סוף היקום שמאלה – שוגרה החללית גאיה שתמפה את שביל החלב

חללית אירופית אמורה למפות את שביל החלב בדיוק חסר תקדים

במיתולוגיה היוונית גאיה היא האם הגדולה שיולדת את כדור הארץ, השמיים והיקום כולו. השם מתאים מאוד לחללית שאמורה למפות את היקום בהיקף וברמת דיוק שלא היו כמותם. לאחר כעשור של בניית החללית, והשקעה של כ-2 מיליארד אירו. הבוקר, חמישי, שוגרה בהצלחה החללית גאיה על גבי טיל “סאיוז” רוסי מבסיס החלל בגיאנה הצרפתית.

מכשור מתקדם

החללית, שמשקלה כ-2,000 ק”ג וקוטרה כ-10 מטרים, מצויידת בטלסקופ משוכלל מאוד, למעשה טלסקופ כפול, המכיל גם מכשור למדידת עוצמת אור ברגישות גבוהה במיוחד. הטלסקופ מחובר גם למצלמה בעלת איכות צילום של מיליארד פיקסלים (פי 100 בערך ממצלמה של סמארטפון משוכלל). הציוד הזה יאפשר לה לצלם עצמים חלשים אלפי מונים ממה שעין האדם מסוגלת להבחין בהם, ולקבוע בדיוק רב את מיקומם של כוכבים מרוחקים ביותר. מכשור נוסף בחללית מאפשר לה למדוד את אורכי הגל של האור הנפלט מכוכבים (מה שיכול לתת מידע על הרכבם הכימי, על מהירותם ועל כיוון תנועתם) וכן את מהירות הסיבוב של כוכבים סביב עצמם. בשונה מטלסקופי החלל הרגילים, היא לא תחוג במסלול סביב כדור הארץ, אלא סביב השמש, במסלול רחב מעט מזה של כדור הארץ (כמיליון וחצי קילומטרים מאיתנו). במהלך חמש שנות פעילותה אמורה החללית לצלם כל אחד ממיליארד הכוכבים בערך 70 פעמים – כלומר סדר גודל של 40 מיליון צילומים ביממה. את כמות הנתונים העצומה הזו ינתח צוות של לא פחות מ-500 מדענים מרחבי אירופה – לא רק אסטרופיסיקאים, אלא גם אנשי מחשב ותכנה רבים, האמורים לספק כלים להתמודדות עם כמויות המידע האדירות.

עומק המפה

העובדה שגאיה תצלם כל כוכב פעמים רבות, מנקודות שונות לאורך מסלולה, תאפשר לחוקרים לקבוע לא רק את מיקומו על מפת השמיים, אלא גם את המרחק שלו מאיתנו, ולהפוך את המפה לתלת מימדית. “מעולם לא היה לנו מיפוי של כמות כזו של כוכבים וברמה כזו של דיוק”, אומר פרופ’ שי צוקר, מהחוג לגיאופיסיקה ולמדעים אטמוספריים ופלנטריים באוניברסיטת תל אביב, אחד החוקרים שישתתף בניתוח הנתונים של גאיה. “כדרכן של מדידות בפיסיקה, כשמגיעים לרמות דיוק שהן בסדרי גודל טובות יותר ממה שהיה בעבר, אנו נתקלים בדרך-כלל בהפתעות חדשות, מעבר למה שרצינו במקור ללמוד ולהבין. זה ריגוש גדול לקראת ההפתעות שמחכות לנו כשנגיע לדיוקים האלה”.

פותרים חידות

המיפוי המעמיק של שביל החלב אינו מיועד לצרכי ניווט במרחביו. בטכנולוגיות הקיימות כיום אנו יכולים רק לחלום על מסע למרחקים אדירים כאלה. מיפוי מדוייק של השמיים בהחלט יכול לסייע למערכות ניווט של לוויינים וחלליות, אבל התצפיות של גאיה עוסקות בעיקר במדע בסיסי, והחוקרים מקווים כי הידע החדש על שביל החלב ישפוך אור חדש על ההיסטוריה של הגלקסיה שלנו, על דרכי היווצרותה ואולי גם על עתידה. בכל אופן, כמות הנתונים העצומה שאמורה גאיה לאסוף, יכולה לספק מידע רב לאין שיעור נוסף על המיפוי עצמו.

ראשית, החוקרים מצפים לגלות בעזרת התצפיות הנרחבות עוד גרמי שמיים רבים שטרם זוהו, משביטים ואסטרואידים, ועד גלקסיות מרוחקות ופיצוצי כוכבים עזים (סופר-נובות). החוקרים מצפים כי המדידות המדוייקות מאוד יוכלו גם לספק אישוש נוסף לתורת היחסות הכללית, שבה חזה איינשטיין, בין השאר, כי הכבידה של כוכבים עשויה להטות קרני אור ממסלולן. האופטימיים ביותר בין המדענים מפנטזים גם על פתרון – או לפחות רמז לפתרון – חידת האנרגיה האפלה: היקום שלנו מתפשט בקצב גובר והולך, אף על פי שעל פי כל הנתונים שבידינו בדבר כמות החומר ביקום, הוא אמור דווקא להתכווץ. כדי ליישב את הסתירה, מסבירים המדענים כי אנו רואים רק חלק זעיר מהחומר ביקום, ואת מה שאיננו רואים (לכאורה) הם מכנים “חומר אפל”, שאמור להסביר את המסה החסרה, ו”אנרגיה אפלה”, שאמורה לדחוף את היקום להתפשטות. ואולם, מעבר להנחה הזו, איש אינו יודע מה טבען של התעלומות האפלוליות האלה. יישום נוסף של נתוני גאיה עשוי להיות גילוי של כוכבי לכת רבים במערכות שמש מרוחקות.

הצנע לכת

כמו שלשמש שלנו יש כוכבי לכת, שמונה במספר, כך מתברר שליותר ויותר כוכבים במרחבי היקום יש כוכבי לכת משלהם. בשנים האחרונות זיהו אסטרופיסיקאים מאות כוכבי לכת במערכות שמש מרוחקות, והחיפוש אחריהם נמשך ביתר שאת. הסיבה שכוכבי הלכת האלה כה מעניינים אותנו, היא התקווה למצוא אי שם בחלל צורת חיים נוספת, והמדענים סבורים כי הסיכוי לקיומה יהיה במקום שהתנאים על פניו דומים לאלה של כדור הארץ. את כוכבי הלכת המרוחקים כמעט בלתי אפשרי לזהות בתצפית ישירה. גם אם הם גדולים מספיק, הם עדיין קטנים מאוד ביחס לשמש שלהם, ואינם פולטים אור משלהם. לכן עיקר החיפוש מתבצע בשתי שיטות. באחת, מודדים בדיוק רב את המהירות הסיבובית של כוכב (כלומר שמש). אם יש לו כוכבי לכת, הם מסיטים אותו מעט מציר הסיבוב שלו סביב עצמו, ואת הסטייה הזו אפשר למדוד, ולחשב באמצעותה את המרחק והגודל המשוער של כוכב(י) הלכת. בשיטה האחרת, שבה השתמש גם טלסקופ החלל “קפלר”, מודדים בדיוק רב את עוצמת האור של שמש מסויימת, ומחפשים ירידה מחזורית זעירה בעוצמת האור. ירידה כזו תתרחש כאשר כוכב הלכת חולף בינינו לבין השמש, ואף שאיננו יכולים לראותו, הוא מסתיר מאיתנו חלק זעיר מן האור (הירידה יכולה להיות של אחוז אחד, אפילו פחות). כשהתחילה להתגבש משימתה של גאיה, הציעו פרופ’ צוקר ותלמידת המחקר שלו (כיום ד”ר) יפעת דז’יגן, דרך להשתמש בנתוניה לזיהוי כוכבי לכת באמצעות מדידת עוצמת האור. על פי ההצעה, כוכבים שתצלם גאיה וייראו כ”חשודים” שיש להם כוכבי לכת, יצולמו מיד גם בטלסקופים מכדוה”א, והצלבת הנתונים תאפשר לאתר אם אמנם יש שם כוכבי לכת כאלה. ההצעה התקבלה, וכיום נשלמת הקמתה של מעין “רשת חברתית” של טלסקופים ברחבי העולם, בעיקר במוסדות אקדמיים. השימוש ברשת גדולה מאפשר להבטיח שבכל זמן נתון אפשר לכוון טלסקופ מכדור הארץ אל הכיוון שאליו צופה גאיה, וכן להתבונן לכיוון הזה במשך פרק זמן רצוף, על אף שכדור הארץ מסתובב בינתיים. “ככל שנמצא יותר כוכבי לכת, יהיה לנו ידע רב יותר על תהליכי היווצרותם, ובעיקר על השכיחות שלהם”, מסביר צוקר. “זה יאפשר לנו לחשב טוב יותר את ההסתברות למצוא כוכב לכת דומה לזה שלנו, ולמקד את החיפוש אחר צורות חיים בחלל”.

לכתבה קודמת בנושא: מחר תשוגר לחלל החללית גאיה הצפויה לחולל מהפכה בהבנת הגלקסיה