חוקרי ETH ציריך טוענים שכמות החמצן בזמן היווצרות ליבת כוכב הלכת חייבת להיות בטווח צר, כדי לשמור גם על זרחן וגם על חנקן זמינים לחיים
מחקר חדש מ־ETH Zurich מציע קריטריון קשוח במיוחד לחיפוש חיים: לא די בכך שכוכב לכת סלעי נמצא במקום שבו מים יכולים להתקיים. כדי שחיים כפי שאנו מכירים אותם יתפתחו, צריך גם סט תנאים כימיים מוקדם מאוד, בזמן היווצרות הליבה המתכתית של כוכב הלכת, שמונע משני יסודות קריטיים – זרחן ו־חנקן – להיעלם אל הליבה או לברוח לחלל.
המחקר, בהובלת Craig R. Walton ובשיתוף פרופ’ Maria Schönbächler, פורסם ב־9-2-2026 ב־Nature Astronomy. (Nature)
למה דווקא זרחן וחנקן?
שני היסודות האלה מתוארים במחקר כמעין “שומרי סף” לכימיה של החיים.
זרחן הוא רכיב יסוד ב־DNA וב־RNA, והוא גם מרכזי בניהול אנרגיה בתא. חנקן הוא מרכיב בסיסי בחלבונים – חומרי הבניין והתפעול של תאים. אם כוכב לכת מאבד נגישות לזרחן או לחנקן כבר בשלבי ההיווצרות, הוא עלול להישאר “מבטיח” מרחוק – אך חסר את חומרי הגלם שהביולוגיה נשענת עליהם.
לפי החוקרים, המפתח הוא לא מה שקורה רק אחרי שכבר יש קרום יציב ואוקיינוסים, אלא מה שהתרחש מוקדם בהרבה – כאשר כוכב לכת צעיר היה עדיין עולם של סלע מותך, והליבה המתכתית החלה להיבנות.
היווצרות ליבה: “רולטה קוסמית” של חמצן
כוכבי לכת סלעיים בתחילת דרכם עוברים שלב שבו מתכות כבדות (כמו ברזל) שוקעות פנימה ויוצרות ליבה, בעוד חומרים קלים יותר נשארים מעליה ויהפכו למעטפת ולקרום. אבל במקביל למיון הפיזיקלי הזה מתרחש מיון כימי: חלק מהיסודות “מעדיפים” להתחבר למתכת ולרדת לליבה, ואחרים “מעדיפים” להישאר בסלע. כאן נכנס גורם־על אחד שמטה את הכף: כמות החמצן הזמינה בזמן היווצרות הליבה.
המחקר מתאר דילמה כפולה:
- אם יש מעט מדי חמצן, זרחן נוטה להיקשר לברזל ולמתכות אחרות ולשקוע לליבה. לאחר מכן הוא כמעט “ננעל” שם – והרבה פחות זמין לסביבה שבה חיים אמורים להתפתח.
- אם יש יותר מדי חמצן, זרחן דווקא נוטה להישאר במעטפת, אבל אז חנקן עלול להפוך פגיע יותר לבריחה לאטמוספרה ולבסוף לאובדן לאורך זמן. במילים אחרות: תנאים שמצילים יסוד אחד עלולים להקשות על שמירת השני.
“אזור זהב כימי”: הטווח הצר שבו שני היסודות נשארים זמינים
באמצעות מודלים ממוחשבים, החוקרים מצאו שיש טווח צר מאוד של תנאי חמצון “ביניים” שבו גם זרחן וגם חנקן נשארים במעטפת בכמויות שמספיקות לתמוך בחיים. הם מכנים זאת “אזור זהב כימי” (Chemical Goldilocks zone).
הטענה הדרמטית היא שכדור הארץ “נפל בדיוק” לתוך הטווח הזה בזמן היווצרות הליבה – לפני כ־4.6 מיליארד שנה – ולכן שמר על שילוב נדיר של חומרי בניין לחיים. החוקרים מדגישים שאם כמות החמצן אז הייתה מעט גבוהה יותר או מעט נמוכה יותר, ייתכן שלא היו נשארים מספיק זרחן או חנקן כדי לאפשר את התפתחות החיים כפי שאנו מכירים אותם.
המודלים מצביעים גם על כך שכוכבי לכת אחרים במערכת השמש נוצרו תחת תנאים שונים. לדוגמה, במאדים תנאי החמצון בזמן היווצרותו היו מחוץ לאותו “טווח צר”: על פי התיאור, מאדים עשוי היה לשמור יותר זרחן במעטפת בהשוואה לכדור הארץ – אך הרבה פחות חנקן – שילוב שנחשב פחות נוח להתפתחות חיים ביולוגיים “ארציים”.
מה זה משנה לחיפוש חיים מחוץ למערכת השמש?
עד היום, בדיון הציבורי (ולעתים גם במדיניות מחקר) השאלה המרכזית הייתה: “האם יש שם מים?”. המחקר מציע: זו שאלה חשובה, אבל לא מספיקה. ייתכן שכוכבי לכת רבים “נכשלים” עוד לפני שהם מתחילים – כי הכימיה שנקבעה בזמן היווצרות הליבה לא השאירה את היסודות הנכונים זמינים, גם אם מאוחר יותר יש תנאים שנראים נוחים, כולל מים.
איך בודקים זאת מרחוק? לפי החוקרים, הרכב היסודות במערכת פלנטרית תלוי בהרכב הכימי של הכוכב המרכזי, משום שכוכבי לכת נוצרים מאותו מאגר חומר. לכן, מערכות שמש שההרכב הכימי שלהן שונה מאוד משלנו עשויות להיות פחות מבטיחות כמטרות לחיפוש חיים. בניסוח שלהם: כדאי להתמקד בכוכבים “דמויי שמש”, ולא להסתפק בסימון כוכבי לכת שנמצאים רק באזור שבו מים יכולים להתקיים. (ETH Zürich)
לסיכום, ייתכן שהחיים על כדור הארץ לא נשענים רק על מזל של מרחק נכון מהשמש ומים נוזליים, אלא גם על “חלון כימי” נדיר מאוד בשלבי הלידה של כוכב הלכת – חלון ששמר על זרחן וחנקן זמינים במקום להעלים אותם.
עוד בנושא באתר הידען:
