaranteed Time Observations (GTO), שאותה מובילה היידי אמל, חוקרת בין-תחומית של ווב. חוקרים שעבדו עם נאס”א כדי ליצור את היכולות המדעיות של ווב במהלך פיתוחו, זכו להקצאת זמן מחקר בתכנית זו.

“המטרה של המחקרים הללו היא לוודא שאנו לא רק עושים את המדע הטוב שביכולתנו לעשות, אלא גם בונים את התשתית הדרושה למחקר שייערך באמצעות ווב בעתיד,” אומרת אמל.
כאשר ישוגר לחלל ב-2021, טלסקופ החלל ג’יימס ווב יהיה מצפה הכוכבים המדעי הראשון מעולם. ווב יפתור תעלומות במערכת השמש שלנו, יצפה בעולמות מרוחקים ויחקור את המבנים המסתוריים ואת מקורותיו של היקום שלנו ושל מקומנו בתוכו. ווב היא משימה בין-לאומית שמובילה נאס”א עם שותפותיה סוכנות החלל האירופית וסוכנות החלל הקנדית.

באותו הנושא באתר הידען:

• החיים בקו התפר בין הצד המואר לאפל: טלסקופ החלל ג’יימס ווב יוכל לבחון את הרכב האטמוספירה של פרוקסימה קנטאורי b
• קרס – סיכום ממצאים
• חוצנים נושמי מימן עשויים להתקיים על כוכבי לכת, השונים למדי מכדור הארץ