האם יש כוכבי לכת דומים לכדור הארץ? כוכב לכת חדש הדומה לכדור הארץ התגלה: שכן קוסמי
תוך כדי עבודה עם הספקטרוגרף HARPS של מצפה הכוכבים הדרומי האירופי (ESO), צוות חוקרים גילה כוכב לכת קטן המקיף את כוכב הננס האדום Ross 128. אסטרונומים מאמינים שגודלו וטמפרטורת פני השטח שלו קרובים מאוד לכדור הארץ. מה שעוד יותר מעניין הוא שרוס 128 b ממוקם במרחק של 11 שנות אור בלבד ממערכת השמש, מה שהופך אותו לכוכב החוץ השני הקרוב אלינו אחרי פרוקסימה ב.
כוכב שקט וכוכב לכת מבטיח
"תגלית זו התאפשרה הודות לעשור של ניטור נתוני HARPS (High Accuracy Radial Velocity Planet Searcher), יחד עם טכניקות מתקדמות לניתוח נתונים", אומר ניקולה אסטודילו-דפרו מאוניברסיטת ז'נבה, שותף ב- מחבר המאמר על התגלית החדשה. "עד עכשיו, רק HARPS הוכיח דיוק מדידה כזה, ובמשך 15 שנים הוא נשאר צייד כוכבי הלכת הטוב בעולם", הוא מבטיח.
הצוות מציין שרוב הגמדים האדומים חווים התלקחויות שמש אינטנסיביות, שבדרך כלל ממש מוציאות את האטמוספירה מכוכבי הלכת ומפציצים אותם בקרינת שמש. עם זאת, רוס 128 הוא כוכב "שקט" באופן בלתי צפוי שאינו מפגין פעילות כזו. כתוצאה מכך, כוכבי הלכת שלו עשויים להיות הנקודה הקרובה ביותר לכוכב הלכת שלנו להתיישבות של מערכות כוכבים אחרות. זוהי החשיבות המיוחדת של התגלית: אם במקרה של פרוקסימה b הידועה, כוכב אגרסיבי עלול להרוס את האטמוספירה של כוכב הלכת ולהפוך אותה למדבר סלעי, אזי Ross 128 b נותן לאנושות תקווה להתפשטות קוסמית.
ערך פתיחה
מסלולו של רוס 128 b קרוב פי 20 לכוכב מהמרחק בין כדור הארץ לשמש, אך כוכב הלכת מקבל רק פי 1.38 יותר קרינת שמש. כתוצאה מכך, הטמפרטורה על פני השטח שלו אינה שונה מאוד מכוכב הלכת שלנו: בנקודות הקרות ביותר היא אינה יורדת מתחת ל-60 מעלות צלזיוס, ובנקודות החמות ביותר היא אינה עולה מעל 20 מעלות צלזיוס. עם זאת, מדענים אינם עדיין בטוח אם כוכב הלכת כלול בזה שנקרא " אזור הזהבה"- האזור סביב הכוכב, שתנאיו מאפשרים למים על כוכבי לכת להתקיים במצב נוזלי.
"הודות לטלסקופים מודרניים רבי עוצמה, בעוד 10 שנים נוכל לראות כוכב לכת חדש ולאפיין את האטמוספירה שלו. נכון לעכשיו, יש לנו רק מודלים תיאורטיים, ולכן לא יכולים לומר בוודאות אם קיימים מים נוזליים על פני השטח של רוס 128 b", מסביר ניקולה בראיון ל"פוטוריזם".
כאשר אסטרונומים גילו את כוכב הלכת הראשון סביב כוכב רגיל לפני שני עשורים, הם היו גם מאושרים ומבולבלים: כוכב הלכת 51 פגסוס b שהתגלה היה מסיבי פי אחד וחצי מצדק, אבל באותו זמן הוא היה ממוקם קרוב מאוד לכוכב הלכת. כוכב: הוא משלים מהפכה אחת תוך 4 ימים בלבד, אשר הרבה יותר מהר ממרקורי, כוכב הלכת הקרוב לשמש, עושה מהפכה ב-88 ימים. תיאורטיקנים שחקרו את היווצרות כוכבי לכת לא ראו אפשרות של היווצרות וצמיחה של כוכב לכת בסמיכות כזו לכוכב שזה עתה נולד. אולי זה היה חריג לכלל, אבל עד מהרה התגלו עוד כמה כוכבי צדק לוהטים, אליהם הצטרפו כוכבי לכת מוזרים אחרים: במסלולים מוארכים ונטויים מאוד, ואפילו מסתובבים נגד כיוון הסיבוב של כוכב האם.
המצוד אחר כוכבי לכת חיצוניים הואץ לאחר שיגור טלסקופ החלל קפלר ב-2009, ו-2,500 העולמות שגילה הוסיפו לסטטיסטיקה של חקר כוכבי לכת - וזה הביא לבלבול עוד יותר. קפלר גילה שהסוג הנפוץ ביותר של כוכבי לכת בגלקסיה נמצא איפשהו בין הגודל של כדור הארץ לנפטון - כדורי-על, שאין להם אנלוגים במערכת השמש שלנו ונחשבו כמעט בלתי אפשריים. טלסקופים קרקעיים מודרניים לוכדים אור ישירות מכוכבי לכת חיצוניים, במקום לזהות את נוכחותם בעקיפין, כפי שעושה קפלר, וגם הנתונים הללו יוצאי דופן. התגלו כוכבי לכת ענקיים בעלי מסה פי כמה מזו של צדק, שהמרחק מהם לכוכבים האב שלהם הוא פי שניים מהמרחק מנפטון לשמש - כלומר, הם נמצאים באזור נוסף שבו תיאורטיקנים ראו את לידתם של כוכבי לכת גדולים בלתי אפשרית. .
"זה היה ברור מההתחלה שהתצפיות לא השתלבו היטב עם התיאוריה", אומר ברוס מקינטוש, פיזיקאי מאוניברסיטת סטנפורד בפאלו אלטו, קליפורניה. "מעולם לא היה רגע שבו התיאוריה אישרה תצפית."
תיאורטיקנים מנסים ליצור תרחישים ל"גידול" כוכבי לכת במקומות שבעבר נחשבו מחוץ לתחום. הם מדמיינים שכוכבי לכת יכולים להיווצר בסביבות ניידות וכאוטיות הרבה יותר ממה שהם אי פעם דמיינו קודם לכן, כאשר כוכבי לכת בהתהוות נסחפים ממסלולים מעגליים קרובים לכוכב אל מאורכים ומרוחקים יותר. אבל גן החיות ההולך ומתרחב של כוכבי לכת אקזוטיים שחוקרים צופים בו פירושו שכל דגם חדש הוא ראשוני. "כל יום אתה יכול לגלות משהו חדש", אומר האסטרופיזיקאי תומס הנינג מהמכון לאסטרונומיה. מקס פלאנק בהיידלברג, גרמניה. "זה כמו לגלות מרבצים חדשים במהלך הבהלה לזהב." 
המודל המסורתי להיווצרות כוכבים וכוכבי הלכת שלהם מתוארך למאה ה-18, כאשר מדענים העלו תיאוריה שענן מסתובב באיטיות של אבק וגז עלול להתמוטט בהשפעת כוח המשיכה שלו. רוב החומר יוצר כדור, שמתכווץ, מתחמם והופך לכוכב כאשר מרכזו הופך צפוף וחם מספיק כדי ליזום תגובות תרמו-גרעיניות. כוח הכבידה ותנע זוויתי אוספים את החומר שנותר סביב הפרוטוסטאר לכדי דיסק שטוח של גז ואבק. חלקיקי חומר, כאשר נעים לאורך הדיסק הזה, מתנגשים ו"נדבקים זה לזה" על ידי כוחות אלקטרומגנטיים. במהלך כמה מיליוני שנים, החלקיקים גדלים לכדי גרגרים, חלוקי נחל, סלעים, ובסופו של דבר פלנטזימלים באורך קילומטרים.
ברגע זה, כוח המשיכה משתלט, מתרחשות התנגשויות של פלנטזימלים והחלל מתנקה לחלוטין מאבק, וכתוצאה מכך נוצרים כמה כוכבי לכת מלאים. עד שזה מתרחש בחלק הפנימי של הדיסק, רוב הגז ממנו נספג בכוכב או הועף ברוח הכוכבים שלו. היעדר גז פירושו שכוכבי הלכת הפנימיים נותרים ברובם סלעיים, עם אטמוספרה דקה.
תהליך צמיחה זה, המכונה צבירת ליבה, מתרחש מהר יותר בחלקים החיצוניים של הדיסק, שם הטמפרטורות נמוכות מספיק כדי להקפיא מים. קרח במקרה זה משלים את האבק, מה שמאפשר לפרוטופלנטות להתגבש מהר יותר. כתוצאה מכך, נראה ליבה מוצקה פי חמישה עד עשרה מכדור הארץ - די מהר, בעוד שהאזור החיצוני של הדיסק הפרוטו-פלנטרי נותר עשיר בגז. בהשפעת כוח המשיכה, הליבה "מושכת" גז מהדיסק לעבר עצמה, ויוצרת ענק גז כמו צדק. אגב, אחת המטרות של חללית ג'ונו, שטסה לצדק בתחילת החודש, היא לקבוע האם לכוכב הלכת באמת יש ליבה מסיבית.
תרחיש זה יוצר מערכת פלנטרית דומה לשלנו: כוכבי לכת קטנים וסלעיים עם אטמוספרות דקות הקרובות לכוכב; יש ענק גז כמו צדק ממש מחוץ לקו השלג (שם הטמפרטורה נמוכה מספיק כדי שהמים יקפאו), וענקים אחרים מופיעים בהדרגה במרחקים גדולים יותר וקטנים יותר מכיוון שהם נעים לאט יותר במסלוליהם ודורשים יותר זמן לאיסוף חומר מהדיסק הפרוטופלנטרי. כל כוכבי הלכת נשארים בערך במקום שבו נוצרו ונעים במסלולים מעגליים באותו מישור. נחמד ומסודר.
אבל הגילוי של צדק חמים העלה שמשהו אינו עולה בקנה אחד עם התיאוריה. כוכב לכת עם מסלול שלוקח רק כמה ימים להשלים נמצא במרחק קטן מאוד מהכוכב שלו, מה שמגביל את כמות החומר שממנו הוא יכול להיווצר. זה נראה לא מובן שענק גז יכול להיווצר במקום כזה. והמסקנה הבלתי נמנעת היא שכוכב לכת כזה בוודאי נוצר רחוק יותר מהכוכב שלו.
תיאורטיקנים העלו שני מנגנונים אפשריים לערבב את הסיפון הפלנטרי. הראשון, המכונה הגירה, דורש חומר רב כדי להישאר על הדיסק לאחר היווצרות כוכב הלכת הענק. כוח הכבידה של כוכב הלכת מעוות את הדיסק, יוצר אזורים בעלי צפיפות גבוהה יותר, אשר בתורם מפעילים כוח כבידה על כוכב הלכת, מה שגורם לו להיסחף בהדרגה לתוך הדיסק לכיוון הכוכב.
יש ראיות תומכות לרעיון הזה. כוכבי לכת שכנים מוצאים את עצמם לעתים קרובות ב"צרור" כבידה יציב המכונה תהודה מסלולית - כלומר, אורכי המסלולים שלהם קשורים כמספרים שלמים קטנים. לדוגמה, כאשר פלוטו מסתובב פעמיים את השמש, לנפטון יהיה זמן להסתובב בדיוק שלוש פעמים. זה מאוד לא סביר שזה קרה במקרה, אז סביר להניח שזה קרה במהלך הנדידה, ובכך נותן לכוכבי הלכת יציבות כבידה נוספת. הגירה בתחילת ההיסטוריה של מערכת השמש שלנו יכולה להסביר מוזרויות אחרות, כולל הגודל הקטן של מאדים וחגורת האסטרואידים. כדי להסביר אותם, תיאורטיקנים העלו את השערת "ההסטה הגדולה", שבה צדק נוצר בתחילה קרוב יותר לשמש, ואז נסחף פנימה כמעט למסלול כדור הארץ, אוסף חומר ובכך "מנע" ממנו מאדים, ולאחר היווצרותו של שבתאי בהשפעת כוח הכבידה והלחץ חזר גז באזור הפנימי של הדיסק, בדרך "הסיע" את שאריות האבק והפלנטזימלים לתוך חגורת האסטרואידים.
כמה מודליסטים מאמינים שתרחישים כאלה מורכבים שלא לצורך. "אני באמת מאמין בתער של אוקאם ("מה שניתן להסיק מפחות [הנחות] אין להסיק מיותר." - משוער. תִרגוּם)", אומר גרג לאגלין, אסטרונום באוניברסיטת קליפורניה, סנטה קרוז. Laughlin טוען שככל הנראה כוכבי הלכת נוצרו באותו מקום בו אנו רואים אותם כעת. לדבריו, כוכבי לכת גדולים עלולים להיווצר קרוב לכוכב שלהם אם הדיסקים הפרו-פלנטריים מכילים הרבה יותר חומר ממה שחשבו בעבר. תנועה פלנטרית כלשהי עדיין עשויה להתרחש - מספיק כדי להסביר רזוננסים, למשל - אבל "זהו הכוונון העדין הסופי, לא הצינור הראשי", אומר Laughlin.
אבל תיאורטיקנים אחרים אומרים שפשוט לא יכול להיות מספיק חומר כדי ליצור כוכבי לכת קרובים כל כך לכוכבים, כמו 51 Pegasus b ואחרים אפילו קרובים יותר. "הם לא יכלו להיווצר במקום הנכון", קובע בתוקף הפיזיקאי ג'ושוע ווין מהמכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס. וחלק ניכר מכוכבי לכת חיצוניים שנמצאים במסלולים מוארכים, משופעים או אפילו הפוכים גם מרמזים על סוג של דשדוש של המערכת הפלנטרית.
כדי להסביר את המוזרויות הללו, תיאורטיקנים מתייחסים ל"נשק התגרה" של כוח הכבידה, ולא להגירה מרגיעה. דיסק פרוטופלנטרי עשיר בחומר יכול ליצור כוכבי לכת רבים קרובים זה לזה, כאשר השפעת כוח הכבידה עלולה לגרום לכמה מהם להקיף קרוב לכוכב, להטות ואף להעיף כוכב לכת מהמערכת לגמרי. משחתת פוטנציאלית נוספת היא כוכב נלווה במסלול מוארך. רוב הזמן הוא רחוק מכדי שתהיה לו השפעה משמעותית על המערכת הפלנטרית, אבל קרוב אליו הוא יכול "לדשדש" באופן משמעותי את מסלולי כוכבי הלכת. לחלופין, אם כוכב האם הוא חבר בצביר כוכבים צמוד, כוכב שכן עשוי להתקרב מספיק כדי לערבב מסלולים או אפילו לחטוף לעצמו כוכב לכת אחד או יותר. "ישנן דרכים רבות לפרק מערכת פלנטרית", אומר ווין.
מסקנה בלתי צפויה התקבלה על ידי חוקרים שחקרו את כוכבי הלכת שמצא קפלר - התברר ש-60% מכדור הארץ המקיפים כוכבים דמויי שמש שונים באופן משמעותי ממה שאנו צופים במערכת השמש, ודורשים חשיבה מחודשת על התיאוריות הקיימות. רוב כדור הארץ העל, המורכב בעיקר מחומר מוצק עם כמויות קטנות של גז, עוקבים אחר מסלולים קרובים יותר לכוכבים שלהם מאשר כדור הארץ, ולעתים קרובות יש לכוכבים כמה מהם בבת אחת. לדוגמה, למערכת קפלר-80 יש ארבעה כדורי-על, כולם עם מסלולים של 9 ימים או פחות. התיאוריה המסורתית קובעת שבתוך קו השלג, ההצטברות איטית מכדי לייצר משהו כל כך גדול. אבל כדורי-על נמצאים רק לעתים רחוקות במסלולי תהודה, מה שמרמז שהם לא נדדו, אלא נוצרו מיד היכן שאנו מוצאים אותם.
חוקרים מציעים דרכים חדשות לפתור בעיה זו. רעיון אחד הוא להאיץ את ההצטברות באמצעות תהליך המכונה צמיחת חלוקים. לדיסקה העשירה בגז יש השפעה רבה על חפצים בגודל חלוקי נחל. זה בדרך כלל מאט אותם, וגורם להם להיסחף קרוב יותר לכוכב. אבל ככל שהם קרובים יותר לכוכב, כך הצפיפות גבוהה יותר, וכתוצאה מכך, קצב היווצרותם של פלנטזימלים עולה עם ירידה של המרחק לכוכב. אבל הצטברות מואצת ודיסק עשיר בגז מעלה בעיה משלה: כדור הארץ צריך לקבל אטמוספרות עבות ברגע שהם עולים על גודל מסוים. "איך מונעים מהם להפוך לענקי גז?" שואל האסטרופיזיקאי רומן רפיקוב מהמכון למחקר מתקדם בפרינסטון, ניו ג'רזי.
יוג'ין צ'אנג, אסטרונום מאוניברסיטת קליפורניה, ברקלי, אומר שאין צורך להאיץ את ההצטברות כל עוד הדיסק רווי ועשירה בגז. דסקית פנימית צפופה פי 10 מזו שיצרה את מערכת השמש יכולה בקלות ליצור כדור-על אחד או יותר שיצוצו בימים האחרונים של הדיסק הפרו-פלנטרי, לאחר שרוב הגז התפוגג, אמר.
כמה תצפיות ראשוניות מטלסקופ המילימטר/תת-מילימטר הגדול ALMA, הממוקם בצפון צ'ילה, תומכות בהצעה זו. ALMA יכולה לצלם פליטות רדיו מאבק וחצץ בדיסקים פרוטו-פלנטריים, והדיסקים המעטים שחקרה עד כה נראים מסיביים יחסית. אבל התצפיות עדיין אינן האמת האולטימטיבית מכיוון ש-ALMA עדיין לא פועלת במלואה והיא יכולה לצפות רק בחלקים החיצוניים של הדיסקים, לא באזורים שבהם ממוקמים כדור הארץ. "נוכל לראות את הפנים ברגע ש-ALMA תוכל להשתמש בכל 66 האנטנות", אומר צ'אנג.
לצ'אנג יש גם הסבר לתגליות נוספת של קפלר: פחזניות-על, סוג נדיר ובעייתי לא פחות של כוכב לכת בעל מסה פחותה מכדור-העל אך נראה ענק בגלל אטמוספירה שופעת המהווה 20% מהמסה שלהם. חושבים שכוכבי לכת כאלה נוצרים בדיסק עשיר בגז. אבל בדיסק הפנימי לא ניתן להחזיק נפח כזה של גז חם על ידי כוחות הכבידה החלשים של הפרוטופלנט, ולכן הגז הקר והצפוף של הדיסק החיצוני הוא מקום סביר יותר להולדת כוכבי לכת כאלה. צ'אנג מייחס את מסלוליהם הקרובים לכוכב לנדידה - טענה הנתמכת על ידי העובדה שלעיתים קרובות נמצאות נשפי-על נעולים במסלולי תהודה.
עד כה, רוב תשומת הלב בחקר כוכבי הלכת התמקדה בחלקים הפנימיים של מערכות פלנטריות, עד למרחק שווה ערך למסלולו של צדק, מהסיבה הפשוטה שכל השיטות הקיימות לגילוי כוכבי לכת לא מאפשרים להם להיות נמצא במרחקים נוספים מהכוכב. שתי שיטות עיקריות - מדידת תנודות הכוכבים הנגרמות מהשפעת הכבידה של כוכבי לכת, ומדידה של עמעום תקופתי של דיסקית כוכב כשכוכב לכת עובר דרכה - מאפשרות לנו למצוא כוכבי לכת גדולים במסלול קרוב. התמונות של כוכבי הלכת עצמם קשות ביותר מכיוון שהאור הקלוש שלהם כמעט טובע באור הכוכבים שלהם, שיכול להיות בהיר פי מיליארד.
אבל על ידי ניצול המרב מהטלסקופים הגדולים בעולם, אסטרונומים הצליחו לראות כמה כוכבי לכת. מערכת ה- Spectropolarimetric High Contrast System (SPHERE) ו-Twin Planet Imager (GPI), שנוספו לטלסקופים גדולים בצ'ילה, מצוידים במסכות מתוחכמות הנקראות קורונגרפים לחסימת אור הכוכבים. אז זה לא מפתיע שכוכבי לכת רחוקים מהכוכבים שלהם הם המטרות הקלות ביותר שלהם.
אחת המערכות הפלנטריות המוקדמות והבולטות ביותר שהתגלו באמצעות הדמיה ישירה היא שסביב הכוכב HR 8799, שבה ארבעה כוכבי לכת נעים מהכוכב במרחקים ממסלול שבתאי ליותר מפי שניים ממסלולו של נפטון. הדבר המדהים ביותר הוא שכל ארבעת כוכבי הלכת הם ענקיים, יותר מפי חמישה ממסת צדק. לפי התיאוריה, כוכבי לכת במסלולים כל כך רחוקים נעים כל כך באיטיות שהם צריכים לגדול בקצב של חילזון ולצבור מסות פחות משמעותית מזו של צדק עד שהדיסק של הגז והאבק נעלמת. ועדיין, המסלולים המעגליים ה"טובים" שלהם מרמזים שהם נוצרו עליהם מיד, ולא נדדו אליהם מאזורים קרובים יותר לכוכב.
ענקים רחוקים כאלה מספקים תמיכה לתיאוריה הרדיקלית ביותר, שבה כוכבי לכת מסוימים נוצרים לא באמצעות הצטברות, אלא באמצעות מה שנקרא אי יציבות כבידה. תהליך זה דורש דיסק פרוטו-פלנטרי עשיר בגז המתפרק ל"גושים" תחת כוח המשיכה שלה. גושי גז אלו מתלכדים עם הזמן וקורסים לכוכבי לכת גז מבלי ליצור ליבה מוצקה. מודלים מציעים שהמנגנון יפעל רק בנסיבות מסוימות: הגז חייב להיות קר, אסור לו להסתובב מהר מדי, והגז הדחוס חייב להיות מסוגל להסיר חום ביעילות. האם תיאוריה זו יכולה להסביר את כוכבי הלכת סביב HR 8799? רפיקוב אומר שרק שני כוכבי לכת חיצוניים מרוחקים וקרים מספיק. "זו עדיין מערכת די מסתורית", הוא אומר.
מוקדם מדי לומר אילו הפתעות נוספות צפויות ל-GPI ו-SPHERE. אבל האזור בין האזורים הרחוקים של מערכות כוכבי לכת והשכונות הסמוכות של כוכבים עם כוכבי הלכת חמים וסופר-כדור הארץ נותר מחוץ להישג יד: קרוב מדי לכוכב לצורך הדמיה ישירה, ורחוק מדי עבור שיטות עקיפות המבוססות על תנודות או עמעום. של כוכב המארח. כתוצאה מכך, קשה לתיאורטיקנים לקבל תמונה מלאה של איך נראות מערכות אקסופלנטריות. "אנחנו מבססים את זה על תצפיות מקוטעות ולא שלמות", אומר Laughlin. "כרגע, כנראה שכל ההנחות שגויות."
אסטרונומים לא יצטרכו לחכות זמן רב לנתונים חדשים. נאס"א תשגר את לוויין ההדמיה של כוכבי הלכת הקרקעיים (TESS) בשנה הבאה, וסוכנות החלל האירופית (ESA) צפויה לשגר במקביל גם את הלוויין המאפיין את הכוכבים החיצוניים (CHEOPS). בניגוד לקפלר, שסקר מגוון רחב של כוכבים רק כדי לזהות כוכבי לכת חיצוניים, TESS ו-CHEOPS יתמקדו בכוכבים קרובים לשמש, מה שיאפשר לחוקרים לחקור טרה אינקוגניטה נודדת. משוער. תִרגוּם). ומכיוון שכוכבי המטרה קרובים למערכת השמש, טלסקופים מבוססי קרקע אמורים להיות מסוגלים להעריך את מסת כוכבי הלכת שהתגלו, ולאפשר לחוקרים לחשב את הצפיפות שלהם ולהבין אם הם מוצקים או גזים.
טלסקופ ג'יימס ווב, שיושק השנה, יוכל ללכת רחוק עוד יותר, ולנתח את אור הכוכבים בזמן שהוא עובר באטמוספירה של כוכב לכת כדי לקבוע את הרכבו. "קומפוזיציה היא מפתח חשוב לעיצוב", אומר מקינטוש. לדוגמה, החיפוש אחר יסודות כבדים באטמוספרות של כדור הארץ העל עשוי להצביע על כך שדיסק עשיר ביסודות כאלה נחוצה להיווצרות מהירה של ליבות פלנטריות. ובעשור הבא, חלליות כמו TESS ו-CHEOPS יצטרפו למצוד אחר כוכבי לכת חיצוניים, יחד עם דור חדש של טלסקופים קרקעיים ענקיים עם מראות בקוטר של 30 מטרים או יותר.
אם תיאוריות ישנות עד לא מזמן עזרו לדוגמניות לעמוד איתן על הרגליים, אז בלחץ של גילויים חדשים הבסיס הזה מתחיל להתפורר, והחוקרים יצטרכו להזיע כדי להישאר על הרגליים. "הטבע חכם יותר מהתיאוריות שלנו", אומר רפיקוב.
גדלים השוואתיים של כדור הארץ (מימין) ושל כוכבי לכת חיצוניים (משמאל לימין): Kepler-22b, Kepler-69c, Kepler-452b, Kepler-62f ו-Kepler-186f. איור: נאס"א
כל גילוי של כוכב לכת דמוי כדור הארץ המקיף כוכב מסוג שמש מקרב אותנו צעד אחד יותר לגילוי העתק של כוכב הלכת שלנו. טלסקופ החלל קפלר, הצייד הראשי של כוכבי לכת, כבר גילה עולמות רבים שעלולים למגורים בגלקסיה שלנו.כדי לצמצם את חיפושיו אחר כוכב לכת פוטנציאלי למגורים, קפלר מחפש אובייקטים חדשים במה שמכונה "אזורי חיים" - אזורים סביב כוכבים שבהם מים עשויים להתקיים במצב נוזלי, וכתוצאה מכך, הטמפרטורה על כוכב לכת פוטנציאלי. יכול להיות גם נוח לתמיכה בחיים (זה שאנחנו מכירים).
בכל מערכת כוכבים, ל"אזור החיים" יש גדלים שונים. בחלק מהמקומות הוא רחב מאוד, באחרים הוא צר יותר. במערכת אחת "אזור" החיים ממוקם קרוב יותר לכוכב, במערכת אחרת הוא רחוק יותר. הגורם העיקרי, כמובן, הוא הכוכב עצמו והמאפיינים הפיזיים שלו.
ה"אחות" האחרונה שהתגלתה של כדור הארץ היא כוכב הלכת "Kepler-452b", שעליו אנחנו מדברים. כעת, על פי מדענים, כוכב הלכת הזה הוא הדומה ביותר לכוכב הלכת שלנו. אבל ישנם כוכבי לכת אחרים דמויי כדור הארץ שהתגלו קודם לכן. ועכשיו, יחד נזכור אילו עולמות הדומים ביותר לכדור הארץ התגלו לפני גילוי קפלר-452b.
Exoplanet Kepler-186f כפי שדמיין אמן. איור: NASA Ames/SETI Institute/JPL-Caltech
כוכב הלכת החיצוני השני הכי דמוי כדור הארץ נחשב לקפלר-186f במערכת קפלר-186, הממוקם במרחק של 500 שנות אור מכדור הארץ בקבוצת הכוכבים ציגנוס. גודלו של כוכב הלכת קפלר-186f עולה על זה של כדור הארץ רק ב-10%.
כוכב הלכת ממוקם במרחק קצר יחסית מהכוכב: תקופת ההקפה שלו סביב כוכב האם, שהוא גמד אדום ממעמד ספקטרלי M, היא 130 ימי כדור הארץ. ובמקביל, כוכב הלכת האקזו ממוקם על הגבול הרחוק של "אזור החיים".
האנרגיה שמקבל קפלר-186f מהכוכב שלו היא שליש מהאנרגיה שהכוכב שלנו מקבל מהשמש. בצהריים על פני כוכב הלכת, הכוכב קפלר-186 זורח בערך כמו השמש שלנו שעה לפני השקיעה. הרכב האטמוספירה עשוי להיות דומה במידה רבה לזה של האטמוספירה של כדור הארץ; הטמפרטורה ב-Kepler-186f היא כנראה זהה לזו של הפלנטה שלנו. אבל אסטרונומים אינם שוללים קווי דמיון עם האטמוספירה של נוגה, ולכן הטמפרטורה על הפלנטה תהיה הרבה יותר גבוהה.
מערכת Kepler 62. איור מאת NASA Ames/JPL-Caltech
לפני גילוי קפלר-186f, המקום המוביל ברשימת ה"תאומים" של כדור הארץ נכבש על ידי כוכב הלכת קפלר-62f. חישובים מראים שהוא גדול ב-40% מכדור הארץ ויש לו תקופת מסלול של 267 ימי כדור הארץ. זהכוכב של המערכת הוא "קפלר 62", במרחק 1200 שנות אור מאיתנו בקבוצת הכוכבים ליירה, קטן ב-1/3 מהשמש, קריר ממנה ופי 5 עמום יותר. עם זאת, קרבתו של כוכב הלכת החיצוני לכוכב הופכת את התנאים בו ליותר או פחות נוחים להתפתחות ולתחזוקת החיים.
מערכת קפלר 69. איור מאת NASA Ames/JPL-Caltech
במקביל (המחצית הראשונה של 2013), הוכרז עוד כוכב אקסופלנט מעניין - Kepler-69c, אך הוא גדול ב-70% מהכוכב שלנו! במובן מסוים, אלו חדשות רעות, מכיוון שלפי מדענים, ככל ש"על-כדור הארץ" גדול יותר, כך יש פחות סיכוי למצוא בו חיים. אבל יש גם נתונים טובים: כוכב הלכת החיצוני ממוקם באזור המגורים, ותקופת ההקפה שלו היא 242 ימי כדור הארץ.
בנוסף, כוכב האם של מערכת קפלר 69 שייך למחלקה הספקטרלית G. הוא דומה מאוד לשמש: המסה שלו היא 93% ממסת השמש, ועוצמת הארה שלו היא 80% מהשמש.
Exoplanet Kepler-22b. איור מאת NASA/Ames/JPL-Caltech
עוד קודם לכן, כוכב הלכת קפלר-22b נחשב לתאום אידיאלי של כדור הארץ. זה היה הכוכב הראשון שהתגלה ב"אזור החיים" על ידי משימת טלסקופ קפלר. ובין כוכבי הלכת שהוכרזו, "Kepler-22b" הוא "מתאבק סומו" אמיתי.
קוטרו של כוכב הלכת החיצוני גדול פי 2.4 מזה של כדור הארץ. עדיין לא נקבע אם לכוכב הלכת הזה יש משטח סלעי, או שהוא מכוסה במים, או אולי מורכב מגז. כוכב הלכת החיצוני התגלה כמעט מיד לאחר תחילת תצפיות קפלר ב-2009.
ועוד עובדה מעניינת על קפלר-22b: 21 בדצמבר 2012 לכוכב זה, מכיל מידע על העולם סביבנו וברכות לתרבויות חוצניות פוטנציאליות. ההודעה מתושבי כדור הארץ נשלחה באמצעות טלסקופ הרדיו RT-70, אך היא לא תגיע בקרוב - כוכב הלכת האקזו נמצא במרחק של 600 שנות אור מכוכב הלכת שלנו.
דמיון חזותי של כדור הארץ (משמאל) ושל Gliese 667Cc (מימין) - דגם מחשב.
בינתיים, לא כל כוכבי לכת דמויי כדור הארץ התגלו באמצעות "טלסקופ הצייד". בשנת 2011, אסטרונומים הכריזו על גילוי "Gliese 667Cc" באמצעות טלסקופ 3.6 מטר שבבעלות מצפה הכוכבים הדרומי האירופי.
כוכב הלכת ממוקם רק 22 שנות אור מאיתנו. הוא מסיבי בערך פי 4.5 מכדור הארץ. הוא סובב סביב ננס אדום ב"אזור החיים" במרחק קצר מהכוכב - תקופת ההקפה היא 28 ימי כדור הארץ. לפיכך, כוכב הלכת חשוף מאוד לקרינת הכוכב. ובמקביל, הוא מקבל רק כ-90% מהאנרגיה שאנו מקבלים מהשמש שלנו. לרוע המזל, הקוטר והצפיפות של כוכב הלכת החיצוני עדיין נותרו בגדר תעלומה לאסטרונומים.
לפיכך, השרשרת הבאה נראית בבירור - כל כוכב לכת דמוי כדור הארץ שהתגלה הוא ה"תאום" הקרוב ביותר של כוכב הלכת שלנו, מה שבתורו מאשר את מה שהתחלנו איתו את החומר הזה: " כל גילוי של כוכב לכת דמוי כדור הארץ לוקח אותנו צעד אחד קרוב יותר לגילוי העתק של כוכב הלכת שלנו".
אתמול אישרו מדעני ESO את גילויו של כוכב לכת דמוי כדור הארץ באזור הפוטנציאלי למגורים של פרוקסימה קנטאורי, הכוכב הקרוב ביותר שלנו. למרות שכתבנו על התגלית הזו, ברור שמאמר אחד לא יכול להיפטר מזה: כוכב הלכת החדש כבר במרחק מאה שנה מגילויו. שמועות על גילוי אפשרי של כוכב לכת, שיכול מאוד להפוך לכדור הארץ אחר, הופיעו ב-12 באוגוסט בשבועון הגרמני "דר שפיגל". תוך ציטוט של מקור אנונימי במצפה הכוכבים לה סילה, המגזין טען כי כוכב הלכת "יכול להיות דמוי כדור הארץ ומסתובב במרחק כזה מפרוקסימה קנטאורי שיכולים להיות לו מים נוזליים על פני השטח שלו, דרישה חיונית ליצירת חיים".
כעת אנו יודעים שהשמועות הללו היו נכונות: פרוקסימה קנטאורי, כוכב ננס אדום קטן במרחק של 4.25 שנות אור בלבד, אושר כי הוא מקיף כוכב לכת. פרוקסימה קנטאורי קרובה מעט יותר מהזוג המפורסם של אלפא ובטא אלפא קנטאורי. כוכב הלכת נקרא Proxima b, וצוות ESO מעריך את המסה שלו ב-1.3 מסות כדור הארץ.
מסלולו של כוכב הלכת נמצא כמעט שבעה מיליון קילומטרים מפרוקסימה קנטאורי, שהם 5% מהמרחק בין כדור הארץ לשמש שלנו. הכוכב גם קריר הרבה יותר מהשמש שלנו, כך ש-Proxima b עדיין נמצאת ב"אזור הפוטנציאלי למגורים" של כוכבי לכת, שם הטמפרטורות מאפשרות למים להתקיים במצב נוזלי על פני השטח.
מאז התגלה כוכב הלכת הראשון ב-1995, אסטרונומים זיהו יותר מ-3,000 גופים כאלה המקיפים כוכבים רחוקים. "אנחנו חיים ביקום השופע כוכבי לכת דמויי כדור הארץ", אומר פדרו אמאדו ממכון אסטרופיסיקה דה אנדלוסיה. כוכבי ננס אדומים כמו פרוקסימה קנטאורי במיוחד נחשבים למקלטים מתאימים לכוכבי לכת קטנים וסלעיים בגודל של כדור הארץ.
לדברי מנהיג הפרויקט והמתאם Guillem Anglade-Escudé מאוניברסיטת קווין מרי בלונדון, הרמזים הראשונים לכוכב הלכת החדש הזה הופיעו ב-2013, אך לא היו מספיק ראיות כדי לאשר את התגלית. מסע התצפית האחרון נקרא Pale Red Dot (מכיוון ש-Proxima Centauri הוא גמד אדום), בהשראת התיאור המפורסם של קרל סייגן על כדור הארץ: נקודה כחולה חיוורת.
צוות של 31 מדענים משמונה מדינות השתמש באפקט דופלר כדי לזהות תנודה קלה בספקטרום האור של פרוקסימה קנטאורי, שמתקרב ומתרחק מכדור הארץ כל 11.2 ימים במהירות של כ-5 קמ"ש. תנודה זו עשויה להיגרם על ידי משיכת הכבידה שיש לשביט. בשילוב נתונים ממסע הפרסום של הנקודה האדומה החיוורת עם נתונים שנאספו בעבר, בין השנים 2000 ל-2014, אסטרונומים אישרו שיא חד - הרבה מעל סף הגילוי - בנתוני משמרת דופלר, המצביע על כוכב לכת בגודל כדור הארץ.
הטכנולוגיה לזיהוי Proxima b קיימת לפחות עשור, אז מדוע רק כעת הצליחו אסטרונומים למצוא את כוכב הלכת? הסיבה לכך היא ש-Proxima Centauri פעילה למדי עבור כוכב, והבהירות הטבעית שלו יכולה לחקות את האות של כוכב לכת אפשרי. הצוות נאלץ להסתמך על תצפיות משני טלסקופים אחרים כדי להבין בדיוק כיצד בהירות הכוכב משתנה לאורך זמן ולשלול אפשרות של אות שווא. לפי Anglada-Escudé, הסיכוי שהאות הזה הוא חיובי כוזב הוא בערך 1 ל-10 מיליון.
עדיין לא ברור אם לכוכב החוץ החדש יש אטמוספרה. מכיוון ש-Proxima Centauri הוא כוכב פעיל יחסית, פרוקסימה b מקבלת פי 400 יותר קרינת רנטגן ממה שיש לנו על כדור הארץ, וזה יכול לגרום לאטמוספירה לברוח.
אבל אנסגר ריינרס מאוניברסיטת גטינגן בגרמניה אומר שהכל תלוי איך ומתי נוצר כוכב הלכת החיצוני. ייתכן שהוא נוצר רחוק יותר, היכן שהיו מים, ולאחר מכן נדד קרוב יותר לכוכב שלו, או אולי נוצר במקור קרוב לפרוקסימה קנטאורי. בתרחיש הראשון, נוכחות של אווירה תהיה סבירה יותר.
"יש הרבה מודלים וסימולציות שמייצרות מגוון רחב של תוצאות, כולל אווירה ומים אפשריים", אומר ריינרס. "עדיין אין לנו שמץ של מושג, אבל קיומה של אווירה בהחלט אפשרי". זה יהיה טיעון חזק לנוכחות אפשרית של חיים על הפלנטה. והקרבה היחסית למערכת השמש שלנו מאפשרת חקר רובוטי בתוך דור.
"משך החיים של פרוקסימה הוא כמה טריליוני שנים, כמעט פי אלף יותר מתקופת החיים שנותרה של השמש", אומר אבי לוב מאוניברסיטת הרווארד, המוביל את הייעוץ. "כוכב לכת סלעי שעלול להתגורר ליד פרוקסימה יהיה המקום הראשון שהציוויליזציה שלנו יכולה להגיע אליו אחרי שהשמש תמות בעוד חמישה מיליארד שנים."
יוזמת Starshot, שסיקרנו באפריל, היא תוכנית של 100 מיליון דולר לבחינת האפשרויות של טיול בין כוכבי. השלב הראשון כולל בנייה של "ננו-רכבים" בעלי הנעה עצמית קלים שיכולים לנוע במהירות של 20% מהירות האור. חללית כזו תגיע לאלפא קנטאורי 20 שנה לאחר השיגור. נכון לעכשיו, מדעני הפרויקט מנסים להדגים את האפשרות להשתמש בקרני לייזר חזקות כדי להזיז מפרש קל.
הגילוי של כוכב לכת פוטנציאלי למגורים ליד פרוקסימה קנטאורי מספק יעד מצוין למשימה, אמר לואב. חללית המצוידת במצלמה ובפילטרים שונים תוכל לצלם תמונות צבעוניות של כוכב הלכת ולקבוע אם הוא ירוק (כלומר שיש לו חיים), כחול (עם אוקיינוסים על פני השטח) או סתם חום (סלע יבש). הרצון ללמוד יותר על הפלנטה - כלומר האם יש בו חיים - ייתן ליוזמת Starshot תחושת דחיפות לאסוף עובדות על הפלנטה. במיוחד אלה שלא ניתן להגיע אליהם באמצעות הדור הנוכחי של טלסקופים יבשתיים על פני כדור הארץ.
"אנחנו בהחלט מקווים שנוכל להשיק את הננו-גשושיות הללו תוך דור", אמר פיטר וורדן מקרן פריצת הדרך במהלך מסיבת עיתונאים שנערכה לאחרונה. - אולי עד 2060. כעת אנו יודעים שיש לפחות יעד מעניין אחד בטווח של המערכת המוצעת שלנו. נוכל לצלם ולגלות אם יש שם חיים, אולי מתקדמים. אלו שאלות גדולות, ונקבל עליהן תשובות כבר במאה הזו".
החשיבות של גילוי כוכב לכת דמוי כדור הארץ כל כך קרוב לכדור הארץ היא שנוכל ללמוד עליו יותר, ממש לגעת בו, בקרוב מאוד מאוד. זה אולי ממצא המאה, כי כבר במאה זו "נבקר" בו.
טלסקופ החלל קפלר, שהושק בשנת 2009, ממשיך לשמח בתגליות. ב-23 ביולי הציגו עובדים ועמיתיהם מרחבי העולם אצווה חדשה של נתונים מהלוויין האסטרונומי, שעוסק כעת, לאחר שהשלים את משימתו העיקרית, בתצפיות ארוכות - 80 יום - של כוכבים בודדים במסגרת משימת K2 .
הפעם, בעזרתו של קפלר, לראשונה בתולדות התצפיות בחלל, ניתן היה למצוא כוכב לכת שאפילו עיתונאים, אלא מדענים עצמם כבר כינו "כדור הארץ אחר" או, קצת פחות ביומרה, " בן דוד של כדור הארץ."
למעשה, אנחנו מדברים על העובדה שאסטרופיזיקאים הצליחו לגלות כוכב לכת שדומה מאוד לשלנו ומקיף כוכב הדומה לשמש. יתרה מכך, זה קרה ביום השנה ה-20 לגילוי כוכב הלכת הראשון המקיף כוכב, כמו כדור הארץ (מחבר התגלית, האסטרונום השוויצרי מישל מאיור).
מדענים כינו את כוכב הלכת החדש, המקיף כוכב מקבוצת הכוכבים Cygnus, Kepler-452b ואמרו לציבור את הדברים הבאים עליו: זהו כוכב הלכת הקטן ביותר שהתגלה כיום, שנמצא באזור המכונה אזור המגורים - אזור חלל קונבנציונלי שבו , לפי לפי חישובים, יתכנו תנאים לקיומם של כוכבי לכת דמויי כדור הארץ, שיאפשרו למים להתקיים עליו בצורה נוזלית.
אסטרופיזיקאים אמרו שקוטרו של קפלר-452b גדול ב-60% מזה של כדור הארץ, מה שמאפשר לסווג את כוכב הלכת כמחלקה של כוכבי לכת הנקראים "סופר-אדמה". יחד עם זאת, מדענים עדיין לא הצליחו לחשב את המסה וההרכב של כוכב הלכת החדש, תוך ציון כי הוא ככל הנראה סלעי.
מועמדים לכוכבי לכת ראויים למגורים: הציר האופקי מציג את האנרגיה המתקבלת מהכוכב, והציר האנכי מציג את הטמפרטורה של הכוכב. מוצגים במיוחד כדור הארץ, נוגה ומאדים. כוכב הלכת 452 הוא הקרוב ביותר לכדור הארץ
נאס"א איימס/W. סטנזלמכיוון שקפלר-452b גדול מכדור הארץ, לוקח 385 ימים להקיף את הכוכב שלו, שהוא ארוך ב-5% ממסלול כדור הארץ סביב השמש. בנוסף, כוכב הלכת החדש רחוק מהכוכב שלו ב-5% כאשר משווים את המרחק מכדור הארץ לשמש.
התפלגות מועמדי כוכבי לכת לפי נתונים מטלסקופ קפלר. מראה תקופת מסלול בימי כדור הארץ וגודל כוכב הלכת ברדיוסי כדור הארץ
נאס"א/W. סטנזליתרה מכך, גילו של הכוכב עצמו, קפלר-452, הוא 6 מיליארד שנים. מסתבר שהוא ישן יותר מהשמש שלנו ב-1.5 מיליארד שנים. בנוסף, קפלר-452 בהיר ב-20% מהשמש וקוטר גדול ב-10% מהשמש.
עם זאת, כניסה למערכת קפלר-452 ולברר האם יש מים נוזליים על קפלר-452b, ואולי אפילו חיים, לא תתאפשר במהירות, כי היא ממוקמת במרחק של 1,400 שנות אור מכדור הארץ.
מערכת סולארית בהשוואה למערכת 452
נאס"א/JPL-CalTech/R. כאבהכוכב הקודם דמוי כדור הארץ, קפלר-186f, התגלה באפריל 2014. התברר כי כוכב הלכת ההוא גדול בהרבה מכדור הארץ: הרדיוס שלו עולה על זה של כדור הארץ רק ב-10%. אבל מדענים לא הצליחו להעריך מיד את מסת כוכב הלכת. לפי חישובים של אסטרונומים, קפלר-186f ממוקם בקצה החיצוני של אזור הישיבה, מה שעלול לגרום לסכנה של הקפאת המים שנמצאים עליו. עם זאת, העובדה שכוכב הלכת מעט גדול יותר מכדור הארץ נותנת תקווה שלקפלר-186f יש אטמוספירה עבה יותר מכדור הארץ או מאדים שיכולה לשמור על חום. לאחר מכן, מדענים לקחו הפסקה של יותר משנה: ככל הנראה, לאחר שהחליטו שיעבור זמן מה לפני הצגתו של "כוכב הלכת דמוי כדור הארץ" חדש.
הצגת כוכב הלכת קפלר-452 התקיימה במסגרת מסיבת עיתונאים בה הציגו מדענים תוצאות חדשות מניתוח נתונים מטלסקופ קפלר.
מדענים ניתחו נתונים שהתקבלו במהלך ארבע שנות פעילותו של טלסקופ קפלר וערכו קטלוג חדש של מועמדים לתואר כוכבי לכת אקזו-כוכבים. הקטלוג המעודכן מכיל 500 חפצי חלל נוספים מהקודם, כפי שהוכרז בתאריך. בעבר גילה טלסקופ קפלר 4,175 מועמדים לתואר אקסופלנט, וכעת נוספו אליהם עוד 500 עצמים בחלל. 12 מהם ממוקמים באזור המגורים של הכוכב שלהם.
עכשיו ב קטלוג אקסופלנטיםכולל 1934 חפצים. מעניין, Kepler452b כבר נכלל שם - ממש ביום חמישי.
