‫השחר המפציע מעל שמים רחוקים / מייקל ד' למוניק‬

הגלקסיה רוחשת כוכבי לכת. מדענים מנסים בכל כוחם להציץ לתוך האטמוספרות שלהם כדי לחפש סימנים לחיים חוץ-ארציים

עולם חייזרי עם ירח גדול. איור: shutterstock
עולם חייזרי עם ירח גדול. איור: shutterstock

כל ממי שהיה שם באותן שעות, מן האסטרופיזיקאי הוותיק ביותר ועד כתב המדע הטירון ביותר, לא ישכח ככל הנראה את מסיבת העיתונאים שנערכה בכנס החורף של האגודה האמריקנית לאסטרונומיה בסן אנטוניו שבטקסס בינואר 1996. במקום ההוא ובשעה ההיא, הודיע ג'פרי ו' מארסי, שעבד אז כתצפיתן באוניברסיטת המדינה בסן פרנסיסקו, שהוא ועמיתו לתצפיות, ר' פול באטלר, אז באוניברסיטת קליפורניה שבברקלי, גילו את כוכבי הלכת השני והשלישי שנמצאו אי פעם חגים סביב כוכב דמוי השמש שלנו. על קיומו של כוכב הלכת הראשון מסוג זה, 51 Pegasi b, הכריזו מישל מאיור ודידיֵה קלו מאוניברסיטת ז'נווה כמה חודשים לפני כן. אבל זיהוי יחיד עשוי להיות מקרי או אפילו טעות. כעת היה מארסי יכול לומר בביטחון שאין כאן מקרה ואף לא טעות. "כוכבי לכת," הוא אמר לקהל, "אינם נדירים ככלות הכול."

ההכרזה הזאת טלטלה את עולם האסטרונומיה. כמעט איש לא חיפש כוכבי לכת מחוץ למערכת השמש שלנו מכיוון שהמדענים היו משוכנעים שיהיה קשה מדי למצוא אותם. ואילו כעת, לאחר חיפוש בקומץ קטן בלבד של כוכבים, גילו האסטרונומים שלושה עולמות, עדות למיליארדים נוספים הממתינים להתגלות.

אם הגילוי של באטלר ומארסי היה מסתכם ביישוב שאלה בתיאוריה של היווצרות כוכבי לכת, הוא לא היה הישג חשוב כל כך. ואולם, הגילוי הזה הראה באופן חד-משמעי שכוכבי לכת מחוץ למערכת השמש אכן קיימים, ויחד עִמם עומדת גם האפשרות לענות על שאלה שטרדה את מנוחתם של פילוסופים, מדענים ותיאולוגים עוד מימי יוון העתיקה: האם אנחנו לבד ביקום?

לאחר ששקעו הדי התרועות הראשוניות, התיישבו מדענים כדי להבין כיצד בדיוק הם מתכוונים לחקור את הסיכוי להימצאותם של חיים, ולו הבראשיתיים ביותר, על פני כוכב לכת החג סביב שמש זרה.

מלבד קליטת שידור רדיו חוצני, בסגנון ג'ודי פוסטר בסרט "קוֹנְטַקְט", הדרך היחידה לגלות זאת היא לחפש בכוכבי הלכת האלה חתימות ביולוגיות אטמוספריות, כלומר ראיות למולקולות פעילות מאוד, כגון חמצן, שהיו נעלמות מהר מן האטמוספרה, אלא אם כן אורגניזמים מסוג כלשהו מחדשים את המלאי באמצעות חילוף חומרים.

התצפיות של מארסי, מאיור ועמיתיהם התבססו אך ורק את ההשפעה הכבידתית של כוכבי הלכת על כוכב האם שלהם. כדי לגלות חתימה ביולוגית, יש צורך "לצלם" אֶקזוֹ-אטמוספרה, כלומר אטמוספרה חוצנית, באופן ישיר. לשם כך תכננה נאס"א לשגר סדרה של טלסקופי חלל שעוצמתם תלך ותגדל, תכנית ששיאה יגיע בטלסקופ שיחוג סביב כדור הארץ, ושמו האינטֶרפֶרוֹמֶטֶר למציאת כוכבי לכת דמויי כדור הארץ, שבנייתו תעלה מיליארדי דולרים והוא אמור להיות משוגר בזמן כלשהו בעשור הבא. בקצרה, האסטרונומים ידעו שאין הם עומדים ללמוד משהו על אטמוספרות של אֶקזוֹפְּלָנֵטוֹת, כלומר כוכבי לכת מחוץ למערכת השמש, בעתיד הנראה לעין.

טלסקופ החלל קפלר. איור: נאס"א
טלסקופ החלל קפלר. איור: נאס"א

הם טעו. גילויים של כוכבי הלכת הספורים האלה העניק השראה לדור שלם של מדענים צעירים, והמריץ אותם להיכנס לתוך התחום החדש שהיה בבת אחת להתמחות המדוברת ביותר באסטרופיזיקה. גם רבים מעמיתיהם המבוגרים יותר השתכנעו בעקבות כך לעבור לתחום האֶקזוֹפְּלַנֶטוֹלוגיה. שטף המוחות הפתאומי הזה הוביל לרעיונות חדשים לחקר אטמוספרות מחוץ למערכת השמש והעניק תנופה אדירה להתקדמות התחום. ב-2001 כבר גילו אסטרונומים נתרן באטמוספרה של אחד מכוכבי הלכת האלה. בזמן שחלף מאז זיהו גם מתאן, פחמן דו-חמצני ומים. מדענים אפילו מצאו רמזים עקיפים, באמצעות בחינת אטמוספרות של כוכבי לכת מחוץ למערכת השמש, לכך שייתכן שכמה מהם בנויים בחלקם מיהלום טהור. "בשלב הזה," אומרת הת'ר נאטסון, אסטרופיזיקאית מן המכון הטכנולוגי של קליפורניה ("קל-טק") שהייתה מעורבת ברבות מן התצפיות פורצות הדרך האלה, "למדנו משהו על האטמוספרות של בין 30 ל-50 כוכבי לכת, אם מחשיבים גם נתונים שטרם פורסמו באופן רשמי."

התגליות האלה עדיין רחוקות מלספק ראיות לקיומם של חיים, ואין הדבר מפתיע, שכן מרבית העולמות שנאטסון מדברת עליהם הם כוכבי לכת חמים, הדומים לכוכב הלכת צדק, שמקיפים את הכוכב שלהם במסלול צמוד יותר ממסלולו של כוכב-חמה (מרקורי) הלוהט שלנו סביב השמש. ואולם, נאטסון ועמיתיה החלו לשלוח יותר ויותר את מבטם אל עבר אטמוספרות של כוכבי לכת קטנים יותר, מן הסוג המכונה "סופר-כדור ארץ", שהמסה שלהם גדולה פי שניים עד פי עשרה ממסת כדור הארץ שלנו – הישג תצפיתי שאיש לא היה מסוגל אפילו לדמיין לפני עשר שנים. באפריל 2013 התפרסמה ידיעה שטלסקופ החלל קֶפּלר גילה שני כוכבי לכת שמסתם קטנה מפי שניים ממסת כדור הארץ, שחגים שניהם במסלולים שבהם הטמפרטורות עשויות לאפשר לחיים להתקיים. ההכרזה הזאת סיפקה עדות נוספת לכך שכמעט אין ספק שעולמות ידידותיים לחיים קיימים בשפע. אף על פי שכוכבי הלכת האלה, שזכו לשמות קפלר 62e ו-62f, רחוקים מכדי שיהיה אפשר לחקור אותם בפירוט, האסטרונומים משוכנעים שלא יחלפו שנים רבות עד שהתצפיתנים יוכלו לחפש אחר חתימות ביולוגיות באטמוספרות של כוכבי לכת שיכולים בעיקרון להיחשב אחים תאומים לכדור הארץ.

פלנטת מגרש החניה

אסטרונומים הניחו שיחלפו עשרות שנים עד שנוכל להתחיל להתבונן באטמוספרות פלנטריות משום שחופן כוכבי הלכת הראשונים שהתגלו מחוץ לכדור הארץ התגלו בעקיפין, דרך ההשפעה שהייתה לכל אחד מהם על הכוכב האב שלו. כוכבי הלכת עצמם היו בלתי נראים, אך מכיוון שכל כוכב לכת וכוכב אב שלו חגים סביב מרכז כובד משותף, המשיכה הכבידתית של כוכב הלכת גורמת לכוכב להיראות כאילו הוא מתנודד במקומו. כשכוכב כלשהו נע לקראתנו, האור שלו מוסח קלות לכיוון הכחול של ספקטרום האור הנראה וכשהוא נע הלאה מאִתנו, האור מוסח לאדום. מתוך שיעור ההסחה יכולים הצופים להסיק מהי מהירותו הרדיאלית של הכוכב, כלומר באיזו מהירות הוא נע לקראת כדור הארץ או הלאה ממנו, ומתוך כך אפשר להסיק מהי המסה של כוכב הלכת המקיף אותו (וגרם לתנודה).

ואולם, הייתה לאסטרונומים אפשרות נוספת למציאת כוכבי לכת. אם מסלולו הבלתי-נראה של כוכב הלכת מצוי בזווית כזו שהצופים מכדור הארץ מצויים בדיוק מן הצד, יחלוף כוכב הלכת בדיוק על פני הכוכב שלו, תופעה המכונה "מעבר אסטרונומי" (transit). אבל בימים של אותן תגליות ראשונות, לפני כעשרים שנה, כמעט שום אסטרונום לא חשב כלל על מעברים, פשוט מכיוון שאפילו חיפוש כוכבי הלכת עצמם היה דחוק כל כך לשוליים. (יוצא דופן ראוי לציון אחד הוא ויליאם ג' בורוקי ממרכז המחקר על שם איימס של נאס"א, החוקר הראשי במשימת טלסקופ החלל קפלר, שעתיד בסופו של דבר למצוא גופים שמימיים המבצעים מעברים באלפיהם.)

כמה שנים לאחר מכן, ב-1999, טימותי ו' בראון, שפעל אז במרכז הלאומי האמריקני למחקר אטמוספרי, ודייוויד שַרבּוֹנוֹ, שהיה אז סטודנט לתואר מתקדם באוניברסיטת הרווארד, הציבו טלסקופ זעיר בגודל של טלסקופ חובבים במגרש חניה בבולדר שבקולורדו וראו לראשונה מעבר כזה. כוכב הלכת היה HD 209458b, שזוהה כבר לפני כן באמצעות שיטת המהירות הרדיאלית. כמה שבועות לאחר מכן צפה גרגורי ו' הנרי מאוניברסיטת המדינה של טנסי, שעבד עם מארסי, באותו כוכב לכת עובר על פני הכוכב שלו. זכות הראשונים על התגלית ניתנה לשני הצוותים יחד מכיוון ששני הזיהויים פורסמו במקביל.

הזיהוי המוצלח של מעברים אלה העניק לאסטרונומים דרך שנייה למצוא כוכבי לכת מחוץ למערכת השמש, אבל יותר מזה: הוא גם העניק להם דרך למדוד את הצפיפות שלהם. שיטת המהירות הרדיאלית חשפה את המסה של HD 209458b. כעת האסטרונומים ידעו גם את גודלו הפיזי מכיוון שכמות אור הכוכב שנחסמת על ידי כוכב לכת עומדת ביחס ישר לגודלו. (HD 209458b גדול ב-38% מכוכב הלכת צדק, על אף שמבחינת המסה, הוא קל מצדק ב-29%; חלוקת המסה שלו בגודלו נותנת תוצאה בלתי צפויה של צפיפותו, שהאסטרופיזיקאי אדם בוראוז מאוניברסיטת פרינסטון כינה "בעיה מתמשכת הדורשת הסבר".)

בשלב הזה כבר הבינו כמה וכמה אסטרופיזיקאים שמעברים מאפשרים גם לחקור את האטמוספרה של כוכבי לכת מחוץ למערכת השמש, בתהליך שנאטסון מכנה "קיצור דרך מחוכם להפליא". למעשה, אפילו לפני שדווח לראשונה על מעבר, שרה סיגר, אסטרופיזיקאית מן המכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס (MIT), שלמדה אז לתואר מתקדם לצד שרבונו בהרווארד, פרסמה מאמר יחד עם המנחה שלה, דימיטר ד' ססלוב, ובו הם חזו מה יראו צופים כשאור הנפלט מכוכב יחלוף דרך אטמוספרה של כוכב לכת בזמן שכוכב הלכת יחלוף על פני הכוכב. זה זמן רב יודעים הפיזיקאים שמולקולות ואטומים שונים בולעים אור באורכי גל שונים. אם תתבוננו בכוכבי לכת באורך גל התואם למולקולה שאתם מחפשים, כל אטמוספרה המכילה את המולקולה הזאת תבלע את האור. האטמוספרה האוורירית של כוכב הלכת תהפוך לאטומה, וכוכב הלכת ייראה גדול יותר.

סיגר וססלוב העלו את האפשרות שאדי נתרן יהיו קלים במיוחד לזיהוי. "נתרן הוא כמו צחנה של בואש," אומר שרבונו. "גם מנה קטנה תעשה את העבודה." ומי כמוהו יודע: ב-2001 חזרו שרבונו, בראון ועמיתיהם אל HD 209458b, כוכב הלכת שהמעבר שלו היה הראשון שנמדד, אבל הפעם לא עם טלסקופ חובבים עלוב, אלא עם טלסקופ החלל האבל. ואכן, חותם הנתרן היה גם היה שם, בדיוק על פי התחזיות.

ליקוי מלא

אסטרונומים הבינו גם שיש דרך שנייה, משלימה לראשונה, לבחון את האטמוספרות של כוכבי לכת המבצעים מעבר. כשכוכב לכת חולף על פני השמש שלו, הוא מפנה את צד הלילה שלו אל הצופה בכדור הארץ. במצבים אחרים הוא מראה לפחות חלק מצד היום שלו, וברגע לפני שכוכב הלכת נחבא מאחורי הכוכב, כמעט כל צד היום שלו פונה אל כדור הארץ. אף שהכוכב בהיר הרבה יותר מכוכב הלכת המקיף אותו, גם כוכב הלכת עצמו זוהר, בעיקר באור אינפרה-אדום.

אבל הזוהר נעלם בבת אחת כשכוכב הלכת נע אל מאחורי הכוכב; תרומתו לאור המשותף של כוכב הלכת והכוכב נעלמת. אם האסטרופיזיקאים יוכלו לערוך השוואה של "לפני" ו"אחרי", הם יוכלו להסיק כיצד היה נראה כוכב הלכת לו היה לבדו [ראו תיבה בעמוד הבא]. "השיטה הזאת משנה את אופיה של הבעיה," אומרת נאטסון. "במקום שתיאלצו לזהות משהו קלוש מאוד העומד לצד משהו זוהר מאוד, כל מה שתצטרכו לעשות הוא למדוד אותות המשתנים עם הזמן." ל' דרייק דמינג, שעבד במרכז לתעופת החלל על שם גודארד של נאס"א, כיוון כבר ב-2001 את הטלסקופ התת-אדום שעל הר הגעש מאונה קיאה שבהוואי אל HD 209458b, בניסיון לראות את התופעה הזאת, המכונה ליקוי משני, אך לדבריו לא עלה בידו להגיע לזיהוי.

עם זאת, הוא ידע שטלסקופ החלל שפיצר, שיועד לשיגור ב-2003, יוכל כמעט בוודאות לבצע תצפית כזאת, וגם שרבונו הסכים אתו. שני האסטרונומים, שלא הכירו זה את זה, הגישו לשפיצר בקשה לביצוע התצפיות. שניהם קיבלו את פרק הזמן שביקשו ואספו את הנתונים. ואז, יום אחד בתחילת 2005, נזכר דמינג, הוא קיבל הודעה קולית: "דרייק, מדבר דייב שרבונו מהרווארד," אמר הקול. "שמעתי שביצעת כמה תצפיות מעניינות לאחרונה. אולי כדאי שנשוחח."

התברר שדמינג (שעבד עם סיגר) ושרבונו, ביצעו כל אחד לחוד את זיהויי הליקוי המשני הראשונים בהיסטוריה, ממש באותו זמן, תוך שימוש באותו מצפה. שתי הקבוצות פרסמו במקביל את התוצאות שלהן שנמדדו בשני כוכבי לכת שונים: HD 209458b החרוש לעייפה במקרה של דמינג וכוכב לכת המכונה TrES-1 אצל שרבונו. שנה לאחר מכן זיהה הצוות של דמינג את הליקוי המשני של כוכב לכת המכונה HD 189733b. "תגלית זו," כתבו סיגר ודמינג במאמר סקירה ב-2010, "הביאה בעקבותיה מבול של תצפיות שזיהו ליקויים משניים בעזרת 'שפיצר'…אפשר לומר באופן חד-משמעי כי איש לא חזה מראש את מלוא העוצמה ואת ההשפעה האדירה של 'טלסקופ החלל שפיצר' ככלי לפיתוח תחום המחקר של אטמוספרות מחוץ למערכת השמש." למעשה, אומרת סיגר, "אנחנו משתמשים בהאבל ובשפיצר בדרכים שהם מעולם לא יועדו לפעול בהן, ומגיעים למדידות בדיוק של ספרות רבות אחרי הנקודה שהם מעולם לא יועדו להגיע אליהן."

שכבות אטמוספריות

המחקרים האלה הראו שני דברים, אומרת סיגר. "זה נשמע אולי קצת כמו חדשות של אתמול, אבל למדנו שכוכבי לכת המכונים 'דמויי-צדק חמים' הם אכן חמים. מדדנו את הבהירויות שלהם ואת הטמפרטורות שלהם," ומה שעלה בתצפיות תואם לאופן שבו הם ציפו שכוכבים יחממו את כוכבי הלכת שלהם. "שנית, זיהינו מולקולות. האם [הממצאים שלנו] שונים מאוד ממה שציפינו? האמת – לא ממש." סיגר אומרת שיש לפיזיקאים דרכים סלולות המאפשרות לבנות מודל של כדור גז בטמפרטורה מסוימת, המורכב משילוב כלשהו של יסודות, ולשאול אילו סוגי מולקולות ייווצרו. "חוקי הפיזיקה והכימיה הם אוניברסליים," היא אומרת.

ואולם, סיגר ואסטרופיזיקאים אחרים למדו גם שעל אף הדמיון הכללי בין האטמוספרות של כוכבי לכת שונים, אפשר למצוא כמה וכמה דרכים להבדיל בין כוכב לכת אחד למשנהו. אחת הדרכים היא האופן שבו הטמפרטורה משתנה עם הרום (הגובה מעל פני הקרקע של כוכב הלכת). יש כוכבי לכת, כמו למשל צדק ושבתאי במערכת השמש שלנו, שבהם אפשר לראות אינוֶורסיה של טמפרטורות, כלומר מצב שבו הטמפרטורה עולה עם הרום במקום לרדת. בכוכבי לכת אחרים המצב שונה. "הבעיה," אומר נאטסון, "היא שאיננו יודעים מה גורם לאינוורסיה, ולפיכך איננו יכולים לחזות לאילו כוכבי לכת תהיה התכונה הזאת ולאילו לא." כמה אסטרופיזיקאים אומרים שייתכן שלכוכבי לכת עם אינוורסיות יש מולקולות סופחות חום מסוג כלשהו, כמו למשל טיטניום דו-חמצני, אבל בינתיים אין זו אלא השערה.

שאלה אחרת היא אם אטמוספרות פלנטריות מסוימות עשויות מתערובת מולקולות שונה מן התערובת שבכוכבי לכת אחרים. ניקוּ מַדהוּסוּדַהאן, שעובד כעת באוניברסיטת ייל, ניתח את חותם האור הנראה והאור האינפרה-אדום של כוכב הלכת WASP-12b והסיק שהאטמוספרה שלו עשירה בפחמן במידה יוצאת דופן: שיעורו של היסוד הזה באטמוספרה היה דומה לשיעור החמצן.

על פי התיאוריה, יחס פחמן-חמצן גבוה מ-0.8, אם הוא יופיע גם בכוכבי לכת אחרים, קטנים יותר, באותה מערכת שמש (כפי שסביר להניח שיקרה, שכן הסברה היא שכוכבי לכת במערכת שמש נוצרים בתהליך התעבות מתוך דסקה יחידה של גז ואבק), יוביל ליצירת "סלעים" העשויים מקַרבִּידים, מינרלים עשירים בפחמן, במקום מסלעי סיליקאט העשירים בצוֹרן (סיליקון) המצויים במערכת השמש שלנו. אם אכן כך הם פני הדברים, ייתכן שבכוכב לכת בגודל של כדור הארץ במערכת WASP-12b יהיו יבשות עשויות יהלומים.

סיגר ואחרים כתבו מאמרים תיאורטיים המעלים את האפשרות שאין שום סיבה לשלול את קיומם של כוכבי לכת העשויים בעיקר מפחמן או אפילו מברזל. אבל במקרה של WASP-12b, ייתכן שאין זה כך. נאטסון אומרת שאיאן קרוספילד ממכון מקס פלנק לאסטרונומיה שבהיידלברג בגרמניה, גילה לאחרונה שהאור המגיע מ- WASP-12b מזוהם באור שמגיע מכוכב כפול חלש יותר הניצב ברקע. "ייתכן שהנתונים שלו מטילים ספק כלשהו בפרשנות לגבי כוכב הלכת המסוים הזה," אומרת נאטסון.

עולם המים

התצפית שזכתה להתעניינות הערה ביותר, הרבה יותר מכל תצפית אחרת, מתמקדת בכוכב לכת המכונה GJ 1214b, שחג מסביב לכוכב "ננס-M" אדמדם (ננס-M הוא כוכב ננס אדום בעל סיווג ספקטרלי M), השוכן במרחק של כ-40 שנות אור מכדור הארץ. בזכות הקרבה של GJ 1214b אלינו קל יחסית לחקור אותו. וקוטרו גדול מזה של כדור הארץ רק פי 2.7 כלומר, כוכב הלכת הרבה יותר קרוב להיות דמוי-ארץ מאשר כוכבי הלכת החמים דמויי-צדק שנמצאו בשנים הראשונות של ציד כוכבי הלכת. "כוכב הלכת הזה הוא הסופר-כדור-ארץ החביב ביותר על כולם," אומרת לורה קריידברג, תלמידת מחקר באוניברסיטת שיקגו, שעומדת בראש ניתוח הנתונים של פרויקט תצפית אחד מן הסוג הזה.

כוכב הלכת GJ 1214b התגלה ב-2009 במסגרת פרויקט MEarth שאורגן על ידי שרבונו במטרה לחפש כוכבי לכת החגים סביב ננסי-M. הרעיון מאחורי הפרויקט הוא שיהיה קל יותר למצוא כוכבי לכת קטנים המבצעים מעבר בסביבתם של אותם כוכבים קטנים ועמומים מאשר בסביבתם של כוכבים גדולים יותר, מכמה וכמה סיבות. ראשית, כוכב לכת בגודלו של כדור הארץ חוסם מעט מאוד אור, ולכן, באופן יחסי הוא יחסום שיעור ניכר יותר של אור המגיע מכוכב קטן. כוכב לכת כזה גם יפעיל משיכה כבידתית יותר חזקה יחסית על הכוכב, כך שיהיה קל יותר להעריך את המסה של כוכב הלכת וממילא את הצפיפות שלו. כמו כן, גם האזור המתאים לחיים במקרה של כוכב קטן וקר יהיה קרוב אליו הרבה יותר מאשר במקרה של כוכב חם ודמוי-שמש, ולכן יהיה הרבה יותר סביר שנוכל לזהות מעברים (מכיוון שמסלולו של כוכב לכת קרוב יכול לחלוף על פני הכוכב גם בלי שיהיה מיושר במדויק עם שדה הראייה שלנו). ולבסוף, יש בשביל החלב הרבה יותר ננסי-M מאשר כוכבים דמויי-שמש: כ-250 ננסי-M שוכנים בטווח של כ-30 שנות אור מכדור הארץ, לעומת כ-20 כוכבים דמויי-שמש.

אבל GJ 1214b הוא לא בדיוק ארץ שנייה: קוטרו גדול פי 2.7 מזה של כדור הארץ והמסה שלו גדולה פי 6.5, כך שהצפיפות הכוללת שלו היא בין הצפיפות של כדור הארץ ובין זו של נפטון. למרבה הצער, כפי ששרבונו ואחרים הבינו מיד לאחר שהכוכב התגלה, הצפיפות הזאת יכולה להתבטא בכמה וכמה דרכים שונות. יכול להיות, למשל, שיש לו ליבה סלעית קטנה המוקפת באטמוספרה ענקית המורכבת רובה ממימן. ואולי יש לו ליבה גדולה יותר, המוקפת באוקיינוס עמוק של מים שמעליו אטמוספרה דקה ועשירה באדי מים. אם הנתון היחיד שיש בידינו הוא צפיפות, אי אפשר להבדיל בין שתי האפשרויות האלה. אין ספק שהאפשרות של אוקיינוס היא כמובן מסעירה יותר, לאור העובדה שמים נוזלים נחשבים תנאי מקדים, ואולי אף הכרחי, לקיומם של חיים בצורה המוכרת לנו.

ועם זאת, כשג'ייקוב בין, אסטרונום מאוניברסיטת שיקגו, צפה בכוכב הלכת בכמה וכמה אורכי גל שונים, בתקווה לראות שינוי בגודלו הנראה שיוכל להעיד על עוביה של האטמוספרה, הוא לא ראה דבר. אפשר להסביר זאת בשתי דרכים. ייתכן שיש לכוכב הלכת אטמוספרת מימן מנופחת, אבל מלאה בעננים ובאובך שמקשים על זיהויה. או שיש לו אטמוספרה דקה ומימית, אבל דקה מכדי שטלסקופים המוצבים על הקרקע יוכלו להתוות במדויק את מאפייניה. את המצב הזה אפשר להקביל להתבוננות ברכס הרים מרחוק, אומרת קריידברג, שהחלה לעבוד עם בין בשנה שעברה. "גם אם יש פסגות, אם תהיו רחוקים מדי, הן עשויות להיראות כמו קו ישר."

כדי לנסות ליישב את הסוגיה, הוענקו לבין ולעמיתיו 60 הקפות של טלסקופ האבל והם כבר החלו לערוך את התצפיות שלהם. אין זו הפעם הראשונה שאסטרונומים צפו ב- GJ 1214b באמצעות האבל, אבל התכנית הזאת מקיפה הרבה יותר מכל קודמותיה והיא תנצל את המצלמה החדשה ורבת העוצמה, Wide Field Camera 3, שהותקנה במשימת השירות האחרונה של הטלסקופ ב-2009. עם קצת מזל, מסע התצפיות הזה יישב אחת ולתמיד את השאלה: האם GJ 1214b הוא עולם מים או לא.

המצוד אחר חמצן

כיום, כשאסטרונומים עוסקים בענייני הציד של כוכבי לכת כבר פרק זמן, הם התחילו למצוא עוד כוכבי לכת רבים שזמן ההקפה שלהם ארוך. כוכבי הלכת האלה מצויים במרחק גדול יותר מן הכוכב שלהם ולכן הם קרים יותר מן הקבוצה המוקדמת יותר של דמויי-צדק חמים. "במשך זמן רב הוגבלנו לכוכבי לכת שהטמפרטורה שלהם היא מ-1,500 מעלות קלווין ל-2,000 מעלות קלווין, כלומר ממש חמים," אומרת נאטסון מקלטק. בתנאים האלה, "רוב הפחמן באטמוספרה נקשר לחמצן, ויוצר פחמן חד-חמצני," היא אומרת. "הדבר הכי מעניין שקורה כשיורדים מתחת ל-1,000 מעלות קלווין הוא שפחמן משתלב במקום זאת בתוך מולקולות מתאן (CH4)."

מתאן מושך במיוחד את תשומת הלב מכיוון שהוא יכול להיות סימן לפעילות ביולוגית, אם כי סימן לא חד משמעי שכן מתאן יכול להיווצר בתהליכים גאופיזיקליים מתחילתם ועד סופם. חמצן, ובייחוד בצורת אוזון (O3), מולקולה פעילה במיוחד העשויה משלושה אטומי חמצן, יהיה אות הרבה יותר מתקבל על הדעת לנוכחות חיים. כמו כן קשה מאוד לזהות אותו מכיוון שהחותם הספקטרלי שלו חמקמק, בייחוד באטמוספרה קטנה באופן יחסי של כוכב לכת בגודל כדור הארץ.

ועל אף פי כן, כל הפעילות הקדחתנית סביב סופר-כדורי ארץ בטמפרטורה בינונית מוסיפה להתמקד בפרס הגדול. "כל העסק הזה הוא בעצם רק תרגיל," אומרת סיגר. "אני מתכוונת, זה אמנם מעניין לעצמו, אבל בשביל אנשים כמוני, זו רק אבן דרך עד השלב שבו סוף סוף נתקדם מסופר-כדורי ארץ ונתחיל לחקור את אטמוספרות של כוכבי לכת בגודל כדור הארץ."

סביר להניח שזה לא יקרה לפני שטלסקופ החלל על שם ג'יימס וב ישוגר למסלולו, ייתכן שב- 2018, ולפני שדור חדש של מכשירים קרקעיים עצומים, כגון טלסקופ מגלן הענק וטלסקופ שלושים המטרים, יתחילו לפעול ב-2020. אך אפילו בעזרת הכלים רבי העוצמה האלה, אומרת סיגר, "יידרשו לשם כך מאות על מאות שעות" של זמן תצפית. אפילו אז לא ברור האם נוכל לזהות את חותמם של חיים באופן חד משמעי; לשם כך, ייתכן שהתצפיתנים עדיין יזדקקו ל-Terrestrial Planet Finder, שהמימון לבנייתו ספג קיצוץ מכאיב כל כך, עד שנכון לעכשיו, כל תקווה לתאריך שיגור ממשי אינה יותר מניחוש פרוע.

ועם זאת, ראוי לציין שאיש בשנות ה-90 של המאה ה-20 לא חלם כלל שכבר בשלב מוקדם כל כך סיגר תוכל אפילו לדבר על סיכוי של ממש למצוא חתימות ביולוגיות. אנחנו כבר איננו מסתפקים בתקווה שתרבות חוצנית תזהה אותנו ותשלח מסר בכיווננו. אנחנו חוקרים בפועל את האוויר שמעל עולמות רחוקים ומחפשים בשמים שמעליהם סימנים המעידים שיש מישהו בבית.

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

על המחבר

מייקל ד' למוניק (Lemonick) הוא עיתונאי באתר החדשות ללא מטרת רווח, Climate Central, ומחבר הספר "ארץ מראה: החיפוש אחר אחיו התאום של כוכב הלכת שלנו" (בהוצאת וולקר בוקס, 2012). במשך 21 שנים הוא שימש ככתב מדעי של המגזין טיים.

בקיצור

הידע המסורתי גרס שיהיה כמעט בלתי אפשרי לחקור את האטמוספרות של כוכבי לכת רחוקים במערכות שמש אחרות מפני שהאור הבוקע מכוכב האב שלהם יהיה בוהק מדי.

ואולם, ברגע שהחלו מדענים לחקור כוכבי לכת כאלה בשעה שהם עוברים מאחורי הכוכב שלהם, הם הבינו שהשינוי בבהירות הכוכב המתקבל במצב כזה יוכל לספק רמזים לחומרים שמהן עשויות האטמוספרות.

אסטרונומים משתמשים כעת בשיטות מתקדמות כאלה כדי לזהות אטומים ומולקולות באטמוספרות האלה. הם מקווים שיוכלו להרחיב בהקדם את חיפושיהם ולכלול בהם מולקולות שיספקו ראיות לחיים רחוקים.

ליקוי חמה: טלסקופ החלל שפיצר מסוגל לזהות את השינוי הזעיר בבהירות שמתרחש כשכוכב לכת חולף מאחורי כוכב האב שלו. קרדיט: קלטק ונאס"א
ליקוי חמה: טלסקופ החלל שפיצר מסוגל לזהות את השינוי הזעיר בבהירות שמתרחש כשכוכב לכת חולף מאחורי כוכב האב שלו. קרדיט: קלטק ונאס"א

 

 

כיצד זה פועל

צילום השוואתי

החיפושים המתקדמים אחר כוכבי לכת מחוץ למערכת השמש מנסים למצוא אותם באמצעות איתור של עמעום אופייני בבהירותם של כוכבים המתרחש כשכוכבי הלכת שלהם חולפים על פניהם (מימין). אבל אם תרצו לדעת ממה עשויה האטמוספרה של כוכב הלכת, תצטרכו לחפש אחר העמעום השני, החלש יותר, שמתרחש כשכוכב לכת חולף מאחורי הכוכב שלו. הליקוי הזה חוסם את האור המוחזר של הכוכב. באמצעות השוואת אור הכוכב לפני המעבר האחורי הזה ובעת המעבר אפשר להסיק את הרכב האור המוחזר ולבנות תמונה של ההרכב המולקולרי של האטמוספרה (למטה).

למצוא כוכב לכת

טלסקופ החלל קפלר צפה ביותר מ-100,000 כוכבים סמוכים מאז 2009 בציפייה למצוא עמעום בבהירות של כוכב המתרחשת כשכוכב לכת נסתר חולף בין הכוכב לבין כדור הארץ. הליקויים האלה יורידו בדרך כלל את עוצמת האור של הכוכב בשיעור של 1 חלקי 10,000.

למצוא אטמוספרה

כוכבי הלכת הרחוקים אמורים גם להחזיר חלק מאור הכוכב לכיווננו. הרכב אורכי הגם של האור המוחזר תלוי באטמוספרה של כוכב הלכת, מכיוון שמולקולות מסוימות באטמוספרה יבלעו או יחזירו אור באורכי גל מסוימים. בשעה שכוכב לכת חולף מאחורי הכוכב שלו, האסטרונומים מודדים את העמעום בבהירות המתרחש כשהאור המוחזר נעלם. אם האסטרונומים עוקבים אחר העמעום הזה בהרבה אורכי גל שונים, הם יכולים לשחזר מתוך הנתונים המתקבלים את ההרכב האטמוספרי של כוכב הלכת.

עם הכנת המאמר לדפוס נודע כי טלסקופ החלל קפלר התקלקל, עדכון זה גם נכון עד היום

ועוד בנושא

Planets We Could Call Home. Dimitar D. Sasselov and Diana Valencia in Scientific Ameri­can, Vol. 303, No. 2, pages 38-45; August 2010.

 

Exoplanet Atmospheres. Sara Seager and Drake Deming in Annual Review of Astronomy and Astrophysics, Vol. 48, pages 631-672; September 2010.

משימת קפלר:http://kepler.nasa.gov

 

המאמר התפרסם באישור סיינטיפיק אמריקן ישראל

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook

3 תגובות

  1. כעת נותר לחכות לטלסקופים שיצלמו את כוכבי הלכת עצמם
    וגם שנמצא פריצת דרך למהירות גבוהה
    האמרה הראשונה יכולה להתקיים בעוד 10 שנים
    האמרה השנייה לא ניתן לדעת

  2. דוגמה לבניית מודל של כוכב לכת

    גילוים של כוכבי לכת מחוץ למערכת השמש והשונות הרבה שלהם זה מזה וממה שאנו מכירים, יוצרים בהשאלה מטאפורית גן חיות של כוכבי לכת. במקביל לכך גובר יותר ויותר העניין בחיים מחוץ לכדור הארץ. עצם גילוים של מאות כוכבי לכת מעלה את הסבירות ואפילו מעודדת יותר באשר למציאת חיים מחוץ לכדור הארץ.

    חללית הקסיני המקיפה את שבתאי גילתה כי לירח שלו דיון יש אטמוספירה משלו. בגלל דלילות הרבה של אטמוספירה זו המונח המתאים לה יותר הוא אקוספירה. מה שמיוחד בגילוי זה שקוטרו של דיון הוא 1120 ק"מ. זאת אטמוספירה שלא יכולה לשאת עננים ובוודאי שאין בה תופעות אקלימיות.

    שני נתוני יסוד אלה יכולים לשמש בסיס לבניית מודל של כוכב לכת. על פי מודל זה כוכב לכת בקוטר 1000 ק"מ מקיף את השמש במרחק 1.8 יחידות אסטרונומיות וכי השמש לו זהה לזו שלנו. הצפיפות שלו היא 6.6, לשם השוואה צפיפות כדור הארץ היא 5.5. הוא מסתובב סביב עצמו פעם ב-15 שעות וזווית הנטייה שלו 12.מעלות. לכוכב לכת זה ירח אחד בקוטר 300 ק"מ המקיף אותו פעם ב-30 שעות ובמרחק 30,000 ק"מ ממנו.
    המסקנה המיידית הראשונה היא שירח זה מראה לכוכב לכת זה רק צד אחד שלו. שתי יממות של כוכב הלכת שוות ליממה אחת של הירח. לכוכב לכת זה יש ליקויי חמה וליקוי ירח בדומה לאלה של כדור הארץ. בהתחשב בהבדלי הגודל היחסיים שלהם ברור שהירח מפעיל על כוכב הלכת כוחות גיאות כמו הירח שלנו על כדור הארץ.

    כוכב לכת כה קטן עם צפיפות גדולה יכול להחזיק אטמוספירה. למודל מכניסים שני נתונים נוספים. צפיפות האטמוספירה היא 0.8 מזו של כדור הארץ והלחץ האטמוספרי הוא 0.6 בר. סביר להניח שיהיו עליו, כפי שאמרנו קודם לכן גם שינויים אקלימיים ורוחות. לשם השוואה צפיפות האטמוספירה של המאדים היא 1% מזו של כדור הארץ, הלחץ האטמוספרי הוא 7 מיליבר ונושבות עליו רוחות חזקות המגיעות למהירות של 480 קמ"ש. סביר על כן שגם שעל כוכב לכת זה נושבות רוחות. יכול להיות שלגודל כוכב הלכת משמעות רבה ביחס לעוצמת הרוחות. כדוגמה נכניס למודל נתון נוסף. מהירות רוחות המגיעה עד ל- 300 קמ"ש. מה ההשפעה שלהן על התפתחות הוריקנים וכו'? איך כוחות קוריוליס מושפעים מכך ובאיזו עוצמה?

    האם קיימים עליו מים נוזליים? בהתחשב בצפיפות האטמוספירה יכול להיות שכן. נכניס עתה נתון נוסף לכוכב לכת זה, שני אוקיינוסים. עומקו של אחד מהם 2 ק"מ ושל השני 3 ק"מ ומספר נהרות באורך עשרות ומאות קילומטרים ורוחבם עשרות מטרים. באוקיינוסים יכולים להתפתח הוריקנים וטייפונים. אם לכוכב הלכת טקטוניקה פעילה, מה הסיכוי שיתפתחו עליו גלי צונאמי? מכיון שכוכב לכת זה מרוחק יותר מאשר כדור ארץ מהשמש קבוע השמש קטן יותר ועוצמת ההארה של השמש קטנה יותר. מכיון שהוא נטוי על צידו, יש עליו תופעות מחזוריות אקלימיות. מכיון שזווית הנטייה שלו קטנה יותר, קווי הרוחב גבוהים יותר מאשר אלה של כדור הארץ יותר ימצאו לכל אורך היממה או בחשכה מוחלטת בחורף או באור יום מלא בקיץ. תחום הזניט, מה שמוכר על כדור הארץ כחוג הגדי וחוג הסרטן, הוא ° 12 . צפון ודרום. ביום הארוך ביותר השמש תהיה בזניט בקווי רוחב אלה. על כדור הארץ קרני השמש חודרות עד לעומק של 200 מטר בגופי המים. מכיון שכוכב לכת זה רחוק יותר מהשמש עומק חדירתם של קרני הוא לגופי המים קטן יותר.

    מכלול זה של היקשים הוא רק דוגמה באשר למסקנות אותן ניתן לגזור ממספר נתוני יסוד בכל מודל של כוכב לכת. מגוון האפשרויות הוא אינסופי. חשיבותה של צורת חשיבה הזו בכך שהיא נותנת בידי החוקרים כלי מתודולוגי באשר לגילויים של כוכבי לכת נוספים ולאפשרויות עתידיות לטוס אליהם. לומדים בגבולות מסוימים למה לצפות.

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן