“שיפור טכנולוגי בתחום הספטרוסקופיה איפשר את גל גילויי כוכבי הלכת מחוץ למערכת השמש”

כך אומר פרופ’ מישל מאיור מאוניברסיטת ז’נבה בראיון לאתר “הידען”, שזכה ביחד עם פרופ’ דידייה קוואלוז חברו לצוות שגילה את פגאסי 51b, כוכב הלכת הראשון שהתגלה מחוץ למערכת השמש ואשר מקיף שמש רגילה. הגילוי של “צדקים חמים” כמו פגאסי 51b אילץ את האסטרופיזיקאים לשנות את התיאוריות שלהם הנוגעות להיווצרות כוכבי לכת

שני גילויים עצומים בשטח האסטרונומיה התרחשו בשנות התשעים של המאה ה-20. האחד – גילוי העובדה שהתפשטות היקום מואצת, באמצעות טלסקופ החלל האבל, והגילויים הראשונים של כוכבי לכת מחוץ למערכת השמש.

השנה זכו בפרס וולף שניים ממגלי כוכב הלכת הראשון המקיף שמש ‘רגילה’ ב-1995, פגאסי 51b, פרופ‘ מישל מאיור ופרופ’ דידייה קוולוז מאוניברסיטת ז’נבה בשוויץ. הדגש של ועדת הפרס על כך שמדובר בכוכב לכת המקיף שמש דומה לזו שלנו (אם כי כפי שנראה, כוכב הלכת עצמו שונה מכל מה שיש במערכת השמש), נובע מהעובדה ששלוש שנים קודם לכן, בשנת 1992, וולשן ופרייל (Wolszczan and Frail) פרסמו תוצאות מחקר בכתב העת נייצ’ר, המעיד על כוכבי לכת המקיפים את הפולסאר B1257+12. פולסאר, כוכב ניוטרונים הוא כוכב שכילה את מלאי המימן שלו, סיים את חייו וכיום הוא שורף חומרים כבדים יותר ממימן.

הגילוי המאושר הראשון של כוכב לכת חוץ-שמשי מקיף שמש מהסדרה הראשית (‎51 pegasi)‏, פורסם על ידי מישל מאיור ודיטר קלוץ בנייצ’ר ב-6 באוקטובר 1995. האסטרונומים הופתעו מגילויו של “צדק חם“, אך מיד לאחר מכן גילו כוכבי לכת דומים בהצלחה רבה.

“התעניינתי בכל סוג של מדע כשהייתי בגיל העשרה, לא רק אסטרופיזיקה, גם גיאופיזיקה, צמחים, אורניתולוגיה אבל במיוחד אהבתי מתמטיקה ופיזיקה ולכן התחלתי ללמוד פיזיקה תיאורטית באוניברסיטת לוזאן, וכשסיימתי את עבודת המאסטר, עברתי לדוקטורט באוניברסיטת ג’נבה וחקרתי את הדינמיקה של גלקסיות ספירליות. זה היה בדיוק הזמן בשנות השישים, אז רק התחלנו להבין את טבען של הגלקסיות. לגלקסיות ספירליות יש שתי זרועות אך הסיבוב שלהן לא אחיד. המרכז מסתובב מהר יותר מהקצוות. הדבר אמור היה לגרום להתפרקותן. פרופ’ לין אן שון טען שמה שמחזיק את כוכבי הגלקסיות הללו ביחד אינו חומר אלא גלים דחוסים. עשיתי על נושא זה את עבודת הדוקטורט, ולאחר שסיימתי חשבתי שיהיה מעניין לבדוק את התיאוריה הזו באמצעות מדידת מהירותם של כוכבים קרובים לשמש”.

“רציתי להוכיח את התיאוריה שאכן שדה המהירות סביב השמש תואם את ההשערה. קביעת המהירות של הרבה כוכבים זו עבודה משעממת אבל למזלי פגשתי אסטרונום אנגלי שפיתח מכשיר ראשון מסוגו שעושה זאת בטכנולוגיה יעילה יותר. באותו רגע עברתי מתיאוריה למכשירים ופיתחתי ביחד עם עמיתים ממארסיי, סוג ראשון של ספקטרוגרף ב-1977 (CORAVEL) הוא היה מכשיר מצויין אבל לא מספיק כדי לחפש כוכבי לכת. כעשרים שנה לאחר מכן התחלנו בבניה של מכשיר חדש עם טכנולוגיות חדשות: סיבים אופטיים ו-CCD, והגדלנו את הדיוק פי 30 עם ספקטורגרף שכונה ELODIE. רק אז, בשנת 1993 הגענו לרמה שמאפשרת לנו לגלות כוכבי לכת.”

“המכשיר היה כל כך מדויק שהתחלנו מיידית לחפש באופן סיסטמטי אחר כוכבי לכת החגים סביב כוכבים כמו השמש. בחרנו מדגם של 142 כוכבים. אני ותלמידים ובהם דידייה קוולו, מדדנו את מהירויותיהם לילה אחרי לילה, בנסיון למצוא שינויים זעירים במהירות הכוכב שנגרמות בגלל עצם מלווה. לאחר חודשים אחדים גילינו את כוכב הלכת הראשון פגאסי 51b זו היתה הפתעה משום שמדובר בענק גזים קרוב מאוד לשמש שלו. באותו זמן התיאוריה קבעה שלכוכבי לכת גזים צריכים להיות מסלולים שזמן ההקפה בהם אורך לפחות עשר שנים – פחות או יותר כמו צדק. גילינו כוכב לכת כזה שמשך הקפתו את השמש שלו 4.2 ימים. מכיוון שהיה מדובר בתגלית חשובה רצינו לבדוק אם בכל זאת משהו השפיע על המדידות שלנו למשל כתמים מגנטיים על הכוכב. ב-1995 צפינו שוב בכוכב – התופעה עדיין התקיימה ומאפייניה לא השתנו ולמרות הסיכון החלטנו לפרסם. זה היה כוכב הלכת הראשון מחוץ למערכת השמש.”

פרק חדש באסטרונומיה

“גילוי פגאסי 51b היה הרמז הראשון לכך שאנחנו צריכים פיזיקה חדשה להסבר היווצרות כוכבי לכת. ההסבר החדש שניתן היה שהם נוצרו בקצה מערכת השמש, שם הכוכב לא היה יכול לאדות את אטמוספירת הגז שלו ונדדו לעבר השמש. כמה חודשים לאחר מכן מדענים אמריקנים גילו עוד כוכב לכת, וזה התחיל את הענף החדש. עד היום התגלו למעלה מ-4,000 כוכבי לכת והמספר גדל מיום ליום. אלפי מדענים עוסקים בתחום ומפתחים טכניקות חדשות. גם הטלסקופים הקרקעיים השתפרו וכמובן שוגרו משימות חלל ייעודיות לחיפוש כוכבי לכת במערכות שמש אחרות, כשהמוכרת שבהן הוא קפלר.”

למה שהחיים יהיו דומים לשלנו, מבוססי פחמן?

“כבר בעת העתיקה היו כאלו שהעריכו שצריכים להיות יותר עולמות ביקום. היה לנו מזל להגיע בזמן שבו הטכנולוגיה איפשרה לנו לתת תשובה אמיתית (וחיובית) לשאלה. היום האתגר הגדול הוא לחפש כוכבי לכת עם חומרים אורגניים ולפתח טכנולוגיות לחיפוש סמנים ביולוגיים – ספקטרוסקופיה שמראה שהחיים קיימים.”

“אנחנו צריכים לקבוע מה אנחנו מחשיבים כחיים – אורגניזמים מורכבים המסוגלים להחליף אנרגיה עם הסביבה כדי להגן על עצמם מהחוץ והמאפיין הכי חשוב הם צריכים להעביר את המידע איך לעשות זאת מדור לדור. אם יש יצור אחד עם שתי התכונות הללו, עליו לייצר שני תאים ולהעביר את המידע והדור הבא יעביר את המידע הלאה. הדרך היחידה שאנחנו מכירים להעביר מידע הוא הקוד הגנטי – שרשרת ארוכה של אטומים המקודדים את הפרטים של כל המכניקה המורכבת. אלו החיים. הפחמן הוא היסוד היחיד שיכול ליצור שרשראות ארוכות. אין מקבילה של הכימיה האורגנית המבוססת על חומר אחר. אם אתה מחמם את השרשרת מעל 120 מעלות, השרשרת מתפרקת ואתה הורס את המידע. מתחת למינוס עשרים הכימיה כל כך איטית עד ששום דבר לא קורה. התחום שבו המים במצב נוזלי, חיוני להתפתחות החיים. זו לא טענה אנתרופגנית, זה חוק בסיסי בפיזיקה. העברת המידע מוגבלת לתחום טמפרטורות זה ולכן מחפשים כוכבי לכת עם מים נוזלים. מעבר לכך הפרטים אינם ידועים. יש לנו כל המרכיבים של החיים בכל מקום. יש גם חשיבות לגודל כוכב הלכת: אם הוא קטן מדי, האטמוספירה תתאדה. אם הוא יהיה גדול מדי האטמוספירה תהיה דחוסה ותיווצר התחממות גלובלית. זה מה שנשאר לדורות הבאים לחקור.”

העתיד המזהיר של חקר כוכבי הלכת

“לאחר גילוי כוכב הלכת הראשון בנינו את מכשיר ה-ARPS – הספקטרוגרף המחובר לטלסקופ בקוטר 3.6 מטר והעתקנו אותו גם לטלסקופ נוסף בצ’ילה – המכונה גלילאו. הטלסקופ גלילאו והספקטרוגרף ביצעו מעקב אחר המטרות החשודות ככוכבי לכת בנתוני טלסקופ החלל קפלר. אני ואנשי הצוות שלי גילינו לפחות 300 כוכבי לכת באמצעות המכשירים הללו. בהם כוכבי לכת קלים וסלעיים.”

“פיתוח של טלסקופ ענק עם ספטרוגרף ברזולוציה גבוהה נדרש כדי לגלות את הספקטרה של כוכבים שכוכב הלכת חולף לפניהם או מאחוריהם . השילוב של טלסקופ גדול וספקטרוגרף ייתן לנו גישה להרכב הכימי של האטמוספירה של כוכבי הלכת. התקדמות גדולה צפויה בתחום הקביעה הספקטרלית של אטמוספירה של כוכבי לכת. פיתחנו גם ספטרוגרף גדול שיתחבר לטלסקופ ה-VLT (קוטר שמונה מטרים). גם בחלל יש כמה משימות פעילות המוקדשות לכוכבי לכת מחוץ למערכת השמש דוגמת TESS – חיפוש כוכבי לכת המקיפים שמשות בהירות. בהמשך תשגר סוכנות החלל האירופית את טלסקופ גדול “אפלטון”, שיחפש כוכבי לכת החולפים לפני השמשות שלהם.”

מה תהיה ההשלכה של גילוי חיים על כוכב לכת אחר ביקום?

“זה יעזור להבין את המקום של האנושות והחיים ביקום, אבל זו בעיקר שאלה פילוסופית. אינני רואה השלכה ישירה. המרחקים כל כך גדולים שלא יהיה לנו קשר ישיר עם היצורים הללו. זה יעזור לתת תשובה לשאלה כיצד נוצרו החיים, האם זה תהליך נורמלי או מיוחד לכדור הארץ. אם נגלה חיים בכוכבי לכת רבים אולי זה יסייע לנו לענות על השאלה. לפחות באופן חלקי. אני לא מאמין שתהיה לזה יותר השפעה גדולה יותר מלגילויים על מציאת שרידי הומנידים באפריקה וסידור מחדש של האבולוציה האנושית.

קשה להתעלם מהעובדה שאנחנו בתקופה שמפנה עורף למדע, ואמרו זאת כמעט כל זוכי פרס וולף באירוע ההרצאות המדעיות שלהם.

פרופ’ מאיור: “נכון שיש גישה מוזרה של האוכלוסיה שמצד אחד מבינה שהמדע מביא תועלת גדולה לאדם והדוגמה הכי טובה היא בתחום הבריאות. אבל תמיד יהיו אנשים שמבקרים את המדע. אני לא יכול להתעלם מכך שעל אף שיש השפעות שליליות של האדם על כדור הארץ כמו זיהום או שינויי האקלים, כאשר אנחנו אומרים שצריך לעשות משהו נגד זה, פתאום חלק מהאוכלוסייה מתחילים להכחיש את קיום הבעיה. ספקני אקלים.”

“זה מאוד מביך. מוזר שיש לך אנשים שעובדים בהמון מעבדות, שנים רבות כדי להבין את מורכבות האקלים. מצד שני יש אנשים שזורקים הערה בטוויטר וטוענים שזה לא נכון. הם טועים אבל הם עושים הרבה רעש. יש תחרות לא הוגנת בין אנשים בורים בתחום האקלים התוקפים בלי ידע את מה שנעשה במעבדות הטובות ביותר בעולם. זה מצב מוזר.”

עוד בנושא באתר הידען:
הגיהנום סביב פגאסי 51
האסטרונומיה הפכה באופן רשמי מדע של BIG DATA – ראיון עם זוכה פרס דו דוד לשנת 2017, פרופ’ שריניוואס קולקארני