השאלות שמתעוררות בעקבות גילויין של מערכות שמש חדשות

נציג כאן חלק מנתונים אלה מתוך מטרה להשתמש בהם ככלי להצגת שאלות יסוד שיהיה בהם משום בסיס לתובנות עתידיות למחקרים מעמיקים יותר

מזר חיים

בגליון מחודש אפריל 1996 של כתב העת Astronomy התפרסמה כתבה מאירת עיניים על גילויים של כוכבי לכת מחוץ למערכת השמש. התגלו כוכבי לכת מסדר גודל של צדק המקיפים את הכוכבים 47 Ursae Majoris, 70 Virginis, 51 Pegasi ומאז התגלו 80 כוכבי לכת חוץ ארציים. מלכתחילה המחקר כוון ליעדים אלה, מכיון שמאפייניהם דומים לאלה של השמש שלנו. הנתונים של כוכבי לכת אלה הם ראשוניים בלבד. נציג כאן חלק מנתונים אלה מתוך מטרה להשתמש בהם ככלי להצגת שאלות יסוד שיהיה בהם משום בסיס לתובנות עתידיות למחקרים מעמיקים יותר.

כוכב הלכת מסה (מסת צדק נחשבת ל1- מסה) קוטר (קוטר צדק נחשב ל1- קוטר) מרחק מהשמש (ביחידות אסטר.) זמן הקפה
טמפ’ ב-oC

51 Pegasi B 0.6 0.32-1.35 0.05 4.2 (יום) 1000
70 Virginis B 8.1 0.32-1.05 0.43 116.7 (יום) 85
47 Ursae Majoris B 3.5 0.35-1.1 2.1 3 שנים 80

ההנחה המקובלת כיום לגבי צדק היא שיש לו גרעין מוצק בקוטר 20,000 ק”מ שהמסה שלו שווה ל13- מסות ארץ וצפיפות החומר היא 20GR/CM3. המסה של כוכבי לכת אלה ידועה, קוטרם מוערך בין 1/3 רדיוס צדק לקצת יותר מאשר רדיוס צדק אחד. מכאן, אפשר להניח בסבירות גבוהה למדי את המסקנות הבאות:
I. הגרעין של 51 Pegasi B צפוף פחות מזה של צדק.
II. הגרעינים של 70 Virginis B ושל 47 Ursae Majoris צפופים יותר מזה של צדק. נראה שהפער בצפיפויות הוא בסדרי גודל. הפער בין הקוטר המינימלי לקוטר המקסימלי הוא ביחס של כמעט 1:3. אם נצא מתוך הנחה שקיימת סימטריה בין מבנהו הפנימי של צדק למבנה הפנימי של כוכבי לכת אלה, הרי שמסת הגרעין 70 Virginis B גדולה פי 8.1 מזו של צדק ומסת הגרעין של 47 Ursae Majoris B גדולה פי 3.5 מזו של צדק ואז מתקבלים הממצאים הבאים:
צפיפות החומר אצל 70 Virginis B יכולה להיות GR/CM3 170.1 בקוטר המקסימלי או GR/CM3 558 בקוטר המינימלי. אצל 47 Ursae Majoris B צפיפות החומר בקוטר המקסימלי היא GR/CM3 77 ובקוטר המינימלי GR/CM3 242. במקרה של 51 Pegasi B הצפיפות תהיה בכל מקרה קטנה מזו של צדק מכיון שהמסה שלו קטנה מזו של צדק. צפיפות חומר כה גבוהה בשני המקרים הראשונים היא בעלת משמעות מבחינת התהליכים הכימיים והפיזיים המתרחשים בליבות של כוכבי לכת אלה. יש להניח שלצפיפויות אלה, משמעויות גם מבחינת מהירות הסיבוב הצירית שלהם.שאלה מתבקשת היא האם מהירויות אלה הן גבוהות כמו במקרה של כוכבי הלכת הגזיים במערכת השמש שלנו?
III. המבנה של מערכת השמש שלנו הוא כזה שכוכבי הלכת הארציים ובעלי הצפיפות הגבוהה הם הקרובים לשמש ואילו כוכבי הלכת הגזיים ובעלי הצפיפות הנמוכה הם הרחוקים יותר. והנה כאן מוצאים כוכבי לכת גזיים סמוך לשמש שלהם. כוכב הלכת 51 Pegasi B קרוב יותר לשמש שלו מאשר כוכב הלכת מרקורי. מרקורי מרוחק מהשמש 0.387 יחידות אסטרונומיות שהם 57.9 מיליון ק”מ. 51 Pegasi B מרוחק מהשמש שלו 0.05 יחידות אסטרונומיות שהם 7.5 מיליון ק”מ בלבד. כלומר, קרוב יותר לשמש ממרקורי פי 7.72. השאלה המתעוררת כאן היא הבאה: יכול להיות שבמידה וצדק היה קרוב יותר לשמש כמו 51 Pegasi B הוא היה מאבד את האטמוספירה שלו, אם לא את כולה, אזי לפחות את חלקה וזאת בשל חומה הרב של השמש שהיה מאייד אותה. כוכב הלכת 70 Virginis B קצת מרוחק יותר מהשמש מאשר מרקורי, כך שיתכן שכוח המשיכה המסיבי שלו יכול “לאזן” את חומה של השמש ומונע את בריחת האטמוספירה. אותו הדבר אמור לגבי 47 Ursae Majoris B שמרוחק יותר מהשמש. מה אם כן מחזיק את האטמוספירה של 51 Pegasi B? חומה של השכבה החיצונית נותן יתר תוקף לשאלה זו. שאלות מתבקשות אחרות: האם יתכן מצב בו קרבתו הגדולה של 51 Pegasi B גורמת לכך שהוא יראה תמיד צד אחד של פניו לשמש ואם כן מה משמעות הדבר לגבי העברת חום מהצד המואר לצד החשוך?

אם לכוכבי לכת אלה ירחים משלהם, ירחים אלה כמו הירחים במערכת השמש שלנו מפנים לכוכבי לכת אלה רק צד אחד מפניהם. אם יש או אין להם אטמוספירות זאת קשה לדעת כיום. לעומת זאת, אפשר להניח משהוא לגבי השפעת מפלי הטמפרטורה בין היום ללילה שלהם. ככל שכוכב הלכת קרוב יותר לשמש, הרי שמפלי הטמפרטורה בין היום ללילה גדולים יותר. אצל מרקורי הטמפרטורה ב”אמצע היום” מגיעה ל327oC- וב”אמצע הלילה” יורדת ל-173oC. על גוף בסדר גודל ארצי המקיף את 51 Pegasi B טווח הטמפרטורות יהיה גדול עוד יותר וקשה להאמין שהוא יכול להחזיק אטמוספירה. על ירחים המקיפים את 70 Virginis B ו – 47 Ursae Majoris B קיימת סבירות רבה יותר לנוכחות אטמוספירות.

נסיון לפתור שאלות אלה יהיה מטבעו בעל אופי ספקולטיבי. הדרך הטובה ביותר להתמודד איתן, היא לבנות מודלים ממוחשבים, תוך הצגת נתונים שונים המתייחסים הן לגדלים פיזיקליים שונים והן לאטמוספירות בהרכבים גזיים שונים. עולמות ברואים אלה יתנו בידי החוקרים כלים להתמודד בעתיד עם מידע חדש שיגיע מכוכבי לכת אלה באמצעות טכנולוגיות תצפיתיות שונות שיפותחו לצרכים אלה.

מקורות
1. Robert Naye – “New Solar Systems” Astronomy, April 1996, pp. 50-55.