התגלתה מערכת של שבעה כוכבי לכת דמויי ארץ, שלושה מהם באזור הישיב המתאים לקיום של מים נוזליים

תצפיות שנעשו באמצעות טלסקופ החלל שפיצר של נאס”א, וכן באמצעות טלסקופים על הקרקע, הצליחו לגלות מערכת שמש המורכבת משבעה כוכבי לכת סלעיים, בגדלים הדומים לאלה של כדור הארץ. כוכבי הלכת נמצאים קרוב מאד לכוכב האם שלהם, אך מכיוון שהכוכב קטן מאד וקר הרבה יותר מהשמש, הם לא נחשפים לכמות עצומה של אור שמש. שלושה מכוכבי הלכת הללו נמצאים ב”אזור הישיב” של הכוכב, בו הם מקבלים כמות אור שמאפשרת, בתנאים הנכונים, למים נוזליים להתקיים על פני השטח.

שבעת כוכבי הלכת שהתגלו מקיפים את הכוכב הננסי TRAPPIST-1, הנמצא בכיוון קבוצת הכוכבים דלי (Aquarius), במרחק של כ-40 שנות אור מאיתנו. גודלם דומה מאד לזה של כדור הארץ, וצפיפותם המשוערת מעידה על הרכב סלעי. שלושה מתוך השבעה נמצאים באזור הישיב של הכוכב – המרחק המתאים שבו הטמפרטורה המשוערת מאפשרת את קיומם היציב של מים נוזליים. זהו הגילוי הגדול ביותר עד כה, סביב כוכב בודד, של כוכבי לכת העשויים להכיל מים נוזליים – התנאי המרכזי לחיים כפי שהם מוכרים לנו.

כוכבי הלכת שהתגלו נמצאים קרוב מאד לכוכב האם שלהם. הם ממוספרים בסדר אלפבתי לפי מרחקם מכוכב האם – b, c, d, e, f, g, h. כוכב הלכת הקרוב ביותר, b, נמצא במרחק של 1.5 מיליון ק”מ בלבד מהכוכב, כ-1% ממרחקו של כדור הארץ מהשמש. עקב קרבתם הרבה לכוכב, משך ההקפה שלהם קצר הרבה יותר מזה של כדור הארץ  – ונע בין 1.5 יום עבור כוכב הלכת הקרוב ביותר b ו-12 ימים עבור כוכב הלכת השישי במרחקו g. כוכב הלכת השביעי, h, נצפה רק פעם אחת ולכן הנתונים לגביו אינם חד-משמעיים, אך הוא הוא מקיף את TRAPPIST-1 כנראה בערך כל 20 יום.

למרות קרבתם הרבה לכוכב שלהם, כוכבי הלכת שהתגלו לא נחשפים לכמות אור עצומה, זאת מפני ש- TRAPPIST-1 קטן ומאסיבי הרבה פחות מהשמש, ולכן גם קר יותר. עם מסה של 8% בלבד מזו של השמש ורדיוס של 11% ממנה, הוא נחשב ל”ננס אולטרה-קר“, הקר גם יחסית לשאר הכוכבים במשפחת הננסים האדומים, כוכבים קטנים וקרים יותר מהשמש שמהווים את מרבית הכוכבים ביקום.

“שבעת הפלאים של TRAPPIST-1 הינם כוכבי הלכת דמויי הארץ הראשונים שהתגלו כמקיפים כוכב מסוג כזה”, אמר בהודעה של נאס”א מישל גילון (Michael Gillon) מאוניברסיטת לייג’ בבלגיה והכותב המוביל של המחקר, שממצאיו פורסמו אתמול בכתב העת Nature. “זהו גם היעד הטוב ביותר עד כה לחקר אטמוספירות של עולמות דמויי ארץ העשויים לאפשר קיום של חיים”.

כוכבי הלכת הפנימיים יותר של המערכת, b ו-c, מקבלים ככל הנראה כמות אור רבה מדי מכדי לאפשר למים נוזליים מלהתקיים על פניהם, ושני החיצוניים, g ו-h, פחות מדי אור. כוכבי הלכת הפנימיים e, d, ו-f, לעומת זאת, נמצאים כאמור במקום האידיאלי עבור מים נוזליים.

TRAPPIST-1 מכונה על שם סקר חיפוש כוכבי הלכת TRAPPIST, העושה שימוש בשני טלסקופים קטנים במרוקו ובצ’ילה כדי לחפש אחר כוכבי לכת חוץ-שמשיים. בשנת 2016 צוות חוקרים מהפרויקט, בהובלת החוקר מישל גילון, הודיע כי מצא שלושה כוכבי לכת דמויי ארץ סביבו. אולם מכיוון שהנתונים לגבי כוכב הלכת השלישי לא סיפקו את החוקרים, הם החליטו לבצע תצפיות נוספות על מערכת השמש הזו. הם הסתייעו במספר רב של טלסקופים על גבי הקרקע ובהם ה”טלסקופ הגדול מאד” (VLT) במדבר אטקמה בצ’ילה והטלסקופים הקטנים יחסית, הממקומים בצ’ילה ובמרוקו, של מיזם TRAPPIST. אבל את רוב הנתונים שאפשרו את התגלית החדשה סיפק טלסקופ החלל שפיצר של נאס”א, שצפה במשך 20 ימים רצופים על מערכת השמש המרתקת הזו.

טלסקופ החלל שפיצר שוגר בשנת 2003 כדי לבצע תצפיות בתחום התת-אדום של הספקטרום האלקטרומגנטי. למרות שמאז 2009 נגמר לו חומר הקרור שמאפשר לו לבצע מדידות מדויקות מאד בתחום התת-אדום, הוא עדיין פעיל ומותאם במיוחד כדי לבצע תצפיות על כוכבים כמו TRAPPIST-1, שעקב הטמפרטורה היחסית קרה שלהם קורנים בעיקר בתחום התת-אדום.

מהתצפיות החדשות שנעשו, החוקרים שללו את קיומו של אותו כוכב לכת שלישי שנמצא בתגלית הקודמת מ-2016, אך במקומו מצאו חמישה כוכבי לכת נוספים, מה שהעלה את מספר כוכבי הלכת של המערכת הפלנטרית לשבעה.

כוכבי הלכת התגלו באופן לא-ישיר באמצעות “שיטת הליקוי“, בה נמדדת בהירות הכוכב באופן מדויק לתקופת זמן ממושכת. קיומם של כוכבי הלכת מוסק באמצעות זיהוי ירידות קטנות ומחזוריות בבהירות של הכוכב, שמעידות על עצם כלשהו – כוכב הלכת – שנע בין הכוכב והצופה, וגורם להסתרת חלק מאור הכוכב.

באמצעות הליקויים המחזוריים שיצרו כוכבי הלכת, החוקרים הצליחו לקבוע את מרחקם ואת הרדיוס שלהם – הגודל של חמישה מהם דומה לזה של כדור הארץ, ושל שניים מעט קטן ממנו.

את המסה של כוכבי הלכת החוקרים הצליחו לקבוע באמצעות מדידת הפרעות קטנות בתזמון של הליקויים, שנגרמים מהאינטרקציות הכבידתיות של כוכבי הלכת אחד עם השני (שיטה המכונה Transit Timing Variation). באמצעות הרדיוס והמסה, החוקרים יכלו לקבוע גם את הצפיפות שלהם, ומכך ללמוד על הרכבם הסלעי. הצפיפות של אחד מכוכבי הלכת, f (שנמצא באזור הישיב), נמדדה באופן מדויק מספיק כדי להסיק שהוא מכיל גם כמות משמעותית של חומר נדיף כלשהו, היכול להיות מים.

כוכבי הלכת שנתגלו נמצאים קרוב מאד אחד לשני, ולפי נאס”א, מי שיעמוד על אחד מהם יוכל לראות את שאר כוכבי הלכת נעים במהירות על פני השמיים. חלקם אף יראו גדולים יותר מהירח שלנו, וניתן יהיה להבחין עליהם אפילו פרטים גאולוגיים מסויימים.

למעשה, לפי החוקרים, המערכת הפלנטרית של TRAPPIST-1 מזכירה במידת מה את מערכת הירחים של צדק, שלו ארבעה ירחים גדולים, הירחים הגליליאניים. למרות שהמסה של הכוכב הננסי עומדת על 83 מסות צדק, הוא דומה מאד לצדק בגודלו, והמסלולים של כוכבי הלכת לא שונים מאד מאלו של הירחים של צדק. החוקרים ציינו גם כי יחס המסה של TRAPPIST-1 וששת כוכבי הלכת הקרובים במערכת שלו זהה ליחס המסות של צדק וארבעת ירחיו הגדולים (~0.02%).  מתוך כך החוקרים מעלים אפשרות שכוכבי הלכת שהתגלו נוצרו באופן המזכיר את אופן ההיווצרות המשוער של ירחי צדק – רחוק יותר ממיקומם הנוכחי הקרוב מאד לכוכב, וכי הם נדדו מאוחר יותר פנימה.

יו”ר סוכנות החלל הישראלית, פרופ’ איציק בן ישראל, אמר בתגובה לפרסום הממצאים: “הגילוי מבסס את ההשערה שמספר כוכבי הלכת ביקום שיש בהם תנאים המאפשרים חיים הוא גדול ועצום כך שהסיכוי שיש חיים מחוץ לאלו שלנו אינו קטן כלל וכלל כמו שחשבו עד לפני כמה שנים”.

למרות התגלית המרתקת שמראה עד כמה כוכבי לכת כמו כדור הארץ נפוצים ברחבי היקום, יש לזכור כי עדיין רב הנסתר על הגלוי. אחת השאלות המרכזיות היא האם יש להם אטמוספירה ומה הרכבה. החוקרים ציינו כי כמות האור ששלושת כוכבי הלכת באזור הישיב מקבלים מזכירה מאד את כמות האור שמקבלים כוכבי הלכת הפנימיים במערכת השמש שלנו – כוכב הלכת d נמצא במרחק שבו הוא מקבל כמות אור כמו זו שנוגה מקבל, e מקבל כמות אור כמו כדור הארץ, ו-f מקבל כמות אור כמו מאדים. במערכת השמש שלנו, כידוע, רק לכדור הארץ יש אטמוספירה אידיאלית עם אפקט חממה מתון, המאפשר קיום של מים נוזליים על פני השטח.

בנוסף לכך, כוכבי לכת דמוי ארץ סביב ננסים אדומים אמנם קלים יותר לגילוי בטכנולוגיה הקיימת היום, עקב אורם החלש יחסית של הננסים האדומים, אך הם עשויים להיות בעייתים עבור קיום חיים. בצעירותם, ננסים אדומים פעילים מאד, וקורים בהם התפרצויות שמש רבות. כוכבי לכת, ובמיוחד כוכבי הלכת שהתגלו עד כה ונמצאים קרוב מאד לכוכב שלהם, נחשפים במצב כזה לכמות רבה מאד של קרינת רנטגן וקרינה אולטרה-סגולה. לפי מחקר שפורסם לאחרונה על ידי חוקרים מנאס”א, כוכבי לכת שחשופים לקרינה כזו יאבדו את מצבורי המים שלהם תוך עשרות או מאות מיליוני שנים, זמן קצר יחסית במונחים אסטרונומיים.

בעיה נוספת שעומדת בפני כוכבי לכת של ננסים אדומים היא “נעילה כבידתית”, בה הם מפנים תמיד את אותו צד אל הכוכב שלהם, בדומה לאופן שבו הירח מפנה תמיד את אותו צד לכדור הארץ. עקב קרבתם הרבה של כוכבי הלכת ל-TRAPPIST-1, החוקרים מעריכים כי כולם יהיו במצב של נעילה כבידתית. במצב כזה, אם אין אטמוספירה, יהיו הבדלי טמפרטורה עצומים בין שני צדדי כוכב הלכת, כשאחד קפוא והשני לוהט. אם קיימת אטמוספירה היא יכולה למתן את ההבדלים הללו.

החוקרים מקווים שתצפיות נוספות יאפשרו לחשוף פרטים נוספים על כוכבי הלכת, ולאמוד את יכולתם לקיים מים נוזליים על פני הקרקע. החוקר מישל גילון מסר כי תצפיות נוספות של טלסקופ החלל שפיצר כבר נעשו, ויסייעו בדיוק הנתונים המסלוליים והפיזיים של כוכבי הלכת.

טלסקופי החלל האבל וקפלר הצטרפו גם הם למאמצים לחקר המערכת שהתגלתה. קפלר, ששוגר לחלל במיוחד עבור מדידת בהירות אורם של כוכבים, כדי לחפש אחרי כוכבי לכת סביבם, יאפשר לקבוע באופן מדויק יותר את מאפייני המסלול של כוכבי הלכת, ואולי לגלות כוכבי לכת נוספים. טלסקופ החלל האבל ביצע לאחרונה תצפית על המערכת, שאיפשרה לקבוע כי לשני כוכבי הלכת הפנימיים ביותר שלה אין אטמוספירה צפופה של הליום, כמו שיש לענקי גזים, ובכך לחזק את ההשערה כי הם כוכבי לכת סלעיים כמו כדור הארץ.

תצפיות של טלסקופים עתידיים יאפשרו גם לחקור את הרכב האטמוספירה של כוכבי הלכת. טלסקופ החלל ג’יימס ווב, שנאס”א מתכננת לשגר בשנה הבאה, יהיה בעל רגישות כה גבוה, עד שהוא יוכל לאתר את החתימות הכימיות של מים, מתאן, חמצן, אוזון, ורכיבים נוספים באטמוספירה של כוכבי הלכת. תצפיות נוספות מתוכננות גם באמצעות “הטלסקופ האירופאי הגדול באופן יוצא מן הכלל” (European Extremely Large Telescope) שנבנה בימים אלו במדבר אטקמה בצ’ילה, וצפוי להתחיל לפעול בשנת 2024. עם מראה ראשית בגודל של 39 מטר, הטלסקופ יספק תמונות החדות פי 16 מאלו של טלסקופ החלל האבל.

• להודעה באתר נאס”א 
• למאמר המלא

ראו עוד בנושא באתר הידען:

• התגלה כוכב לכת ארצי סביב פרוקסימה קנטאורי, הכוכב הקרוב ביותר למערכת שמש
• האם יש חיים בכוכב הלכת הקרוב ביותר, פרוקסימה קנטאורי b?
• החיים בקו התפר בין הצד המואר לאפל: טלסקופ החלל ג’יימס ווב יוכל לבחון את הרכב האטמוספירה של פרוקסימה קנטאורי b
• החיפוש אחר כדור ארץ שני
• נאס”א הכריזה על 1,284 כוכבי לכת חדשים מחוץ למערכת השמש – הבציר הגדול ביותר עד כה