התגלתה מערכת שמש עם 7 כוכבי לכת דמויי כדור הארץ

בשנת 2010 הוצב במצפה הכוכבים בצ'ילה טלסקופ קטן יחסית, המיועד בין השאר לזיהוי כוכבי לכת במערכות שמש אחרות באמצעות מדידת הירידה המחזורית בעוצמת האור של השמשות האלה. כשכוכב הלכת חולף בינינו לבין השמש שלו, הוא מסתיר חלק זעיר מהאור שלה. מדידה מדויקת של הירידה בעוצמת האור ושל המחזוריות, מאפשרת למדענים לחשב אם מדובר בכוכב לכת אחד או יותר, לקבוע את גודלן ומרחקן של הפלנטות מהשמש שלהן. המידע הזה גם מאפשר להסיק מידע על הטמפרטורה על פני כוכבי הלכת והצפיפות שלהם - כלומר לדעת אם הם סלעיים כמו כדור הארץ ומאדים, או מורכבים בעיקר מגז, כמו צדק ושבתאי למשל.

הטלסקופ בצ'ילה מופעל מאוניברסיטת ליאז' מבלגיה, והוקם בשיתוף פעולה שלהם עם מצפה הכוכבים של ז'נבה. הוא קיבל את השם TRAPPIST - ראשי תיבות (באנגלית) של "טלסקופ קטן לזיהוי מעברים של כוכבי לכת וגופים דמויי כוכבי לכת" (TRAnsiting Planets and PlanetesImals Small Telescope), שם שהוא גם מחווה למסדר הטראפיסטים - מסדר בלגי של נזירים הדוגלים בהסתפקות במועט, בצמחונות ובמיעוט דיבור.

בשנת 2015 התמקדו החוקרים המפעילים את הטלסקופ בכוכב מעניין - שמש ננסית בקבוצת הכוכבים "דלי" (Aquarius), במרחק 39.1 שנות אור מאיתנו - וזיהו שלושה כוכבי לכת. השמש ששמה המלא 2MASS J23062928-0502285, קיבלה את השם המשודרג TRAPPIST-1 - הכוכב הראשון המוקף כוכבי לכת שזיהה הטלסקופ הזה. צוות המחקר בראשות מישל גילון (Gillon) גם קבע ששלושת כוכבי הלכת דומים יחסית לכדור הארץ, ופרסם את הממצאים במאי 2016 בכתב העת Nature.

TRAPPIST-1 הוא כוכב קטן בהרבה מהשמש שלנו - המסה שלו היא רק שמונה אחוזים משלה - והרבה פחות חם ממנה. הוא דומה במידותיו יותר לכוכב הלכת צדק, אבל הוא בכל זאת שמש - כלומר כוכב המייצר אנרגיה בתהליכי היתוך גרעיני ופולט אור וחום. שלושת כוכבי הלכת שהתגלו סביבו קרובים אליו הרבה יותר מהמרחק בין כדור הארץ לשמש, אך החוקרים העריכו כי בגלל שהוא פולט הרבה פחות חום, אפשר שהם נמצאים בטווח המכונה "האזור הישיב" (habitable zone) - מרחק מהשמש שבו הטמפרטורה מאפשרת הימצאות מים נוזליים על פני כוכב הלכת.

מאמץ משולב

הגילוי של שלושה כוכבי לכת הדומים בגודלם לכדור הארץ, וסובבים שמש קרובה אלינו יחסית במונחים קוסמיים עורר עניין בקהילה המדעית, אך לא היה ראשון מסוגו. החוקרים הרגישו שהם לא חשפו את כל צפונותיה של המערכת הזו, והחליטו להתמקד בה בכוחות מוגברים. המערכת עמדה במוקד של תצפיות מהטלסקופ הענקי של מצפה הכוכבים האירופי בצ'ילה, וכן של טלסקופים גדולים בהוואי, מרוקו, האיים הקנריים ודרום אפריקה. בספטמבר אשתקד הצטרף למאמצים גם טלסקופ החלל האמריקאי "ספיצר", ששוגר ב-2003 וממשיך לבצע תצפיות בתחום הקרינה התת-אדומה.

שילוב התצפיות אימת את ההשערה של החוקרים. מדידות מדוקדקות של המעברים, כלומר הירידות המחזוריות בעוצמת האור, העלה שיש במערכת לא שלושה כוכבי לכת, אלא שבעה, וכמקובל כל אחד מהם סומן באות, מ-b והלאה. כלומר כוכב הלכת הקרוב ביותר לשמש עצמה הוא TRAPPIST-1b, השני הוא 1c, וכן הלאה, עד h.

שישה מהם חגים במסלולים קרובים מאוד לשמש. הקרוב ביותר מקיף את השמש פעם ביום וחצי שלנו, ואלה שאחריו משלימים הקפה ב-2.42 ימים, 4.04, 6.06, 9.21 ו-12.35 ימים. TRAPPIST-1h נע במסלול רחוק יותר, והחוקרים לא הצליחו לקבוע בינתיים את משך הסיבוב שלו. הקרבה הרבה בין כוכבי הלכת היא שהקשתה על החוקרים לזהות את מספרם הרב במחקר הראשון - מה שנראה כמעבר של כוכב לכת אחד, התברר בעיון מדוקדק כמעבר של שניים ואפילו שלושה כוכבי לכת קרובים זה לזה.

הדמיה של מערכת השמש החדשה

במאמר בכתב העת Nature החוקרים מדווחים שחמישה מכוכבי הלכת הם בעלי מסה דומה לזו של כדור הארץ (b, c, e, f, g) והשניים האחרים (d, h) קטנים מעט יותר. על פי המסה והגודל חישבו החוקרים את הצפיפות המשוערת של כוכבי הלכת, והגיעו למסקנה כי ששת כוכבי הלכת הפנימיים (b עד g) עשויים להיות בעלי הרכב סלעי, ולא כוכבי לכת עשויים מגז. החוקרים גם סבורים כי הצפיפות של כוכב הלכת f עשויה להעיד על סביבה עשירה בחומרים נדיפים, כמו מים, והם מציינים כי לגבי האחרים לא הושגו מדידות מדויקות מספיק.

שקלול המרחקים של כוכבי הלכת מהשמש שלהם וחישוב הטמפרטורה על פניהם הביא את החוקרים להעריך ששלושה מהם e,f,g נמצאים באזור הישיב ועשויים להיות על פניהם אוקיינוסים, אם כמובן היו שם מים ואם נוצרה אטמוספרה שמנעה מהם להתאדות לחלל. לגבי שלוש הפלנטות הפנימיות החוקרים סבורים כי הטמפרטורה על פניהם חמה מדי להימצאות מים נוזליים, אך קיימת אפשרות שנוצרו סביבם שכבות עננים החוסמות חלק מקרינת השמש. הפלנטה החיצונית, h, כנראה קרה מדי לקיום מים במצב צבירה נוזלי.

דרך ארוכה

השאלה הגדולה היא כמובן מה הסיכוי להימצאות חיים במערכת שמש כזו. גם אם מתקיימים התנאים הבסיסיים לחיים כפי שאנו מכירים אותם, כמו כוכב לכת סלעי ומים נוזליים, יש עוד שורה ארוכה של גורמים שאפשרו את התפתחות החיים על כדור הארץ, בהם שדה מגנטי המספק הגנה מקרינה, אטמוספרה בעובי המתאים ואפילו נוכחות הירח וצדק, המספקים הגנה מסוימת מפני מטאורים ואסטרואידים. לאלה יש להוסיף מערכת שמש יציבה לאורך זמן. החיים על פני כדור הארץ נוצרו כנראה לפני יותר מ-3.5 מיליארד שנים, אבל נדרשו לפחות עוד כשני מיליארד שנים עד להופעת החיים הרב-תאיים. אף על פי שהסבירות למצוא כוכב לכת, ירח, או מערכת שמש המקיימים תנאים כה דומים, צריך לזכור שאלה התנאים אצלנו. ייתכן שבמקומות אחרים התפתחו חיים המותאמים לסביבות שונות לגמרי.

אנו לא יודעים כמובן אם משהו מהתנאים האלה מתקיים במערכת המרתקת של TRAPPIST-1, אם כי היא כנראה לא יציבה כמו שלנו. על פי היחסים בין מסלולי הפלנטות, החוקרים נוטים לשער שהן נוצרו באזור מרוחק יותר מהשמש, והתקרבו אליה עם הזמן. לגבי קיום מים, חומרים אחרים, שדות מגנטיים או ירחים, אין לנו שום דרך לדעת בינתיים. החוקרים משליכים יהבם על שני טלסקופים שאולי יוכלו לשנות זאת: הטלסקופ הקרקעי הענקי שמוקם במצפה הכוכבים הדרום אירופי בצ'ילה, ELT (קיצור של Extremely Large Telescope), המתוכנן להתחיל לפעול ב-2024, וטלסקופ החלל ג'יימס ווב, יורשו של האבל, המיועד לשיגור בשנה הבאה.

האמת המצערת היא שאף על פי שמדובר במערכת קרובה אלינו מאוד מבחינה קוסמית, 40 שנות אור הן מרחק שבלתי אפשרי לגשר עליו מבחינה מעשית. אפילו אם יתברר לנו שיש שם חיים תבוניים, התקשורת איתם תהיה קשה ביותר. אם מדענית תשלח להם היום שאלה, התשובה תגיע לנכדתה או נינתה בעוד 80 שנה. על מסע לשם, כנראה שאין בכלל מה לדבר. בטכנולוגיה הנוכחית, חללית מהירה ביותר כמו ניו הורייזונס למשל, שעוברת יותר ממיליון קילומטרים בכל יום, תגיע ל- TRAPPIST-1 אחד אחרי מסע של כ-700 אלף שנה...

חסר מידע

הגילוי של מערכת TRAPPIST-1 מצטרף לכמה גילויים חשובים מהשנים האחרונות על כוכבי לכת תאומי ארץ, גם במערכות שמש קרובות. הבולט ביותר הוא כנראה הגילוי של כוכב לכת גדול מעט מכדור הארץ באזור הישיב של כוכב במערכת אלפא קנטאורי, רק 4.25 שנות אור מאיתנו, לפני כחצי שנה.

בינתיים צריך לזכור שעד כמה שהגילוי מרגש, אין לנו שום מידע על כוכבי הלכת האלה, חוץ מעדות עקיפה לקיומם, המבוססת על מדידות אור וחישובים מתמטיים. אפילו צילום שלהם עדיין נמצא מחוץ להישג ידינו, שלא לדבר על השגת נתונים כמו הרכב כימי.

הגילוי של יותר ויותר מערכות כאלה נובע פשוט מהשתכללות הטכנולוגיות שבידינו, אבל היא עדיין מוגבלת מאוד. לא במקרה גם הגילוי הנוכחי וגם הקודם, הם של כוכבי לכת סביב שמשות קטנות וחיוורות, שקל יחסית למדוד ירידה בעוצמת האור שלהן. כשהטכנולוגיה תשתכלל עוד, ודאי נגלה שמערכות שמש דומות יחסית לשלנו נפוצות הרבה יותר ממה ששיערו עד כה, ואולי גם יהיו לנו יותר כלים לחקור אותן.

איתי נבו, העורך הראשי של אתר מכון דוידסון, הזרוע החינוכית של מכון ויצמן