התעלומות הגדולות של היקום נסובות לעתים קרובות סביב תופעות רחוקות ובלתי נראות. מדענים מתלבטים על פרצי גלי רדיו בלתי מוסברים, אופי הכובד החמקמק והאם האנרגיה האפלה חודרת את הקוסמוס. אבל ניתן למצוא חידושים אחרים בפינה שלנו של הגלקסיה, בוהים אותנו ממש בפנים - כמו איך כדור הארץ הפך לכוכב הלכת שהוא כיום.
שאלה זו ממשיכה לרתק חוקרים העובדים להבין כיצד נוצר כדור הארץ ומדוע הוא כל כך מתאים לאירוח החיים. זה יכול היה להתברר אחרת - רק התבוננו בשכנתנו הקרובה וכמעט בתאומה, ונוס, שאין לה מים נוזליים ומשטחם הוא 870 מעלות פרנהייט. "ונוס וכדור הארץ הם סוג של מקרה השליטה האולטימטיבי", אומרת סו סמרקר ממעבדת הנעה סילונית של נאס"א. "אנחנו לא מבינים לגמרי איך כדור הארץ הסתיים כל כך למגורים ו ונוס כל כך בלתי מיושב."
זה קצת מפתיע, לאור העובדה שכדור הארץ הוא ללא ספק הכוכב הנחקר ביותר ביקום. אך תהליכים גיאולוגיים כמו טקטוניקת צלחות ממחזרים כל העת עדויות לעבר, וחלק ניכר מהמידע הקריטי אודות איפור כדור הארץ טמון במעמקים העצומים והבלתי נגישים. "אתה מנסה להבין כוכב לכת שאתה יכול לדגום רק לפני השטח", אומר ג'יימס באדרו, גיאופיזיקאי במכון לפיזיקת כדור הארץ בפריס. אף על פי שמדענים אספו שפע של ידע מחקר האדמה שמתחת לרגלינו, הסיפור המלא של הבנייה והתפתחות כדור הארץ נותר לא ידוע.
אז החוקרים פנו לשמיים כדי לקבל עזרה. הם חקרו מערכות כוכבים אחרות בחיפוש אחר רמזים, וחיפשו את אבני הבניין של כדור הארץ בין שטחי מערכת השמש. כעת, חבילה של משימות חלל מתוכננות ומוצעות עשויה לסייע למדענים למלא עוד חלקים חסרים.
החל בחקר היבטים חדשים של גופים פרוט-פלנטריים ועד לריחוף מאיפה הם הגיעו ואיך הם התערבבו, החוקרים מקווים להצמיד את תהליכי התהוות הפלנטרית שיצרו את כדור הארץ. עבור רבים זהו מסע פילוסופי לא פחות ממדע מדעי. "זו שאלה שמקורה שלנו, " אומר באדרו.
רושם של אמן ממשימה שהוצעה לפסיכה, אסטרואיד שנחשב מטאלי לחלוטין. (נאס"א / JPL-Caltech) מרבית החוקרים מסכימים כעת על ההיסטוריה הכללית של מערכת השמש שלנו. זה התחיל לפני 4.6 מיליארד שנה, כשענן עצום של גז ואבק שצף בחלל התמוטט על עצמו, אולי בעקבות גל ההלם של סופרנובה סמוכה. הענן השוטף הסתחרר אז לדיסק מסתובב שממנו - כמאה מיליון שנה לאחר מכן - מערכת השמש שלנו הגיחה פחות או יותר במצבה הנוכחי: השמש מוקפת בשמונה כוכבי לכת ואינספור גופים קטנים יותר הפזורים ברחבי.
הפרטים העדינים יותר על התפתחות השכונה הקוסמית שלנו, עם זאת, נותרו במחלוקת. לדוגמה, מדענים עדיין מתלבטים ממה עשויים כוכבי הלכת. "אנחנו יודעים איך נראית העוגה", אומרת לינדי אלקינס-טנטון מאוניברסיטת מדינת אריזונה, "אבל היינו רוצים לדעת איך נראים כל אותם מרכיבים יחידים", היא אומרת.
מדענים חושבים שכוכבי הלכת היבשתיים גדלו על ידי זילוף של פלנטימלים קטנים יותר - עצמים בקוטר של עשרות מיילים שהצטברו מאבק פרוטפלנטרי. אולם קשה היה לקבוע את ההרכב והמבנה של אותם פלנטריים. לימוד אוסף המטאוריטים שלנו - שברי אסטרואידים שנפלו לכדור הארץ - הוא מקום טוב להתחיל בו, אומר פרנסיס נימו, מדען פלנטה מאוניברסיטת קליפורניה, סנטה קרוז. אבל זה לא מספיק.
הסיבה לכך היא שאין בהכרח דוגמאות של כל מה שנכנס לכוכבי הלכת - חלק מהרכיבים עשויים להיעדר או שהם כבר לא קיימים בכלל. נראה כי מטאוריטים מסוימים הם התאמה הגונה לכדור הארץ, אך מדענים אינם יכולים להמציא שום שילוב של סוגי מטאוריטים אשר מסביר במלואם את ההרכב הכימי של כדור הארץ. "זה סוג של לא נוח כי זה אומר שאנחנו לא באמת יודעים איך כדור הארץ הוקם, " אומר נימו.
אלקינס-טנטון מקווה שהמשימה העתידית המוצעת - אחת מחמשת המועמדות הסופיות לתכנית הגילוי של נאס"א - תוכל לעזור. הפרויקט, בראשות אלקינס-טנטון, ישלח חללית בלתי מאוישת לבקר בחפץ בשם Psyche, שיושב בחגורת האסטרואידים בין מאדים לצדק. רוחב הנפש בערך 150 מיילים ונראה כי הוא עשוי ממתכת מוצקה, בהתבסס על תצפיות מרחוק על צפיפותו והרכב השטח שלה. זה עשוי להידמות גם לאבני הבניין של כדור הארץ.
"זה יכול להיות הגרעין הקטן של גוף שנוצר באזור היווצרות כדור הארץ היבשתי ופשוט נפגע על ידי המון דברים אחרים והופשט את החוץ הסלעי שלו", אומרת אלקינס-טנטון. במשימת השחר של נאס"א, מדענים חקרו את האסטרואיד וסטה, פרוטופלנט שגם ככל הנראה התגבש ליד כדור הארץ ואז נזרק החוצה אל חגורת האסטרואידים. עם זאת, זו ההזדמנות הייחודית לראות מה נמצא מתחת לפני השטח של חפצים כמו וסטה שריגש את אלקינס-טנטון.
"הנפש היא הגוף היחיד במערכת השמש המאפשר לנו להתבונן ישירות בליבת מתכת", היא אומרת. "זה יכול להיות הסיכוי היחיד שלנו להסתכל על מרכיב מסוג זה." יחד עם הגמרים האחרים של דיסקברי, אלקינס-טנטון ועמיתיה יגלו בספטמבר אם המשימה היא צעד.
על פי המודל הקלאסי של היווצרות כוכבי לכת, ברגע שהגיעו פלנטימלים פלנטיים לגודל של פסיכה - עשרות עד מאות קילומטרים לרוחב - הם החלו לקניבליזציה את שכניהם, אומר קווין וולש, מדען פלנטה במכון המחקר דרום-מערב בבולדר, קולורדו. "הגדולים ביותר צומחים ממש מהר, " הוא אומר בזכות השפעתם הכבידה ההולכת וגוברת.
תהליך זה של השגחה בורחת היה מביא את מספר הגופות במערכת השמש למאה עוברים פלנטריים בגודל של ירח ומרס של פסולת קטנה יותר. עם הזמן עוברים אלו השתלבו אט אט ליצירת כוכבי לכת.
אולם בעוד ההסבר הזה עובד היטב עבור כוכבי הלכת היבשתיים, מה שממצאים עדויות גיאולוגיות שנוצרו במהלך 30 עד 100 מיליון שנה, הוא מהווה בעיה עבור ענקי הגז כמו יופיטר. מדענים חושבים שהליבות של גופים אלה נאלצו לצמוח הרבה יותר מהר - מספיק מהר כדי לתפוס את האווירה המסיבית שלהם מהגז שנמצא במערכת השמש המוקדמת, שהתפוגג תוך מספר מיליוני שנים בלבד.
במהלך העשור האחרון פיתחו החוקרים מנגנון חלופי לגידול כוכבי לכת המכונה התקרבות חלוקי נחל. זה מייצג סטייה ברורה מהמודל המקובל של ההקרבה, שבו אובייקטים משולבים ליצירת חלקיקים גדולים בהדרגה. או כפי שמנסח זאת Hal Levison, עמיתו של וולש: "חלוקי נחל עושים סלעים, וסלעים מייצרים הרים - כל הדרך למעלה." לעומת זאת, שחרור חלוקי הנחל צופה כי עצמים צומחים מגושים בגודל אגרוף לגופים בגודל פלוטו. כמעט מייד ואז להמשיך לצבור המוני, אומר לויסון, שעזר בפיתוח ההשערה.
התהליך היה מתחיל זמן קצר לאחר היווצרות הדיסק הפרוט-פלנטרי, כאשר פיסות אבק המסתובבות סביב השמש הצעירה החלו להתנגש ולהידבק זו לזו, כמו מחליקים מסונכרנים המצטרפים לידיים תוך כדי מעגל משטח קרח. בסופו של דבר כוחות אווירודינמיים וכבידה היו מושכים אשכולות גדולים של חלוקי נחל אלה יחד ויוצרים פלנטימלים. לאחר מכן המשיכו הפלנטימלים לטאטא את חלוקי הנחל הנותרים סביבם, וצומחו במהירות עד שהם יצרו כוכבי לכת.
נוסף על התייחסות לשאלה כיצד ענקי הגז צמחו כל כך מהר, הדגם מספק גם דרך להתגבר על משהו שנקרא מחסום בגודל מטר, אשר סבל מודלים של הצטברות פלנטרית מאז הותווה לראשונה בשנות השבעים. זה מתייחס לעובדה שברגע שאובייקטים יגיעו לקוטר של כשלושה מטרים, החיכוך שנוצר על ידי הגז שמסביב היה שולח אותם להתפתל לשמש. התקרבות חלוקי נחל עוזרת לפגוע בחלקיקים קטנים מעבר לסף, מה שהופך אותם גדולים מספיק כדי להחזיק את שלהם.
מדענים עדיין מנסים להבין האם התהליך הזה התרחש בכל מערכת השמש, והאם זה היה משחק באותה דרך עבור כוכבי הלכת הפנימיים והחיצוניים. (אמנם זה עובד עבור ענקי הגז, השלבים המאוחרים של צמיחה מהירה אינם תואמים את מה שאנחנו יודעים על היווצרות כדור הארץ יבשתית). אולם החוקרים עשויים למצוא כמה רמזים בהמשך השנה, כאשר משימת הג'ונו של נאס"א, שהגיעה בהצלחה ליופיטר בחודש שעבר, מתחילה לאסוף מידע על הרכב וכוכב הלכת של כדור הארץ.
וולש אומר שחישוב כמה חומר נמצא במרכז ענקית הגז יעזור לחוקרים להכביד על מודלים שונים של הצטברות פלנטרית. אם ליופיטר יש גרעין קטן, ייתכן שההתאמה הקלאסית הייתה מסוגלת לבנות אותו מספיק מהר; אם זה גדול, זה עשוי לרמוז שמשהו כמו שבירת חלוקי נחל התרחש במקום, הוא אומר.
יופיטר וירחיו יו, אירופה וגנימד כפי שצולם על ידי משימת ג'ונו זמן קצר לאחר שהחללית נכנסה למסלול סביב ענקית הדלק. (NASA / JPL-Caltech / SwRI / MSSS) ההבנה כיצד נוצר יופיטר תעזור גם לחוקרים להבין את מקורם של כוכבי הלכת האחרים, כולל כדור הארץ. הסיבה לכך היא שיופיטר הואשם בהתערבות בבניית כוכבי הלכת הסלעיים הפנימיים, לפחות על פי רעיון חדש שפותח על ידי וולש ואחרים שזכה למתיחה בשנים האחרונות.
ההשערה, הידועה כמודל ה- Grand Tack, מציעה שככל שיופיטר היה מסיים להיווצר, היא הייתה מפנה את כל החומר שבמסלולו סביב השמש, ובאופן יעיל גילוף פער בדיסק הפרוט-פלנטרי. עם זאת, הדיסק עדיין הכיל הרבה גז ואבק שנכנסו לכיוון השמש כשהדיסק התפשט ונמתח, אומר וולש.
הפער של יופיטר חסם למעשה את זרימת החומר הזה, וכוכב הלכת "נתפס במי השיטפונות", אומר וולש. הוא נדד למסלול של מאדים בערך כשסטורן קרוב על עקביו. אבל כשסטורן הלך אחריו, הוא נגרר מספיק חומר כדי לחבר מחדש את הדיסק. זה שחרר את הלחץ שהופעל על יופיטר, ומאפשר לשני כוכבי הלכת לנדוד שוב החוצה, והכל בתוך כמה מאות אלפי שנים. הדגם נוצר בהשראת תצפיות על כוכבי לכת מסודרים באופן מוזר במערכות סולריות אחרות שמציעות כי הגירה כזו נפוצה, אומר וולש.
עבור שאר מערכת השמש זה היה דומה לזוג שוורים בחנות סין קוסמית. פיסות פסולת ממערכת השמש הפנימית היו נופלות החוצה בזמן שהבלאגן מהמערכת החיצונית היה נגרר פנימה, אומר וולש. המודל עוזר להסביר את הממדים בגודל העץ של מאדים ואת מספר הגיוון והמגוון שנמצאים כיום בחגורת האסטרואידים.
זה גם מספק הסבר אפשרי לאופן שבו כוכבי הלכת היבשתיים קיבלו את מימיהם. על פי גרנד טאק, נדידת כדור הארץ הייתה מתרחשת בזמן שכוכבי הלכת היבשתיים עדיין היו מתהווים, ויכול היה להשליך חומר עשיר במים ממערכת השמש החיצונית לתערובת. וולש ורבים מדענים אחרים חושבים כי אסטרואידים פחמימיים, אשר עשויים להיווצר מעבר לצדק, היו כלי הרכב העיקרי להעברת מים לכדור הארץ.
בספטמבר הקרוב, נאס"א תשיק משימה לבקר באסטרואיד אחד כזה בשם בנו. וולש הוא חוקר משותף בפרויקט, שנקרא OSIRIS-REx, אשר ילמד את הגופה מרחוק לפני שתופס מדגם כדי להחזיר לכדור הארץ. משימה דומה של סוכנות החלל היפנית, הנקראת הייבוסה 2, נמצאת בדרכה לדגום אסטרואיד פחמתי נוסף בשנת 2018.
מדענים מקווים ללמוד יותר מהיכן הגיעו אסטרואידים אלה, והאם הם אכן מקורם של מעמד של מטאוריטים המכונה כונדיטות פחמימיות. הם גם מקווים כי לימוד דגימה בתולית - ולא שבר מטאוריט - יעזור לחשוף אם חפצים אלו לא סיפקו רק מים לכדור הארץ, אלא את התרכובות האורגניות אשר עשויים לשמש כמבשרים לכל החיים.
כאשר OSIRIS-REx חוזר לכדור הארץ, הוא יכול לחצות שבילים עם לוסי, משימה נוספת המוצעת שכמו פסיכה, היא סופית לגמר בתוכנית דיסקברי. בראשותו של לויסון, לוסי שמה לה למטרה לחקור את הטלטול העיקרי האחרון שהטלטל את מערכת השמש שלנו - טנגו פלנטרי שהתחיל כ -500 מיליון שנה אחרי הגרנד טאק. זה היה הדבר, על פי השערה של לויסון ואחרים, פלוטו עורר חוסר יציבות שגרם לנפטון להפסיק מחוץ לאורנוס וענקיות הגז החיצוניות להגרש מהשמש לעמדותיהן הנוכחיות.
הפרעה זו, המכונה המודל של ניס, הייתה מביאה גשם של פסולת שנשפכת למערכת השמש הפנימית, ואולי מסבירה את מקבץ הפגיעות שנוצר בתקופה המכונה ההפצצה הכבדה המאוחרת. כוכבי הלכת היבשתיים, כמו כדור הארץ, נוצרו בעיקר בנקודה זו, ולכן האירוע לא השפיע משמעותית על הרכבם. אך יתכן וזה זרק כדור עקומה לעבר מדענים שניסו להבין כיצד התפתחה מערכת השמש. השיבוש אולי השליך אובייקטים למערכת השמש הפנימית שלא היה להם קשר לחומרים המרכיבים את עיקר כוכבי הלכת היבשתיים, אומר וולש.
לוסי יכולה לעזור למדענים להבין מה באמת קרה ולאפשר להם להתנתק מה התערבב איפה. זה ישיג זאת על ידי חקירת קבוצת אסטרואידים שנכלאה במסלולו של צדק. עצמים אלה, המכונים הטרויאנים היוביים, הם תערובת של גופים שנוצרו ברחבי מערכת השמש החיצונית ואז נזרקו זה לזה במהלך הנדידה.
באמצע שנות ה -20 של המאה העשרים, כשהמשימה תגיע אליהם, הסוסים הטרויאנים יכוונו בדיוק לתצורה הנכונה לחללית כדי לעשות סיור מפואר בשש גופות. "אני סוגד לאלי המכניקה השמימית במשך כל הקריירה שלי, " אומר לויסון, דינאמיסט פלנטרי. "הם החליטו להחזיר לי, כי הכוכבים ממש מתאימים."
לויסון טוען כי לימוד הטרויאנים מקרוב יעניק לחוקרים מושג ברור יותר כיצד התרחש המודל של ניס התרחש, ויכול גם לספק מבחן לשייכות חלוקי נחל. ההשערה צופה כי כל דבר שקטן מכ- 60 מיילים לרוחב אמור להיות שבר של גוף גדול יותר. זו תחזית שלוסי צריכה להיות מסוגלת לבדוק.
רושם של אומן מעל פני ונוס, שם הטמפרטורות הן 870 מעלות פרנהייט סוערות. (ESA / AOES Medialab) יחד נראה כי המשימות הללו עומדות להבנת המדענים את מקורות כדור הארץ, ככל הנראה בדרכים שחוקרים אפילו לא יכולים לדמיין. אחרי הכל, בניית תמונה איתנה של היווצרות פלנטרית מצריכה שילוב של נתונים ממקורות רבים ושונים, אומר דייוויד סטיבנסון, מדען פלנטה בקלטק.
עם זאת, עדיין יש לנו דרך ארוכה לפני שנבין מה הופך את כדור הארץ ונוגה לכל כך שונים. "זה ממש מבוכה, שכאן אנחנו, יושבים על כדור הארץ, ויש לנו את הכוכב הגדול והקרוב אלינו שאנחנו כל כך בורים לגביו, " אומר סטיבנסון. "הסיבה שאנחנו כל כך בורים היא שחם לעזאזל!"
אכן, התנאים הגהנויים על פני ונוס הביאו את המאמצים לחקור את הכוכב בפירוט. רוסיה הצליחה להנחית סדרה של חלליות על פני השטח בין שנות ה 60-80. הם שרדו רק כמה שעות והעבירו הבזקים קצרים של נתונים לפני שנכנעו לחום. אולם משימות אלה ואחרות, כמו החלוץ והמגלן של נאס"א, שחקרו את כדור הארץ מרחוק, סיפקו הצצות לפעולות הכוכב.
אנו יודעים למשל שלנוס יש אווירת חממה אינטנסיבית העשויה כמעט כולה מפחמן דו חמצני ונדמה שהיא איבדה את מרבית מי השטח שלה. זה אולי מה שמונע מהטקטוניקת צלחות להתרחש שם - מים נחשבים לשמן את גלגלי הצלחות המשחות. זה עשוי גם להסביר מדוע לנוס חסר שדה גאומגנטי, שמדענים רבים מחשיבים אותו כצורך חיים מכיוון שהוא מגן על כדור הארץ מפני פגעי הרוח הסולארית. שדות גאומגנטיים מיוצרים על ידי הסעה בליבה של גוף, אומר נימו, וסומכים על זרימת המעטפת - הקשורה לרוב לטקטוניקת צלחות - כדי להעביר את החום משם.
מה שמדענים רוצים יותר מכל הם דוגמאות של סלעי השטח של ונוס, אך זו נותרה מטרה רחוקה. בעתיד הנראה לעין, החוקרים יצטרכו להסתפק בתצפיות מרוחקות יותר, כמו אלה שנמצאות במשימה יפנית נוכחית. מוקדם יותר השנה החללית החללית של אקאטסוקי החלה סוף סוף להעביר נתונים ממסלולם סביב נוגה לאחר מעקף לא מתוכנן של חמש שנים סביב השמש.
בנוסף, נאס"א שוקלת עוד שתי משימות מרוכזות ונוס משל עצמה, המהוות גם הן את הגמר של דיסקברי. פרויקט אחד, שנקרא VERITAS, מוביל על ידי סמרקר והוא היה כרוך במסלול שמסוגל ללמוד את הגיאולוגיה של כדור הארץ בהגדרה גבוהה. המשימה השנייה שהוצעה, בראשות לורי גלייז ממרכז טיס החלל גודארד, תנתח את האווירה הייחודית של ונוס באמצעות בדיקה בשם DAVINCI.
התקווה היא שמאמצים אלה יחשפו מדוע ונוס התפתחה כפי שהיא עשתה, וכך, מה שהופך את כדור הארץ לשונה. נכון לעכשיו, חוקרים רבים חושבים שכדור הארץ ונוגה ככל הנראה נוצרו מאותו חומר בערך שסטה לאורך זמן בזכות מספר גורמים. אלה כוללים את קרבתם השונה לשמש, ואת העובדה שכדור הארץ חווה התנגשות משמעותית יחסית מאוחר בהיסטוריה שלה - ההשפעה שיצרה את הירח - מה שהיה יכול להמיס מחדש חלק גדול מכוכב הלכת ולשינוי פוטנציאלי את הדינמיקה שלו.
אך עד שנדע יותר כיצד נוצרו כוכבי הלכת במערכת השמש שלנו ואילו תהליכים עיצבו את התפתחותם, לא נדע מה מבדיל כוכב לכת מכניס אורחים מכוכב עקרה, אומר וולש. "יש לנו טלסקופים בחלל הצדים כוכבי לכת בגודל כדור הארץ סביב כוכבים אחרים, אבל אין לנו מושג אם כוכב לכת יתפתח לוונוס או לכדור הארץ, " הוא אומר. "וזה כל משחק הכדור, ברמה מסוימת."
