מחקר של ETH ציריך ושותפיו מצביע כי עולמות תת־נפטוניים, כמו K2-18b, יבשים בהרבה מהערכות קודמות – ומשנה את אופן החיפוש אחר חיים ביקום
פחות מים משציפינו
במשך שנים רבות הניחו מדענים שכוכבי לכת מחוץ למערכת השמש עשויים להיות עטופים באוקיינוסים עולמיים עמוקים. השערה זו נתמכה במיוחד לאחר גילויו של K2-18b בשנת 2025, כוכב לכת המקיף ננס אדום במרחק 124 שנות אור. קבוצת מחקר מאוניברסיטת קיימברידג' הציעה אז כי מדובר בעולם "היואוקייני" (Hycean) – מונח משילוב המילים "מימן" ו"אוקיינוס".
אולם מחקר חדש בהובלת ETH ציריך, בשיתוף מכון מקס פלאנק לאסטרונומיה בהיידלברג ואוניברסיטת קליפורניה בלוס אנג'לס, מערער על ההנחה הזו. החוקרים טוענים כי כוכבי לכת תת־נפטוניים אינם מחזיקים שכבות עבות של מים, אלא דווקא מכילים כמויות מים מצומצמות בהרבה.
“מים בכוכבי לכת הם משאב מוגבל בהרבה משחשבנו בעבר.” אומרת פרופ' קרולין דורן (Caroline Dorn) , מומחית לכוכבי לכת מחוץ למערכת השמש מ־ETH ציריך.
מודל כימי חדש
מה שהפך את המחקר לייחודי הוא שילוב בין מודל אבולוציוני מוכר של כוכבי לכת לבין מודל חדשני הבוחן את האינטראקציות הכימיות בין האטמוספרה לבין פנים הפלנטה. “מחקרים קודמים התעלמו מהקשר הכימי בין האטמוספרה לפנים כוכב הלכת. זהו כשל יסודי,” מסביר אהרון וורלן(Aaron Werlen) , החוקר הראשי.
המודל החדש מניח כי בשלבים המוקדמים כוכבי לכת תת־נפטוניים כוסו באוקיינוס מגמה לוהט, שנשמר במשך מיליוני שנים תחת מעטפת מימן עבה. באותו שלב קרו תהליכים כימיים בין הגזים באטמוספרה לבין הסיליקטים והמתכות במאגרי המגמה.
הצוות חישב את מצב שיווי המשקל הכימי של 26 רכיבים שונים ב־248 עולמות מודל. התוצאה: רוב מולקולות המים (H2O) נהרסו. המימן והחמצן נקשרו לתרכובות מתכתיות ושקעו לתוך ליבת כוכב הלכת.
איפה נעלמים המים?
על פי הממצאים, המים שנשארים על פני השטח מוגבלים לכמה אחוזים בלבד. “אנחנו מתמקדים במגמות הכלליות, והסימולציות מראות בבירור כי כוכבי לכת כאלה מחזיקים הרבה פחות מים מכפי שהצטברו בתחילת דרכם,” אומר וורלן.
גם אם נשמרת כמות מסוימת שלH2O , היא אינה יוצרת שכבות מים בעומק עשרות קילומטרים כפי שסברו עד כה. תרחישים שבהם מים מהווים 50% ממסת כוכב הלכת אינם סבירים, וכך גם עולמות "היואוקייניים" עתירי מים (10%–90% מים) כמעט ואינם אפשריים.
כדור הארץ – לא מקרה יוצא דופן?
דווקא במגבלות המים טמון ממצא מפתיע נוסף: רוב כוכבי הלכת הרחוקים מחזיקים תכולת מים דומה לזו של כדור הארץ. “אולי כדור הארץ איננו יוצא דופן כפי שאנחנו נוטים לחשוב,” מציינת דורן. “על פי החישובים שלנו, הוא מייצג דווקא מקרה טיפוסי.”
המסקנה הזו משנה את נקודת המבט המדעית: לא עוד חיפוש אחר עולמות אוקיינוס ענקיים, אלא התמקדות בעולמות קטנים יותר עם תנאים דומים לאלה של כדור הארץ.
הפתעה: לא הקרחונים – אלא הכימיה
החוקרים הופתעו לגלות גם פרדוקס: כוכבי הלכת בעלי האטמוספרות העשירות ביותר במים לא נוצרו מעבר ל"קווי השלג" – האזור שבו המים קופאים לקרח – אלא דווקא בין הקווים הללו. המים נוצרו שם באופן כימי, כתוצאה מתגובה בין מימן באטמוספרה לבין חמצן במאגמת הסיליקטים.
תוצאה זו מערערת על התפיסה הקלאסית לפיה מרחק גדול מהכוכב ומשקעים של קרח מובילים בהכרח לעושר במים. במקומם מתברר כי הדינמיקה בין מגמה לאטמוספרה היא גורם מרכזי בהרכב כוכב הלכת.
משמעות רחבה לחיפוש חיים
אם כך, התנאים לקיום חיים – ובעיקר מים נוזליים על פני השטח – עשויים להימצא כמעט ורק בכוכבי לכת קטנים יותר, דמויי־כדור־ארץ. המשמעות היא שהחיפוש אחר חיים תבוניים יתמקד בכוכבי לכת ישיבים קטנים יחסית, שאליהם קשה יותר להביט גם באמצעות טלסקופים מתקדמים דוגמת טלסקופ החלל ג’יימס ווב.
יתרה מזאת, המחקר יאלץ את קהילת האסטרונומיה לחשוב מחדש על מודלים של היווצרות כוכבי לכת. במקום להתמקד רק בכמות הקרח שהצטברה, יש להוסיף את גורמי האיזון הכימי בין פנים כוכב הלכת לבין האטמוספרה שלו.
מסקנה
הממצאים החדשים אינם שוללים את האפשרות של עולמות נושאי מים, אך מצמצמים באופן חד את היקפם ואת פוטנציאל החיים שהם מציעים. כדור הארץ, כך מתברר, איננו יוצא דופן במאזן המים שלו – ודווקא בכך טמון ייחודו: הוא מייצג את המודל הסביר ביותר לעולם ישיב.
“המים על פני השטח מוגבלים,” מסכם וורלן. “אבל הכימיה בין מגמה לאטמוספרה מלמדת אותנו עד כמה המורכבות הזו חשובה להבנת הרכב כוכבי הלכת.”
המחקר פורסם בכתב העת The Astrophysical Journal Letters תחת הכותרת: “Sub-Neptunes Are Drier than They Seem: Rethinking the Origins of Water-rich Worlds”
עוד בנושא באתר הידען:
תגובה אחת
המבחן של חיים ביולוגיים לא יקום או יפול על מצאי של מים אלא, בעיקר, טווח-טמפרטורות. חומצות אמינו וחלבונים מסוגלים לתפקד ביוכימית בטווח טמפרטורות צר של פחות מ-50 מעלות.