אולי בכל זאת אין חיים מחוץ לכדור הארץ

חוקר אמריקאי טוען, בהתבסס על שיטה שפותחה בישראל, כי חלק גדול מכוכבי הלכת שהתגלו מחוץ למערכת השמש כלל אינם כוכבי לכת. לא כולם מסכימים אתו

מאת: אבישי גל-ים

פלנטה שבאיור אינה נראית מכדור הארץ. אנו למדים על קיומה בדרך עקיפה: כוח המשיכה שלה גורם לתנודה של הכוכב שסביבו היא חגה. כשהכוכב מתרחק מאתנו, האור הנפלט ממנו נוטה לאדום; כאשר הוא מתקרב, האור נוטה לכחול
מקובל להגדיר כוכבי לכת (Planets) כמו כדור הארץ כגופים קטנים יחסית החגים סביב כוכב (Star), השמש למשל. כוכבי הלכת אינם פולטים אור משל עצמם: הסיבה לכך שאנו רואים אותם היא שהם מחזירים את אור השמש הפוגע בהם. השמש, לעומת זאת, פולטת כמות עצומה של אור ואנרגיה, כתוצאה מתהליכים גרעיניים המתרחשים כל העת במרכזה. פרט לתשעת כוכבי הלכת במערכת השמש שלנו, כל הכוכבים המופיעים בשמי הלילה הם כוכבים כמו השמש, המצויים במרחק רב מאתנו ולכן נראים לנו קטנים וחיוורים בהרבה לעומת השמש. כדי למנוע בלבול בין כוכבים כמו השמש לבין כוכבי לכת יש הקוראים לכוכבי הלכת "פלנטות" גם בעברית.

לכאורה, ההבדל בין כוכבים לבין פלנטות הוא ברור: כוכבים הם גדולים מאוד ופולטים אור רב, בעוד שפלנטות הן קטנות בהרבה ואינן פולטות אור אלא מחזירות את אור הכוכב שסביבו הן חגות. אולם, בשנים האחרונות התברר שההבחנה בין כוכבים לפלנטות אינה כה חדה.

זה שנים רבות יודעים האסטרונומים שקיים שוני רב בגודלם של כוכבים שונים. השמש היא כוכב בגודל ממוצע, אולם יש כוכבים הגדולים מהשמש בהרבה ואחרים הקטנים ממנה פי כמה. חוקרים העוסקים בחקר המבנה של כוכבים חישבו והראו כי תהליכים גרעיניים לא יכולים להתקיים במרכזם של כוכבים קטנים מאוד. קיימת מסה מינימלית, כשמונה אחוזים ממסת השמש שלנו, שמתחת לה לא יהיה לכוכבים מקור אנרגיה גרעיני ולכן הם כמעט לא יפלטו אור. לכוכבים קטנים ואפלים אלו הוצמד הכינוי "ננסים חומים". ואכן, בתצפיות מהשנים האחרונות אותרו כמה ננסים חומים כאלה.

השמש היא כוכב בודד: אין בסביבתה הקרובה כוכבים נוספים. אולם, מרבית הכוכבים אינם כאלו: מתברר שהם מסודרים בזוגות, או בקבוצות גדולות יותר, של כוכבים הנעים האחד סביב השני. בהחלט ייתכן שאחד מהם יהיה גדול בהרבה מחברו. למעשה, ייתכן שלכוכב הדומה לשמש יהיה בן זוג שהוא ננס חום. כאן בדיוק טמון הקושי: האם יש הבדל ממשי בין צמד כוכבים שאחד מהם הוא ננס חום לבין כוכב שיש לו פלנטה גדולה מאוד?

ובכן, מקובל להניח שהבדל כזה אכן קיים. הגדרה מקובלת לשוני בין פלנטות לננסים חומים נעוצה בתהליכי היצירה השונים שלהם. מקובל להניח שכוכבים נוצרים מתוך ענני גז, בעיקר מימן, המצויים בחלל. עננים אלו קורסים ומתכווצים תחת השפעת כוח הכבידה, עד שהם נהפכים לכוכבים בגדלים שונים. לעתים, נוצר מתוך ענן גז כזה כוכב בודד, כמו השמש. אולם פעמים רבות הענן מתחלק במהלך הקריסה לכמה חלקים ומכל אחד מהם נוצר כוכב נפרד. צמד כוכבים שאחד מהם הוא ננס חום נוצר מאותו ענן מקורי, אלא שאחד החלקים היה גדול בהרבה ממשנהו.

לאחר שהכוכב נוצר מענן הגז, נוצר סביבו דיסק של "שאריות": בעיקר חלקיקים קטנים של אבק בין-כוכבי וגז, שבו ריכוז גבוה יחסית של יסודות הכבדים ממימן, כגון פחמן, חמצן, צורן וברזל. מתוך דיסק זה נוצרות הפלנטות. הרכבו של הדיסק מסביר את הרכבן של הפלנטות השונה מזה של הכוכב שנוצר ישירות מענני גז המימן. לפי הבחנה זו, ננס חום נוצר ישירות מענן גז בין-כוכבי בעוד שפלנטה נוצרת מתוך דיסק סביב כוכב.

הבדל זה בין פלנטה לננס חום מסביר את החשיבות הרבה שמייחסים המדענים לקביעה אם עצם מסוים שהתגלה הוא פלנטה או ננס חום. גילוי של פלנטה סביב כוכב מרוחק הדומה לשמש מוכיח שסביב כוכב זה התקיים בזמנו דיסק שממנו נוצרו פלנטות. ייתכן, אם כן, שנוצרו סביב כוכב זה פלנטות נוספות מלבד זו שהתגלתה, שעשויות להיות דומות לכדור הארץ ולכן לאפשר קיומם של חיים. אם, לעומת זאת, מתברר שהעצם שהתגלה הוא ננס חום, הרי שמדובר למעשה בצמד כוכבים, שאחד מהם קטן במיוחד: אין בכך כדי לומר דבר וחצי דבר על הסיכוי לקיומן של פלנטות דומות לכדור הארץ או לקיומם של חיים במערכת זו. המחלוקת בקהילת האסטרונומים, שכמה מהם דיווחו בשנים האחרונות על גילוי עצמים – ככל הנראה פלנטות – החגים סביב כוכבים דמויי שמש, מתמקדת בדיוק בנקודה זו.

מכיוון שפלנטות אינן פולטות אור משל עצמן, אלא מחזירות את אורם של הכוכבים שסביבם הן חגות, כמות האור המגיעה מפלנטה החגה סביב כוכב מרוחק היא קטנה ביותר; כה קטנה, עד שלא ניתן לצפות בפלנטה באופן ישיר, גם בעזרת הטלסקופים הטובים ביותר. משום כך מתבססים דיווחי החוקרים בנוגע לפלנטות מחוץ למערכת השמש שלנו על עדויות עקיפות לקיומן. שיטת הגילוי העיקרית של פלנטות מחוץ למערכת השמש מתבססת על השפעתן על הכוכבים שסביבם הן חגות. כידוע, כוח הכבידה גורם למשיכה בין כל שני גופים. השפעת כבידת השמש על הפלנטות גורמת לכך שיחוגו במסלולים אליפטיים סביבה. באופן דומה, גורמת השפעת הכבידה של הפלנטות לתנועה של השמש, אולם תנודה זו קטנה מאוד מכיוון שמסתה של השמש גדולה בהרבה מזו של הפלנטות. אם לכוכב הדומה לשמש, אך מרוחק מאתנו שנות אור רבות, יש פלנטה גדולה מספיק, הנעה במסלול קרוב אליו, היא עשויה לגרום לו לתנודה גדולה יחסית, שאותה נוכל למדוד.

מדידת תנודות כאלו של כוכבים מתבססת על אפקט פיסיקלי המכונה
"אפקט דופלר". התנודה של כוכב בגלל עצם כלשהו (כגון פלנטה) החג
סביבו, גורמת לכך שינוע באופן מחזורי: פעם לכיווננו ופעם הרחק
מאתנו. אפקט דופלר גורם לכך שאורו של הכוכב נראה אדום יותר
כשהוא מתרחק מאתנו וכחול יותר כשהוא מתקרב אלינו. מכשירי מדידה
חדשים ומדויקים ביותר מסוגלים למדוד שינויים קטנים ביותר
בהתפלגות האור של הכוכב ולגלות את השינוי המחזורי (לאדום
ולכחול) המעיד על תנודת הכוכב כתוצאה מהשפעת כוח הכבידה של
העצם החג סביבו. בצורה זו אפשר לגלות את קיומו של עצם בלתי
נראה המקיף את הכוכב, ולהבחין בפלנטות אם הן כבדות יחסית.

לשיטת המדידה באמצעות אפקט דופלר יש מגבלה מרכזית אחת. היא
איננה מאפשרת לקבוע בדיוק את מסת העצם הלא נראה שגורם לתנודה
שאותה מגלים, אלא רק לקבוע שמסה זו גדולה ממסה מינימלית
מסוימת. זאת מכיוון שעוצמת התנודה הנמדדת של הכוכב תלויה לא רק
במסת העצם הלא נראה אלא גם בזווית בין המסלול שבו העצם מקיף את
הכוכב לבין קו הראייה בין הכוכב לבינינו. עצם כבד יחסית (כגון
ננס חום) הנע בזווית גדולה לקו הראייה או עצם קל יחסית (כגון
פלנטה) הנע בזווית קטנה לקו הראייה יביאו למדידת תנודה בעוצמה
דומה. החוקרים נוהגים להעריך מהי המסה הסבירה ביותר לכל גוף
שמתגלה (בדרך כלל, על סמך הנחה כי סביר שהזווית אינה מאוד
גדולה) ובהתאם לכך, האם סביר שזוהי פלנטה חדשה, אולם בדרך כלל
אין אפשרות לקבוע את המסה באופן חד משמעי.

פרופ' צבי מזא"ה מאוניברסיטת תל אביב ותלמידו שי צוקר פיתחו
שיטה חדשנית, המאפשרת לפתור בעיה זו במקרים מסוימים. השיטה
מתבססת על שילוב בין המדידות בשיטת הדופלר לבין תצפיות מדויקות
מהלוויין "היפרקוס". לוויין זה מדד בדיוק רב את מיקומם של
כוכבים בשמים ומסוגל להבחין בתנודה קלה ביותר של כוכב סביב
מיקומו הקבוע בשמים. זאת בניגוד למדידת הדופלר, היכולה לקבוע
רק אם הכוכב מתרחק או מתקרב אלינו. נתוני הלוויין מאפשרים
להבחין בין שני המקרים שהזכרנו קודם: כוכב שיש לו בן זוג כבד
הנע בזווית גדולה סביבו ינוע בצורה ניכרת בשמים ותנועה זו
תימדד על ידי "היפרקוס". לעומת זאת, כוכב שיש לו בן זוג קל הנע
בזווית קטנה לא ישנה כמעט את מיקומו בשמים ולכן יופיע ככוכב
קבוע במדידות של "היפרקוס".

בעזרת שיטה חדשנית זו הוכיחו מזא"ה וצוקר שכמה מערכות שבנוגע
אליהן סברו בתחילה כי בן הזוג שהתגלה הוא, קרוב לוודאי, פלנטה
כבדה יחסית, הכילו למעשה בני זוג עם מסה גדולה בהרבה, כלומר,
כוכבים או ננסים חומים.

בעקבות עבודתם של השניים, השתמש האסטרונום האמריקאי דייוויד
בלאק בשיטה דומה כדי לבחון את כל המערכות שבהן דווח על גילוי
פלנטות. בהסתמך על מחקריו פירסם באחרונה בלאק טענה שלפיה חלקן
הגדול, ואולי רובן, של המערכות הללו אינן מכילות פלנטות כלל
ועיקר. ברוב המקרים מדובר, לטענתו, בזוגות של כוכבים שאחד מהם
קטן במיוחד. טענה זו נהפכה כמעט מיד לנושא למחלוקת ערה בין
החוקרים העוסקים בתחום. אם היא נכונה, הרי שחלק ניכר מההצדקה
לעיסוק האינטנסיווי ולהשקעת המשאבים הרבה בתחום זה, קרי, בחינת
היתכנותם של חיים ברחבי היקום, אינו במקום, שהרי גילוי זוגות
כוכבים אינו מצביע על סיכוי לקיומן של פלנטות הדומות לכדור
הארץ.

פרופ' מזא"ה סבור שטענתו של בלאק נכונה בחלק מהמקרים ושחלק קטן
מהפלנטות שדווח על גילוין אכן אינן פלנטות כלל. אולם, טענתו
הגורפת של בלאק, שלפיה אין פלנטות סביב מרבית הכוכבים שנבדקו,
אינה מוצדקת לדעת מזא"ה. יתרה מזאת: עבודות נוספות של מזא"ה,
בצוותא עם תלמידיו שי צוקר ודורית גולדברג וחוקרים נוספים
מחו"ל, מראות שמאפייניהם של העצמים שהתגלו ודווחו כ"פלנטות"
שונים באופן מהותי מאלו של בני זוג קטנים בצמדים של כוכבים.
המחלוקת, בכל אופן, טרם גוועה, והיא סוערת מעל דפיהם של
העיתונים המדעיים בתחום.
{הופיע בעיתון הארץ, 6/12/2000{