ציידי הפלנטה

זה לילה מאתגר לאסטרונומיה במצפה הכוכבים ללק ליד סן חוזה, קליפורניה. אורות עמק הסיליקון מנצנצים מתחת לפסגת הר המילטון שאורכת כ -4, 200 מטר, שוטפים את הכוכבים הכי קלושים. עננים נסחפים קרוב יותר מצפון עם איום של גשם. על ראש ההר עשר כיפות טלסקופ, ואני עולה במעלה שביל תלול לגדול ביותר. נשמע צליל מוזר, כמו תריס רופף הנאנק ברוח. זה הכיפה עצמה, חריקה כשהיא מסתובבת כדי שהפתח שלה יתרכז מעל הטלסקופ שזז לאט בפנים.

תוכן קשור

• אבני הבניין של החיים עשויים להגיע מהחלל החיצון
• מה שגילוי מאות כוכבי לכת חדשים אומר לאסטרונומיה - ופילוסופיה
• הנה הג'מינידים

כריס מקארתי, אסטרונום מאוניברסיטת סן פרנסיסקו (SFSU), מברך אותי בדלת צדדית. כשהוא לובש אור קטן שהודבק לראשו, הוא מוביל אותי במדרגות מתכת דרך פנים הכיפה, כשהוא שומר על אפל כהה לתצפיות ליליות, ולחדר הבקרה החם. שם יושבים האוורד אייזקסון, בכיר ב- SFSU, וקית בייקר, טכנאי טלסקופ, על מסכי מחשב בין צרורות כבלים ומתלים אלקטרוניים עתיקים. מקארתי ואיזזקסון משוחחים ולוגמים תה חם בזמן שבייקר משתמש בעכבר המחשב שלו כדי לכוונן את הטלסקופ. לפני עלות השחר יאספו האסטרונומים אור מעשרות כוכבים. חלק מהכוכבים, כך הם מקווים, מחברים עולמות חדשים.

בעידן של שודדים שחוקרים את מאדים וטלסקופים מבוססי חלל, המצטלמים מסנוורים של הקוסמוס מעל לעבר אווירת כדור הארץ, השגרה בליק - הצבת טלסקופ בן 47 על כוכב אחר כוכב במשך שעות ארוכות - מרגישה די מוזר. עם זאת, אסטרונומים אלה חברים בצוות שהוא הטוב ביותר בעסקי ציד הכוכבים. באמצעות טלסקופים בהוואי, צ'ילה ואוסטרליה, כמו גם אלה במצפה הכוכבים ללק, כדי לפקח על כ -2, 000 כוכבים - רובם שקטים ובינוניים כמו השמש שלנו וקרובים מספיק לכדור הארץ כדי לטלסקופים גדולים כדי לקבל מבט ברור על שלהם תנועות - הצוות מצא כשני שלישים מתוך 200 כוכבי הלכת בערך שהתגלו עד כה מחוץ למערכת השמש שלנו. (הידיעה האחרונה בנושא הגדרת כוכב לכת במערכת השמש שלנו לא איימה על המצב הפלנטרי של עצמים רחוקים אלה.)

כמה מכוכבי הלכת החוץ-קוטביים החדשים, או exoplanets, כפי שהם מכונים, הם עולמות ענק בגודל יופיטר המעגלים את הכוכבים שלהם על מסלולי מסלול צמודים וצולים, הרבה יותר קרובים ממסלולו של מרקורי סביב השמש. אחרים מתנדנדים קרוב לכוכביהם ואז מתנדנדים הרחק בשבילים בצורת ביצה, ומפזרים גופות קטנות יותר כשהם הולכים. כמה כוכבי לכת שזה עתה נולדו משליכים את כוכבי הלכת האחים שלהם לאבדון לוהט או למעמקי החלל.

בשום מקום שלא ניתן לראות - לפחות עדיין לא - מערכת סולארית כמו שלנו, עם כוכבי לכת מוצקים ליד השמש וכוכבי לכת ענקיים על תהלוכות מסודרות רחוקות יותר. מערכת כזו היא המקום הסביר ביותר לכוכב לכת סלעי כמו כדור הארץ לשרוד במסלול יציב במשך מיליארדי שנים. אולי זה פרוכיאלי, אבל אסטרונומים המחפשים סימני חיים במקומות אחרים בקוסמוס - מסע המנפשת את החיפוש אחר exoplanets - מחפשים כוכבי לכת ומערכות סולאריות כמו שלנו, עם כוכב לכת שאינו רחוק מדי מכדי לא להיות קרוב מדי לכוכב ואולי עם מים על פני השטח. צוות קליפורניה אומר שמציאת כוכבי לכת דמוי כדור הארץ זה רק עניין של זמן.

ככל הנראה המחקר של Exoplanets הוא חדש מאוד. לפני יותר מעשור, האסטרונומים שיערו שאי אפשר לראות אותם כנגד הזוהר המבריק של כוכביהם. אז כמה אסטרונומים ניסו למצוא exoplanets על ידי חיפושים אחר כוכבים שנראו מתנדנדים, מושכים בכוח המשיכה של גופים בלתי נראים המסתובבים סביבם. אולם מרבית המומחים ספקו שהגישה תעבוד. "אנשים חשבו שחיפוש אחר כוכבי לכת הוא חסר ערך", אומר מקארתי. "זה היה צעד אחד מעל החיפוש אחר אינטליגנציה חוצנית, וזה היה צעד אחד למעלה שנחטף על ידי חייזרים. עכשיו זה אחד ההתקדמות המדעית הגדולה ביותר של המאה העשרים."

האקסופלאנאט הראשון, שהתגלה בשנת 1995 על ידי מישל ראש העיר ודידייה קלוזז מאוניברסיטת ז'נבה, בשוויץ, היה חפץ ענקי בגודל של יופיטר, מסתובב סביב כוכב הדומה לשמש שלנו במסלול תזזיתי כל ארבעה ימים. הכוכב, בקבוצת הכוכבים פגסוס, נמצא במרחק של כ- 50 שנות אור. יותר "צדקנים לוהטים", או כוכבי לכת גזים ענקיים המסתובבים קרוב לכוכבים, צצו במהירות, ולו רק בגלל שהגופים הגדולים האלה כופים את הנדנדות הבולטות ביותר על כוכבי האם שלהם.

אף על פי שהאסטרונומים לא צפו ישירות בכוכבי הלכת הללו, הם מסיקים שהם גזים מגודלם העצום ומה שידוע על היווצרות כדור הארץ. כוכב לכת מתלכד מהפסולת בדיסקים הגדולים של אבק וגז סביב כוכבים. אם הוא מגיע לגודל מסוים - פי 15 עד 15 מגודל כדור הארץ - הוא מפעיל משיכה כבידה כזו ומוצץ כל כך הרבה גז שהוא הופך לענק גז.

כאשר שיפור טכניקות המדידה, הבחינו האסטרונומים בכוכבי לכת קטנים יותר בהדרגה - תחילה בגודל של סטורן, אחר כך עד נפטון ואורנוס. לאחר מספר שנים של איתור exoplanets, המדענים ראו מגמה מבטיחה: ככל שהגדלים שהם יכלו לזהות הלכו וקטנו, היו יותר ויותר מהם. נראה כי התהליך שבונה כוכבי לכת לטובת הקטנטנים, ולא הטיטאנים.

בשנה וחצי האחרונות גילו צוות קליפורניה וקבוצה בראשות חוקרים בפריס את האקסופלאנטים הקטנים ביותר שנראו עד כה סביב כוכבים דמויי שמש: שני כוכבי הלכת היו רק פי חמישה עד שמונה מכמות כדור הארץ. אסטרונומים אומרים שעולמות כאלה עשויים להיות מורכבים ברובם ממתכת וסלע, אולי עם אטמוספרות עבות. האקסופלאנאט שמצא האסטרונום ג'וף מרסי מאוניברסיטת קליפורניה בברקלי ועמיתיו קרוב לכוכב שלו וכנראה חם מכדי שנוזל יכול להתקיים על פני השטח שלו. כוכב הלכת האחר מסלול רחוק מכוכב קלוש ועשוי להיות קר כמו פלוטו. ובכל זאת, למידה שלא כל Exoplanets הם כדורי גז ענקיים היוותה נקודת ציון בשדה. "אלה העולמות הסלעיים הראשונים בעליל, " אומרת מרסי. "לראשונה אנו מתחילים לגלות את קרובינו הפלנטריים בין הכוכבים."

המאפיין המפתיע ביותר של Exoplanets עד כה, אומר מרסי יום אחד במשרדו בקמפוס ברקלי, הוא מסלוליהם הלא שגרתיים. בתרשים הקלאסי "נוף תקורה" של מערכת השמש שלנו, כוכבי הלכת (למעט פלוטו מוזר, שהורד לאחרונה לכוכב לכת ננסי) מתחקים אחר עיגולים קונצנטריים חמישים סביב השמש. מרסי מושיטה יד אל שולחנו השולחני ומוציאה אורייה, דגם מכני של מערכת השמש שלנו. כדורי מתכת בקצוות זרועותיהם הסדוקות מסתובבים סביב השמש. "כולנו ציפינו לראות את המסלולים המעגליים-חריצים האלה", אומרת מרסי. "זה מה שספרי הלימוד אמרו על מערכות פלנטאריות. אז כשהתחלנו לראות מסלולי אקסצנטרי לראשונה בשנת 1996, אנשים אמרו שהם לא יכולים להיות כוכבי לכת. אבל הם התבררו כמבשרים את הדברים הבאים."

קצת אחרי חצות במצפה הכוכבים "ליק", האסטרונומים מתקדמים היטב ברשימת הבדיקה של 40 הכוכבים של הלילה. היעדים שלהם בדרך כלל אינם הכוכבים העיקריים של קבוצות הכוכבים, אך למרות זאת, רבים בהירים מספיק כדי לראות בעין בלתי מזוינת. "כשאני בחוץ עם החברים שלי, אני יכול להצביע על זוג כוכבים שאנחנו יודעים שיש להם כוכבי לכת, " אומר האוורד אייזקסון. כוכב אחד בהיר במיוחד בקבוצת אנדרומדה כולל שלושה.

מקארתי מציע לחשוף את סוד ההצלחה של הצוות ברגליים מרגל אחר. אנו נכנסים לכיפה האפלה ועוברים מתחת לטלסקופ, עם המראה הרוחב שלה באורך מטר, האוספת וממקדת את קרני האור הקלושות מכוכבים רחוקים. ראיתי את הטלסקופ המסיבי במהלך סיורים בשעות היום, אבל בלילה הוא נראה חיוני בהרבה, יתדות המתכת העבות שלו זויות כמו רגליו של גמל שלמה מתפלל שמביט אל השמים. מקארתי מוביל אותי לחדר צפוף מתחת לרצפת הכיפה, שם אור הזרקורים המרוכז במראה הטלסקופ זורם לגליל קטן יותר מפחית סודה. הוא עטוף בקצף כחול, עם זכוכית בשני הקצוות. הוא נראה ריק מבפנים, אבל נאמר לי שהוא מלא בגז יוד המחומם ל -122 מעלות פרנהייט.

תא יוד זה פותח על ידי מארסי ותלמידו לשעבר פול באטלר, כיום אסטרונום במכון קרנגי בוושינגטון הבירה, כאשר אור מכוכב עובר בגז החם, מולקולות יוד סופגות אורכי גל מסוימים של אור. האור שנותר מופץ לקשת בענן באמצעות מכשיר הפועל כמו פריזמה. מכיוון שהיוד גרר פיסות אור, קווים כהים מפוזרים על פני הספקטרום כמו ברקוד ארוך בסופרמרקט. כל כוכב נושא חתימה משלו לאורכי הגל של האור שנקלטו באווירת הכוכב. אורכי גל אלה נעים מעט כאשר כוכב נע לעברנו או הרחק ממנו. האסטרונומים משווים את חתימת הכוכב של הקווים הכהים עצמם עם קווי היוד היציבים מלילה אחד למשנהו, ומחודש לחודש ושנה לשנה. מכיוון שיש כל כך הרבה קווים דקים, אפשר לגלות אפילו משמרות דקות. "זה כמו להחזיק את הכוכב לפיסת נייר גרף, " אומר מקארתי. "קווי היוד לעולם לא זזים. אז אם הכוכב זז, אנו משתמשים בקווי היוד כשליט שמנגד ניתן למדוד את התנועה הזו."

עבור משהו גדול כמו כוכב, הדברים היחידים שיכולים לגרום לתזוזה קבועה וחוזרת הם גרירת הכבידה של כוכב אחר - שאסטרונומים יכלו לאתר בקלות בגלל חתימת האור של כוכב לוויה ומסה חסומה - או כוכב לכת מוסתר שמסתובב מסביב לזה. תא היוד יכול לעקוב אחר כוכב הנע לאט לאט כמו כמה מטרים לשנייה - מהירות הליכה אנושית - על פני הריק העצום של טריליוני מיילים של חלל. רגישות זו היא הסיבה לכך שצוותי ציד כוכבי לכת רבים משתמשים בתא יוד.

אני מציץ לתוכו ורואה איזה נייר כסף מקומט וחוטי חימום הנחשים בקצף הכחול. נראה כי רצועות קלטת צינורות מחזיקות חלקים ממנו יחד. לאחר שנחזור לחדר הבקרה, מקארתי מגחך ומצביע על הסיסמה על חולצת הזיעה של קית בייקר: "כשההתהפכות מתקשות, קלטת התעלות הקשה משתמשת."

ככל שמסלולי אסטרונומים מוצאים מסלולי מסלול מעוצבים ומרווחים בצורה מוזרה יותר, כך הם מבינים כי התהליך הטבעי של היווצרות כדור הארץ מזמין כאוס ואי סדר. "התברר שמערכת השמש שלנו, על הדינמיקה והארכיטקטורה היפה שלה, הייתה הרבה יותר יציבה מאלה סביב כוכבים אחרים", אומר האסטרופיזיקאי התיאורטי גרג לאולין מאוניברסיטת קליפורניה בסנטה קרוז, שמשתף פעולה עם הצוות של מרסי ובאטלר. ניסיון להבין כיצד כוכבי לכת חדשים רכשו את דרכיהם המוזרות הייתה משימה מפחידה. לאהלין מעצב דגמים ממוחשבים של מסלולי אקס-פלנט כדי לנסות ליצור מחדש את ההיסטוריה של כוכבי הלכת ולחזות את גורלם. הוא מתמקד בתפקיד הכובד בהרס הרס. לדוגמה, כאשר כוכב לכת גדול נע על מסלול אקסצנטרי, כוח הכובד שלו יכול לפעול כמו קלע ולזרוק עולמות סמוכים יותר. "בכמה מהמערכות האלה, " אומר לאפלין, "אם אתה מכניס כוכב לכת דמוי כדור הארץ למסלול ראוי למגורים, ניתן פשוט להפיץ אותו תוך שבועות."

אינטראקציות בין כוכבי לכת עשויים להיות שכיחים בקוסמוס, אומרים לאחלין ועמיתיו. ידוע על כמעט 20 כוכבים שיש יותר מכוכב לכת אחד סביבם, וכמה מהאקסופלנטים האחים נכלאים לריקוד המכונה "תהודה". למשל, כוכב לכת אחד המסתובב בכוכב בשם Gliese 876 לוקח 30 יום למסלול, בעוד שכוכב לכת אחר לוקח כמעט בדיוק כפליים. החישובים של לאחלין מראים שמשיכת הכבידה ההדדית שלהם משמרת סידור יציב ושעון בין שני כוכבי הלכת.

תהודה היא רמזים חזקים לפיהם כוכבי הלכת היגרו הרחק ממקומות הלידה שלהם. לדיסק האבק והגז המוליד כוכבי לכת עובריים יש כוח משיכה משל עצמו. הדיסק גורר את כוכבי הלכת, מושך אותם בהדרגה פנימה לכיוון הכוכב או, במקרים מסוימים, מכריח אותם כלפי חוץ. ככל שהגירה זו נמשכת מאות אלפי שנים, חלק מהאקסופלנטים נלכדים בתהודה עם שכניהם. כאשר כוכבי לכת גדולים מגיעים בסופו של דבר למגורים קרובים, הם מקציפים זה את זה ויוצרים כמה מהמסלולים התמהוניים שאותם רואה הצוות. לפחות זו הניחוש הטוב ביותר הנוכחי.

כוכבי לכת אחרים לא מאחרים לעולם הזה. דגמי המחשבים של לאהלין מציעים שכמה מכוכבי הלכת הקרובים ביותר לכוכביהם יטלטו לתוכם כאשר כוכבי לכת מרוחקים יותר מתנצלים בדרכם למסלולים קטנים יותר, אולי בעניין של מאות אלפי שנים. מחקר זה על מערכות סולאריות מרוחקות העלה תרחיש מרתק לגבי מערכת השמש שלנו. יש אסטרונומים שמשערים כי ונוס, כדור הארץ ומאדים הם כוכבי לכת "דור שני", ממשיכי דרכם של גופות קדומות שנולדו קרוב יותר לשמש והיגרו פנימה עד שנצרכו.

האם כל הכאוס שנצפה ביקום מביא לתוצאות חמורות לכוכבי לכת סלעיים קטנים? בכלל לא, אומר לוצלין. הטכניקה של מדידת תנועות הכוכבים הלוך ושוב, רגישים ככל שיהיה, צריכה להיות עדינה פי עשרה כדי לחשוף עצמים בגודל כדור הארץ. אולם טלסקופים לוויניים המתוכננים לשיגור בשנים הקרובות עשויים להיות מסוגלים לגלות "צללים" של אדמות חייזרים כאשר כוכבי הלכת הקטנים עוברים מול הכוכבים שלהם. לאהלין צופה שהלוויינים ימצאו גופות כאלה בהמוניהם, אפילו סביב כוכבים שלא נראו עדיין כוכבי לכת גדולים. "סביר מאוד שכוכבים [דמויי שמש] מלווים בכוכבי לכת יבשתיים", הוא אומר. "התחושה האינטואיטיבית שלי היא שמערכת השמש שלנו אינה נדירה כלל."

ג'וף מרסי של ברקלי מסכים, מכיוון שלדבריו כל כוכב נולד עם מספיק חומר גלם סביבו בכדי ליצור כוכבי לכת רבים. המון כוכבי לכת מוצקים כמו כדור הארץ צריכים להיווצר, לדבריו, כאשר אבק מתלכד לחלוקים, שמתנגשים שוב ושוב ליצירת אסטרואידים וירחים וכוכבי לכת. "אולי צדקנים הם נדירים, " הוא אומר, "אבל כוכבי לכת סוערים כמעט בוודאות שכיחים. אני פשוט לא רואה איך לעשות כדור הארץ יכול להיות קשה."

האקסופלאנאט הקטן שאותר לאחרונה על ידי הצוות של מרסי ובאטלר תומך בתפיסה זו. הם מצאו את זה תוך כדי מעקב אחר שני כוכבי הלכת התהודה במערכת Gliese 876 שנמצאת במרחק של 15 שנות אור משם. משהו הפעיל משיכות נוספות עדינות במסלולי כוכבי הלכת, וההסבר הטוב ביותר לכך הוא כוכב לכת שלישי אולי מסיבי פי 7.5 מכדור הארץ. בהתחשב בגודלו, כוכב הלכת ככל הנראה סלעי, כמו כדור הארץ, ולא ענקית גז. התגלית הייתה צעד חשוב בדרך לענות על השאלה במוחם של כולם: האם אנו יכולים למצוא בתי גידול פוטנציאליים לחיים במקום אחר?

אסטרונומים קיוו שהשאלה תיענה על ידי משימת לוויין של נאס"א שנקראה Terrestrial Planet Finder. זה היה אמור לחרוג מגילוי exoplanets: זה היה לצלם תמונות של exoplanets הכי מפתה ולנתח את האווירה שלהם. אבל בתחילת השנה, נאס"א הפעילה את המשימה, בעיקר בגלל חריגה מהתקציב מתחנת החלל ומעבורת החלל והעלות הצפויה של התוכנית לשליחת אנשים למאדים.

בינתיים, הצוות שבקליפורניה ממשיך לחפש עוד Exoplanets. בעוד מספר חודשים, מארסי ועמיתתה לעבודה דברה פישר מ- SFSU יתחילו לעבוד עם טלסקופ חדש בליק בשם "אוטומט כוכבי הכוכבים האוטומטיים", שיכלול את הכלי לניתוח האור הרגיש ביותר שנעשה עד כה לחיפושים בשטח Exoplanet. המכשיר הרובוטי יסרוק כ- 25 כוכבים מבטיחים בכל לילה צלול, עם פוטנציאל לגלות כוכבי לכת קטנים פי שלושה עד חמש מכדור הארץ. "זה יהיה הטלסקופ הראשון בעולם המוקדש לחלוטין לציד כוכבי לכת, " אומר פישר. "אנשים חשבו שיידרש משימות חלל של מיליארדי דולרים כדי למצוא כוכבי לכת אחרים כמו כדור הארץ, אבל אני חושב שיש לנו זריקה אליו מהקרקע."

מרסי אומרת שמציאת כוכבי לכת מהארץ זו רק ההתחלה. "בסופו של דבר, עלינו לנסוע עם חללית רובוטית ומצלמה דיגיטלית קטנה, ולשלוח את הגור הקטן הזה לטאו סטי או לאפסילון ארידאני, " אומר מרסי, ומכנה שני כוכבים סמוכים עם הבטחה מיוחדת לארח כוכבי לכת דמויי כדור הארץ. הם נמצאים במרחק של 12 ו -10.5 שנות אור, בהתאמה. "בטח שייקח מאה שנה [לפתח את הטכנולוגיה], אך זו מטרה נפלאה למין שלנו והיא נמצאת תחת יכולתנו. זה אפשרי לחלוטין מבחינה טכנולוגית לקבל את התמונות הראשונות של פני כדור הארץ סביב כוכב אחר. "אנו יכולים לפתוח במשימה גלובלית, שליח מכדור הארץ. המאמץ שאנו עושים כעת הוא פשוט סיור למשימה ההיא, אך זהו סיור מפואר לאתר את הנאות המדבר הראשונות במדבר הקוסמי."

רוברט איריון מנהל את התוכנית לתקשורת מדעית באוניברסיטת קליפורניה בסנטה קרוז. הצלם פיטר מנזל כתב יחד עם הכוכב Hungry Planet: What the World Eat .