עולמות טובים יותר מכדור הארץ / רנה הלר

כוכבי לכת אחרים, שונים במידה רבה מכדור הארץ שלנו, עשויים להיות הבתים הטובים ביותר לחיים ביקום 

האם אנחנו מתגוררים בטוב שבעולמות האפשריים? המתמטיקאי הגרמני גוטפריד לייבניץ חשב שכן, וכתב ב-1710 שכוכב הלכת שלנו, על כל חסרונותיו, חייב להיות העולם הטוב ביותר שאפשר להעלות על הדעת. הרעיון של לייבניץ ספג קיתונות של לעג וכונה משאלת לב בלתי מדעית, בייחוד על ידי הסופר הצרפתי וולטר, ביצירת המופת שלו, “קנדיד”. ואולם, הרעיון של לייבניץ עשוי לקבל תמיכה מקבוצת מדענים אחת לפחות: האסטרונומים. זה עשרות שנים שהם רואים בכדור הארץ אבן בוחן שעל פיה הם מחפשים עולמות מחוץ למערכת השמש שלנו.

עולם “עתיר חיים” גדול וסלעי, החג סביב כוכב קטן יותר מן השמש שלנו, עשוי להיות זר ומוכר בעת ובעונה אחת. הנוף שלו יהיה שטוח יותר בגלל כבידה גבוהה יותר על פניו, וייתכן שהצמחים שם יהיו בגוון כהה יותר מאשר הירוק בכדור הארץ, כדי לספוח ביתר יעילות את אור הכוכב החלש.

נכון לעכשיו, אנו, בני כדור הארץ, עדיין מכירים רק עולם חי אחד ויחיד, העולם שלנו, ולכן יש היגיון מסוים להשתמש בו כתבנית שעל פיה מחפשים חיים במקומות אחרים, כמו למשל באזורים הדומים ביותר לכדור הארץ שעל פני מאדים או בירחו המימי של צדק, אירופה. וכעת, כשמתגלים כוכבי לכת שחגים סביב כוכבים שאינם השמש שלנו ומאפשרים בעיקרון חיים,,הם מאתגרים את הגישה הזאת הממוקדת בכדור הארץ.

במהלך עשרים השנים האחרונות, מצאו אסטרונומים יותר מ-1,800 כוכבי לכת מחוץ למערכת השמש, המכונים אֵקסו-פְּלנטות, והחישוב הסטטיסטי מראה שהגלקסיה שלנו מאכלסת לכל הפחות עוד 100 מיליארד כוכבי לכת כאלה. מבין העולמות שנמצאו עד כה, רק מעטים דומים מאוד לכדור הארץ. בפועל, הם מראים מגוון מאפיינים אדיר ממש: הם שונים במידה עצומה זה מזה במסלוליהם, בגודלם ובהרכבם, והם חגים סביב כוכבים שונים ומשונים, ובהם גם כוכבים קטנים וקלושים במידה ניכרת מן השמש שלנו. המאפיינים המגוונים של כוכבי הלכת האלה מורים לדעתי ולדעת אחרים על האפשרות, שייתכן שכדור הארץ רחוק מלטעון לכתר כוכב הלכת הראוי ביותר לקיום חיים. למעשה, ייתכן שלכמה כוכבי לכת מחוץ למערכת השמש, השונים במידה רבה מכוכב הלכת שלנו, יש סיכויים הרבה יותר גבוהים ליצור ולתחזק מערכות חיים יציבות. אותם עולמות, שיש להם לכאורה יכולת משופרת לשאת חיים, עשויים להיות המטרות הראויות ביותר לחיפוש חיים חייזריים, מחוץ למערכת השמש.

כוכב לכת לא מושלם
מובן שיש לכוכב הלכת שלנו כמה וכמה תכונות שנראות, ממבט ראשון, אידאליות לחיים. כדור הארץ חג סביב כוכב בגיל העמידה, רגוע ושקט, שמאיר ביציבות כבר מיליארדי שנים ושסיפק שפע של זמן להיווצרות חיים ולהתפתחותם. יש בו אוקיינוסים של מים תומכי חיים, בעיקר מכיוון שהמסלול שלו סביב השמש עובר בתוך “אזור האִכלוס,” מתחם צר שבו האור המגיע מן הכוכב שלנו אינו חזק מדי ואינו חלש מדי. קרוב יותר לשמש, המים שעל פני כוכב הלכת יתאדו ויהפכו לקיטור, ורחוק יותר הם יקפאו לקרח. כדור הארץ בורך גם בגודל ידידותי לחיים: גדול דיו כדי שיוכל לאחוז באטמוספרה צפופה דיה בעזרת שדה הכבידה שלו, אבל קטן דיו כדי להבטיח שהכבידה לא תמשוך שמיכה אטומה ומחניקה של גז שתעטוף את כוכב הלכת. גודלו של כדור הארץ והרכבו הסלעי הם זירה שמתאימה לעוד גורמים מעודדי חיים, כמו למשל טקטוניקת לוחות המווסתת את האקלים ושדה מגנטי שמגן על החיים מפני קרינה קוסמית מזיקה.

ואולם, ככל שאנחנו, המדענים, בוחנים בעיון רב יותר את האופן שבו כוכב הלכת שלנו תומך בחיים, כן הוא נראה פחות ופחות אידאלי. בימינו, היכולת של כדור הארץ לשאת חיים שונה מאוד מאזור לאזור, כך שחלקים גדולים מפני השטח שלו הם נעדרי חיים: המדבריות הצחיחים, האוקיינוסים הפתוחים שחומרי המזון בהם דלים ואזורי הקוטב הקפואים. התמיכה של כדור הארץ בחיים משתנה גם לאורך הזמן. חשבו לדוגמה על כך שבמהלך מרבית תור הפחם שבעידן הפלאוזואיקון, פרק זמן שהתחיל בערך לפני 350 מיליון שנה ונמשך כ-50 מיליון שנה, אטמוספרת כוכב הלכת הייתה חמה יותר, לחה יותר ועשירה בחמצן הרבה יותר מאשר כיום. סרטנים, דגים ושוניות אלמוגים שגשגו במימי הים, יערות כבירים כיסו את היבשות, וחרקים ושאר יצורי יבשה גדלו לממדי ענק. ייתכן שכדור הארץ בתור הפחם תמך בביומסה גדולה הרבה יותר מזו הקיימת בו היום, ומשמעות הדבר היא שאפשר לראות בכדור הארץ של ימינו כוכב לכת פחות תומך-חיים ממה שהיה בתקופות קדמוניות.

יותר מזה, אנחנו יודעים שכדור הארץ יהיה הרבה פחות ידידותי לחיים בעתיד. בעוד כחמישה מיליארד שנה, תנצל השמש שלנו כמעט עד תום את דלק המימן שלה ותהליכי היתוך של הליום, שהם הרבה יותר אנרגטיים, יחלו להתרחש בליבתה. כתוצאה מכך השמש תתנפח ותהפוך לכוכב מסוג “ענק אדום” שיחרוך את כדור הארץ לאפר. ואולם, הרבה לפני כן יקיץ הקץ על החיים בכדור הארץ. הטמפרטורה בליבת השמש המכלה את מאגרי המימן תעלה בהדרגה, ותביא לעלייה אִטית בקצב פליטת האנרגיה הכוללת שלה והבהירות שלה תגדל בכ-10% בכל מיליארד שנה. משמעות השינוי הזה היא שאזור האִכלוס סביב השמש אינו איזור קבוע אלא משתנה לאורך הזמן. כשהאזור הזה יתרחק עוד ועוד מן השמש ההולכת ומתבהרת שלנו, הוא יותיר לבסוף את כדור הארץ מאחוריו. וזה עוד לא הכול: חישובים שנערכו לאחרונה מראים שכדור הארץ אינו מצוי במרכז אזור האִכלוס אלא קרוב יותר לשפה הפנימית שלו, מתנודד על סִפּו של הגבול שממנו והלאה הוא יתחמם יתר על המידה.

כתוצאה מכך, בעוד כחצי מיליארד שנה השמש שלנו תהיה בהירה דיה כדי ליצור בכדור הארץ אקלים יוקד שיאיים על הישרדותם של חיים רב-תאיים מורכבים. בעוד כ-1.75 מיליארד שנה מהיום, השמש שבהירותה הולכת וגוברת בקביעות תהפוך את העולם שלנו לחם כל כך עד שהאוקיינוסים יתאדו וידבירו כל צורת חיים פשוטה שנותרה על פניו. למעשה, כדור הארץ כבר עבר מזמן את פסגת הכושר שלו לשאת חיים, והחיים עליו מתקדמים במהירות לקראת המערכה האחרונה שלהם. כללו של דבר: נראה שמתקבל על הדעת לומר שכדור הארץ כיום הוא כוכב לכת שכושר נשיאת החיים שלו גבולית.

החיפוש אחר עולם ידידותי יותר לחיים

ב-2012 התחלתי לראשונה להרהר בשאלה כיצד עשויים להיראות עולמות מתאימים יותר לחיים. באותה תקופה חקרתי את כושרם של ירחים כבדים, החגים סביב ענקי גזים, לשאת חיים. הירח הגדול ביותר במערכת השמש שלנו הוא ירחו של צדק, גַנימֶד, שמסתו היא בסך הכול 2.5% ממסת כדור הארץ, כלומר קטן מכדי להחזיק אטמוספרה דומה לזו שלנו. אבל התחוור לי שיש דרכים מתקבלות על הדעת שבהן יכולים להיווצר ירחים המתקרבים למסת כדור הארץ במערכות פלנטריות אחרות. ירחים כאלה יכולים לחוג סביב כוכבי לכת ענקיים המצויים באזורי האִכלוס של הכוכב שלהם. בתנאים אלה עשויות להיות להם אטמוספרות הדומות לזו שיש על כוכב הלכת שלנו.

“אֶקסו-ירחים” כבדים כאלו יוכלו לתמוך בחיים טוב יותר מכדור הארץ מכיוון שהם יכולים להציע מגוון עשיר של מקורות אנרגיה בעבור ביוספרה אפשרית. בשונה מכדור הארץ, שמקור האנרגיה העיקרי שלו הוא אור השמש, הביוספרה של ירח כזה עשויה לשאוב אנרגיה גם מן האור המוחזר מכוכב הלכת הענק הסמוך לו, מן החום הנפלט ממנו או אפילו משדה הכבידה החזק שלו. כשירח חג מסביב לכוכב לכת ענק, כוחות הגאות יכולים לגרום לקרום שלו להתכופף הלוך וחזור וליצור חיכוך שיחמם את הירח מבפנים. ככל הנראה, התופעה הזאת של חימום גאותי היא שיוצרת את האוקיינוסים התת-קרקעיים המצויים, כך מניחים, בירח “אירופה” המקיף את צדק ובירח אֶנקֶלַדוּס המקיף את שבתאי. ועם זאת, מגוון האנרגיות הזה עלול להיות חרב פיפיות, שכן שיבוש קל באיזון שבין מקורות האנרגיה החופפים עלול בקלות לדחוף עולם כזה למצב שבו לא יוכל לשאת חיים.

עד כה לא זוהה בוודאות שום ירח מחוץ למערכת השמש, אף שייתכן שכמה ירחים כאלה יתגלו במוקדם או במאוחר בנתוני ארכיון של לוויינים כמו טלסקופ החלל קפלר של נאס”א. נכון לעכשיו, קיומם של עצמים כאלה והאפשרות שיתגלו כבעלי כושר לשאת חיים, נותרים בגדר השערה בלבד.

מצד אחר, ייתכן שברשימת כוכבי הלכת מחוץ למערכת השמש שקיומם אושש או מועמד לאישוש, יש כאלה שיכולים, לכאורה, לתמוך בחיים. כוכבי הלכת הראשונים מחוץ למערכת השמש שהתגלו באמצע שנות ה-90 של המאה ה-20, היו כולם ענקי גז שמסתם דומה לזו של צדק ושמסלוליהם קרובים מדי לכוכבים שלהם מכדי לאפשר בהם חיים. ואולם, במשך השנים, עם השיפור בטכניקות, החלו אסטרונומים למצוא כוכבי לכת קטנים יותר ויותר החגים במסלולים רחבים ונוחים יותר. מרבית כוכבי הלכת שהתגלו בשנים האחרונות הם מן הסוג המכונה “סופר-כדור ארץ,” כלומר כוכבי לכת שמסתם גדולה משל כדור הארץ עד פי עשרה, ושהרדיוס שלהם נע בין רדיוס כדור הארץ לבין הרדיוס של נפטון. התברר שכוכבי לכת כאלה נפוצים מאוד סביב כוכבים אחרים, אבל סביב השמש שלנו אין אפילו כוכב לכת אחד כזה, כך שמערכת השמש שלנו יכולה להיראות במידה מסוימת כמו חריגה לא אופיינית דווקא.

במקרים רבים, הרדיוסים של כוכבי הלכת מן הסוג הזה מרמזים על אטמוספרה סמיכה ומנופחת, כך שסביר יותר שהם סוג של “מיני-נפטון” ולא גרסאות גדולות במיוחד של כדור הארץ. ואולם, ייתכן שלכמה מן העולמות הקטנים יותר, בגודל של פי שניים בערך מכדור הארץ, יש אכן הרכב של ברזל וסלע הדומה לזה של כדור הארץ וייתכן שיש על פניהם שפע של מים נוזלים, אם הם חגים בתוך אזור האִכלוס של הכוכב שלהם. אנחנו יודעים כיום שכמה מכוכבי הלכת האלה, הכבדים מעט מכדור הארץ, שעשויים להתברר כסלעיים, חגים סביב כוכבים הקרויים ננסי-M וננסי-K, שהם קטנים יותר מן השמש שלנו, עמומים יותר ממנה ובעלי תוחלת חיים הרבה יותר ארוכה משלה. במידה מסוימת בגלל תוחלת החיים המורחבת של הכוכב הזעיר שלהם, אותם כדורי ארץ מגודלים הם המועמדים המשכנעים ביותר כיום להיות עולמות בעלי כושר משודרג לתמיכה בחיים, כפי שהראיתי במודל שבניתי לאחרונה בשיתוף עם עמיתי ג’ון ארמסטרונג, פיזיקאי מאוניברסיטת המדינה של מחוז ובר במדינת יוטה שבארה”ב.

יתרונות אריכות החיים
בעבודתנו, יצאנו מנקודת ההנחה שכוכב מאריך חיים הוא המרכיב היסודי ביותר המעניק לכוכבי הלכת שלו יכולת משודרגת לתמוך בקיום חיים. ככלות הכול, לא סביר שהחיים על פני כוכב לכת ישרדו לאחר שהשמש שלו תכבה. השמש שלנו היא בת 4.6 מיליארד שנה, קרוב לאמצע תוחלת החיים המשוערת שלה, כ-10 מיליארד שנה. אבל אם היא הייתה קצת יותר קטנה, היא הייתה מוגדרת ככוכב ננס-K שחייו הרבה יותר ארוכים. הכמות הכוללת של דלק גרעיני שננסי-K יכולים לשרוף היא קטנה יותר מן הכמות העומדת לרשותם של כוכבים מסיביים יותר, אבל הם משתמשים בדלק שלהם ביעילות רבה יותר, ולכן תוחלת החיים שלהם גדולה יותר. ננסי-K בגיל העמידה שאנחנו רואים כיום, מבוגרים מן השמש שלנו במיליארדי שנים, וימשיכו לזרוח מיליארדי שנים לאחר שהשמש שלנו תעבור מן העולם. לחיים המשוערים על פי כוכבי הלכת המקיפים אותם יהיה אפוא הרבה יותר זמן להתפתח ולהתפשט.

אורו של ננס-K ייראה קצת יותר אדום מאור השמש אבל הטווח הספקטרלי שלו יוכל לתמוך בפוטוסינתזה על פניו של כוכב לכת. ננסי-M הם כוכבים עוד יותר קטנים ועוד יותר חסכוניים ויכולים לזרוח ביציבות במשך מאות מיליארדי שנים, אבל האור שלהם עמום כל כך, עד שאזור האִכלוס שלהם קרוב מאוד אליהם. במרחק כזה, כוכבי הלכת עלולים להיות חשופים להתפרצויות כוכביות ולתופעות מסוכנות אחרות. נראה אפוא שמבחינת תנאים כוכביים לנשיאת חיים ננסי-K זכו בשילוב המנצח: תוחלת החיים שלהם ארוכה יותר משל השמש שלנו, ועם זאת הם אינם עמומים עד כדי בוגדנות.

כיום, ייתכן שמסביב לכמה מאותם כוכבים מאריכי חיים חגים סופר-כדורי ארץ סלעיים, שכבר עברו בכמה מיליארדי שנים את גילה של מערכת השמש שלנו. ייתכן שהחיים נבראו באותן מערכות פלנטריות הרבה לפני שהשמש שלנו נולדה, ושגשגו והתפתחו במהלך מיליארדי שנים עוד לפני שהביו-מולקולה הראשונה הגיחה מתוך המרק הבראשיתי שעל פני כדור הארץ הצעיר. אחד הדברים המרתקים ביותר בעיני הוא האפשרות שאולי החיים בעולמות קדמונים היו מסוגלים לערוך התאמות בסביבה הגלובלית שלהם בשביל להעצים עוד יותר את כושר האכלוס של כוכב הלכת, כפי שעשו החיים על פני כדור הארץ. אחת הדוגמאות המרכזיות לכך היא האירוע המכונה “אסון החמצן”, שהתרחש לפני כ-2.4 מיליארד שנה, כשכמויות ניכרות של חמצן התחילו להצטבר לראשונה באטמוספרת כדור הארץ. החמצן הגיע, ככל הנראה, מאצות ימיות והוביל לבסוף לאבולוציה של חילופי חומרים שזוללים יותר אנרגיה, ושבזכותם יצורים יכלו לפתח גוף גדול, עמיד ופעיל יותר. ההתקדמות הזאת הייתה צעד מכריע לקראת יציאתם ההדרגתית של החיים מן האוקיינוסים של כדור הארץ כדי להתנחל ביבשות. אם במערכות חיים זרות יימצאו מגמות דומות של שדרוג סביבתי, נוכל לצפות שכושרם של כוכבי לכת החגים סביב כוכבים מאריכי ימים לשאת חיים ישתפר ככל שהם מזדקנים.

אבל כדי שכוכבי הלכת החגים סביב כוכבים קטנים ומאריכי ימים יתמכו בחיים טוב יותר מכדור הארץ, הם צריכים להיות כבדים יותר מכדור הארץ. תוספת המסה יכולה להקדים רפואה לשתי הסכנות הסבירות ביותר שמאיימות על כוכבי לכת סלעיים מזדקנים. אם כדור הארץ שלנו היה ממוקם באזור האִכלוס של ננס-K קטן, אז החלק הפנימי של כוכב הלכת היה מתקרר הרבה לפני שהכוכב היה מגיע לקִצו. הדבר היה משבש את כושרו לתמוך בחיים. לדוגמה, החום הפנימי של כוכב לכת מניע התפרצויות געשיות וטקטוניקת לוחות, תהליכים המחדשים את מלאי גז החממה פחמן דו-חמצני באטמוספרה וממחזרים אותו. אילולא התהליכים האלה, כמות ה-CO2 האטמוספרי של כוכב הלכת הייתה הולכת ויורדת בקביעות מכיוון שהגשמים היו שוטפים את הגז מן האוויר ומעבירים אותו לסלעים. בסופו של דבר, אפקט החממה הגלובלי, התלוי ב-CO2, היה נבלם, ומעלה את ההסתברות שכוכב לכת דמוי ארץ ייכנס למצב של “כדור שלג” שבו כל המים שעל פניו יקפאו וחיים לא יוכלו להמשיך ולהתקיים בו.

מלבד הביטול האפשרי של אפקט החממה שמחמם את כוכב הלכת, אם העולם הסלעי המזדקן הזה מתקרר מבפנים, גם השדה המגנטי המקיף אותו עלול להתבטל ולהפסיק להגן עליו. לכדור הארץ יש שריון בדמות שדה מגנטי הנוצר על ידי ליבה מתערבלת ומסתחררת של ברזל מותך, הפועלת כמו דינמו. הליבה נשארת נוזלית בגלל חום שנשאר בה מן התקופה שבה כוכב הלכת נוצר, ובגלל התפרקות של איזוטופים רדיואקטיביים. ברגע שאמבט החום הפנימי של כוכב לכת סלעי מתרוקן, הליבה שלו מצטמקת, הדינמו נעצר והשריון המגנטי נופל ולא מונע עוד מן הקרינה הקוסמית ומן ההתפרצויות הכוכביות לשחוק את האטמוספרה העליונה ולפלוש לשטח כוכב הלכת. כתוצאה מכך, כוכבי לכת דמויי כדור הארץ ארץ זקנים צפויים לאבד חלק ניכר מן האטמוספרה שלהם לחלל. ואם יש עליהם חיים, הרמות המוגברות של קרינה מזיקה תפגע בהם.

סופר-כדורי ארץ סלעיים שגודלם עד פי שניים מכוכב הלכת שלנו אמורים להזדקן ביתר חן מכדור הארץ, מכיוון שהמסה שלהם, הגדולה משל כדור הארץ במידה ניכרת, תסייע לשמר את החום הפנימי שלהם למשך הרבה יותר זמן. אבל כוכבי לכת שהמסה שלהם גדולה פי שלושה עד חמישה ממסת כדור הארץ עלולים להיות מגודלים מכדי שתהיה להם טקטוניקת לוחות, מכיוון שהלחצים והצמיגויות שבמעטפת שלהם יהיו גבוהים כל כך, עד שהם ימנעו מן החום לזרום החוצה במידה הנדרשת. לכוכב לכת סלעי שמסתו פי שניים בלבד ממסת כדור הארץ עדיין תהיה טקטוניקת לוחות והוא יוכל לתחזק את המחזורים הגאולוגיים ואת השדה המגנטי שלו במשך כמה מיליארדי שנים יותר מאשר כדור הארץ. לכוכב לכת כזה גם יהיה קוטר גדול בכ-%25 מן הקוטר של כדור הארץ, כך ששטח המחיה שיעמוד לרשות אורגניזמים כלשהם יהיה גדול בכ-%56 מזה שלנו.

החיים על סופר-כדור ארץ עתיר חיים
איך ייראה כוכב לכת כזה? לכבידה הגבוהה יותר שעל פני הקרקע תהיה נטייה להעניק לסופר-כדור הארץ אטמוספרה קצת יותר דחוסה משלנו, וההרים שעליו יעברו סחיפה בקצב מהיר יותר. במילים אחרות, לכוכב לכת כזה יהיה אוויר דחוס יותר, באופן יחסי, ופני שטח מישוריים יותר. אם יהיו שם אוקיינוסים, אז הנוף השטוח של כוכב הלכת יגרום למים להיקוות במספר רב של ימות רדודות שבהן יהיו מפוזרים שרשראות איים, ולא באגני מצולות ענקיים שהרציפות שלהם נפסקת רק על ידי כמה יבשות גדולות [ראו תיבה בעמודים 36 ו-37]. ממש כפי שהמגוון הביולוגי באוקיינוסים של כדור הארץ הוא עשיר יותר במים רדודים סמוך לקווי החוף, “עולם איים” כזה יעניק יתרון עצום לחיים. ייתכן גם שהאבולוציה תתקדם בקצב מהיר יותר במערכות אקולוגיות של איים מבודדים, וכך יוכלו אולי להעניק עוד דחיפה למגוון הביולוגי.

כמובן, ללא יבשות גדולות, השטח הכולל שיעמוד לרשות חיים יבשתיים בעולם האיים המשוער יהיה קטן יותר מאשר בעולם יבשתי, וייתכן שמצב כזה יוריד את הכושר הכולל לשאת חיים. אבל לא בהכרח, בייחוד לנוכח העובדה שהאזורים שבמרכזן של יבשות נוטים להפוך למדבר שממה, מכיוון שהם רחוקים מאוויר ים לח וממוזג. יותר מזה, שטח הפנים התומך בחיים של כוכב לכת יכול להיות מושפע מאוד מזווית הנטייה של ציר הסיבוב שלו ביחס למישור התנועה שלו מסביב לכוכב. בכדור הארץ, למשל, הזווית הזאת היא כ-23.4 מעלות, והנטייה הזאת מחוללת את עונות השנה וממתנת את הפרשי הטמפרטורה בין האזורים המשווניים החמים יותר לבין אזורי הקוטב הקרים, ובלעדיה הם היו קיצוניים מאוד. בהשוואה לכדור הארץ, בעולם איים עם נטיית ציר סיבוב מיטבית גם האזורים המשווניים וגם הקטבים יכולים להיות חמימים, ללא קרחונים, ובזכות ממדיו הגדולים יותר ושטח הפנים הרב יותר שעליו, הוא יוכל אולי להתהדר בכמות יותר גדולה של יבשה תומכת חיים מאשר אילו היו לו יבשות גדולות.

אם נשלב את כל ההרהורים האלה באשר למאפיינים החשובים לחיים, הם יראו שעולמות עתירי חיים עשויים להיות גדולים קצת יותר מכדור הארץ, ושהכוכבים שסביבם הם חגים קצת יותר קטנים ועמומים מן השמש. אם המסקנה הזאת נכונה, מדובר בחדשות מסעירות במיוחד לאסטרונומים, מכיוון שברחבי המרחקים הבין-כוכביים, כוכבי לכת כאלה הרבה יותר קלים לזיהוי ולמחקר מאשר תאומים זהים של המערכת ארץ-שמש שלנו. נכון להיום, הסטטיסטיקות של סקרים לאיתור כוכבי לכת מחוץ למערכת השמש מראים שמערכות כאלה, של כוכבי לכת כבדים במעט מכדור הארץ החגים סביב כוכבים קטנים נפוצות במידה ניכרת יותר ברחבי הגלקסיה שלנו מאשר מקבילות של מערכת השמש שלנו. נראה אפוא שיש לאסטרונומים הרבה יותר מקומות מרגשים למצוד אחר חיים ממה שסברנו עד כה.

אחד הממצאים החשובים ביותר של טלסקופ החלל ע”ש קפלר, כוכב הלכת קפלר-186f, מושך את תשומת הלב בהקשר הזה. קוטרו של העולם הזה, שזיהויו הוכרז באפריל 2014, גדול ב-11% מקוטרו של כדור הארץ, וככל הנראה הוא עולם סלעי שחג במסלול סביב ננס-M בתוך אזור האִכלוס שלו. הוא ככל הנראה בן כמה מיליארדי שנים, ואולי אפילו זקן יותר מכדור הארץ. הוא מצוי במרחק של כ-500 שנות אור, כלומר, הוא אינו נגיש לתצפיות שיכולות להיערך היום או בעתיד הקרוב ולצמצם את מרחב התחזיות לגבי כושרו לשאת חיים, אבל ככל הידוע לנו, הוא יכול להיות עולם איים עתיר חיים.

מועמדים קרובים יותר החגים סביב כוכבים קטנים סמוכים יוכלו להתגלות בקרוב באחד ממגוון פרויקטים, ובייחוד משימת PLATO של סוכנות החלל האירופית, ששיגורה מתוכנן ל-2024. מערכות קרובות כאלה יוכלו להיות מטרות ראשונות במעלה בעבור טלסקופ החלל על שם ג’יימס וב, ששיגורו מתוכנן ל-2018, שיחפש אחר סימני חיים באטמוספרות של מספר קטן של עולמות שעשויים להיות בעלי יכולת משופרת לשאת חיים. עם די הרבה מזל, ייתכן שכולנו נוכל בקרוב להצביע אל עבר נקודה כלשהי בשמים, שבה קיים עולם מושלם יותר.

בקיצור
אסטרונומים מחפשים תאומים של כדור הארץ החגים סביב כוכבים דמויי שמש.
זיהוי של כוכבי לכת כאלה דורש מאִתנו למתוח את הטכנולוגיה שלנו עד קצה גבול היכולת.
לעומת זאת, כוכבי לכת גדולים יותר החגים סביב כוכבים קטנים יותר הם קלים יותר לזיהוי ועשויים להיות נפוצים מאוד.
חשיבה מחודשת מעלה את האפשרות שמערכות כאלה, לצד ירחים מסיביים החגים סביב כוכבי לכת ענקיים, עשויים גם לעודד היווצרות חיים יותר מאשר כוכב הלכת המוכר שלנו.

כדור הארץ לעומת סופר-כדור ארץ

מדוע כדורי ארץ כבדים טובים לחיים
אסטרונומים המחפשים חיים סביב כוכבים אחרים מתמקדים יותר ויותר בסופר-כדורי ארץ: כוכבי לכת גדולים יותר מכוכב הלכת שלנו, שמסתם היא עד פי 10 ממסת כדור הארץ, אולם עדיין קטנים יותר מענקים גזיים ולכן ייתכן שהם סלעיים. כוכבי לכת שמסתם כפולה מזו של כדור ארץ הם מטרות מבטיחות במיוחד, מכיוון שיש להם תכונות מסוימות שיכולות לעשותם ידידותיים יותר לחיים מאשר כוכב הלכת שלנו.

החיים על כדור הארץ
כוכב הלכת שלנו הוא מוצלח מהרבה בחינות. כדור הארץ, חג באזור ה”נכון במדויק” של כוכב שקט בגיל העמידה, הוא מתהדר באוקיינוס גלובלי שעל אף עומקו, הוא עדיין רדוד דיו כדי לאפשר קרקע יבשה שהחיים יוכלו לאכלס. הוא גדול דיו כדי שתהיה לו אטמוספרה הגונה, אבל קטן דיו כדי להימנע מהצטברות של שכבות גז שיחניקו את החיים. בזכות הרכבו הסלעי בעיקרו של כדור הארץ, הוא מחזיק גם בכמות מספקת של חום פנימי שיכולה לתחזק טקטוניקת לוחות שמייצבת את האקלים, ויש לו שדה מגנטי המגן על כוכב הלכת.

החיים על פני סופר כדור ארץ ידידותי לחיים
לכוכב לכת עתיר חיים, שמסתו כפולה בערך מזו של כדור הארץ, תהיה כבידה חזקה יותר על פני השטח, ולכן אטמוספרה עבה יותר, מזג אוויר שמזרז את הסחיפה וטופוגרפיה שטוחה יותר. התוצאה יכולה להיות עולם של ימות רדודות שמפוזרות בהן שרשראות איים, בשונה מן העולם המוכר יותר של אוקיינוסים עמוקים ויבשות גדולות. גאוגרפיה כזאת תוכל להיות יתרון לחיים, לאור העובדה ששרשרות איים הפזורות על פני כדור הארץ נמנות על האזורים הדחוסים והמגוונים ביותר מבחינה ביולוגית על פני כוכב הלכת. ועם זאת, התכונות החשובות ביותר הגורמות לכוכב לכת כזה להיות ידידותי לחיים קשורות במעמקים, בקרביו של כוכב הלכת.

ליבה שאינה פוסקת

סופר-כדור ארץ סלעי, שמסתו כפולה מזו של כדור הארץ, ישמר בקרביו כמות ניכרת של חום, גם שיירי חום מתקופת היווצרותו וגם מהתפרקות של איזוטופים רדיואקטיביים. אמבט החום הזה יוכל ליצור ליבה מותכת ומסתחררת הדומה לליבה של כדור הארץ, אבל מאריכת ימים הרבה יותר. ליבה זו תשרה שדה מגנטי רב עוצמה סביב כוכב הלכת, שיגן על האטמוספרה ועל פני השטח מפני קרניים קוסמיות הרסניות.

מחזור פחמן מתמשך
חום הליבה המתערבל הרב יותר שבתוך סופר-כדור ארץ יוכל לסייע לו לשמור על געשיות ועל טקטוניקת לוחות במשך זמן רב יותר בהשוואה לכדור הארץ. התהליכים האלה חיוניים לוויסות מחזור הפחמן של כוכב הלכת, וממילא, לוויסות האקלים שלו. הרי געש מפזרים פחמן דו-חמצני לוכד חום באטמוספרה, והגשמים היורדים שוטפים אותו לאט-לאט בחזרה לתוך הסלעים. טקטוניקת הלוחות מעבירה את הסלעים האלה לתוככי כוכב הלכת, ושם הפחמן הדו-חמצני “מתבשל” ולבסוף חוזר לאוויר דרך פעילות געשית. מודלים תיאורטיים מראים שסופר-כדורי ארץ שמסתם נעה בין פי שלושה לפי חמישה ממסת כדור הארץ עלולים להיות גדולים מכדי שתהיה להם טקטוניקת לוחות, ולכן עולמות שמסתם גדולה פי שניים ממסת כדור הארץ הן מועמדים טובים יותר לחיים.

אור שמש יציב
בלי קשר לתכונותיו של כוכב הלכת, כושרו לשאת חיים תלויה בעיקר בכוכב שסביבו הוא חג. כוכבים קטנים יותר מן השמש שורפים את הדלק הגרעיני שלהם ביעילות רבה יותר, ויכולים להמשיך להתקיים במשך עידנים על עידנים יותר ממנה, כך שלכוכבי הלכת שלהם יש הרבה יותר זמן לפתח חיים חסינים. כוכבים זעירים ועמומים המכונים ננסי-K יכולים לזרוח במשך עשרות מיליארדי שנים, בניגוד לתוחלת החיים המשוערת של השמש שלנו, העומדת על כ-10 מיליארדי שנים, וכך הן מוצאים את שביל הזהב בין הענקת כמות מספקת של אור לבין תוחלת חיים מורחבת. ייתכן שסופר-כדורי ארץ קטנים החגים באזור האִכלוס של ננסי-K ניחנים בשילוב המנצח של תנאי חיים.

חיים חולפים בשמש
כשכוכבים מזקנים, הם מגבירים את החום שעל כוכבי הלכת שלהם
באמות מידה אנושיות של זמן, אזור האִכלוס של כוכב נראה סטטי. אבל מכיוון שכוכבים מתבהרים יותר ככל שהם מזדקנים, האזור הזה נסחף החוצה במהלך העידנים, ולבסוף מותיר את העולמות נושאי החיים מאחור. כדור הארץ ממוקם סמוך לגבול הפנימי של אזור האִכלוס של השמש, ויהיה חם מכדי שיוכל להחזיק במים נוזלים בעוד כ-1.75 מיליארד שנה. כוכבים קטנים יותר זורחים באור עמום יותר ובמשך זמן רב יותר מאשר השמש, ולכן אזור האִכלוס שלהם נותר כמעט ללא ניע במשך עשרות מיליארדי שנים, מצב שעשוי להגדיל את תוחלת החיים על פני כוכבי הלכת שלהם.

עוד בנושא
Habitable Climates: The Influence of Obliquity. David S. Spiegel, Kristen Menou and Caleb A. Scharf in Astrophysical Journal, Vol. 691, No. 1, pages 596-610; January 20, 2009.
http://iopscience.iop.org/0004-637X/691/1/596/article
Exomoon Habitability Constrained by Illumination and Tidal Heating. René Heller and Rory Barnes in Astrobiology, Vol. 13, No. 1, pages 18-46; 2013. http://arxiv.org/abs/1209.5323
Habitable Zone Lifetimes of Exoplanets around Main Sequence Stars. Andrew J. Rushby, Mark W. Claire, Hugh Osborn and Andrew J. Watson in Astrobiology, Vol. 13, No. 9, pages 833-849; September 18, 2013.
Superhabitable Worlds. René Heller and John Armstrong in Astrobiology, Vol. 14, No. 1, pages 50–66; January 16, 2014. http://arxiv.org/abs/1401.2392
השחר המפציע מעל שמים רחוקים. מייקל ד’ למוניק, סיינטיפיק אמריקן ישראל, גיליון אוקטובר-נובמבר 2013. http://www.sciam.co.il/archives/6999
Post to Twitter

על המחברת
רנה הלר (Heller) הוא פוסט-דוקטורנט במכון אוריג’ינס שבאוניברסיטת מק’מאסטר שבאונטריו, וחבר בתכנית ההכשרה הקנדית לאסטרוביולוגים (CATP). המחקר שלו מתמקד בהיווצרות של ירחים מחוץ למערכת השמש, בהתפתחות המסלול שלהם, בזיהויים ובאפשרות שיש בהם חיים. הוא מחזיק בתואר הבלתי רשמי של אלוף העולם בהכנת פודינג אורז גרמני.

הכתבה התפרסמה באישור סיינטיפיק אמריקן ישראלי