מה בדיוק הופך כוכב לכת ל"מגורים"?

אחד הנושאים המרגשים ביותר באסטרונומיה כיום הוא החיפוש אחר כוכבי לכת חיצוניים, או כוכבי לכת מעבר למערכת השמש שלנו. מצאנו עד כה למעלה מ-5,000 כוכבי לכת אקזו-כוכבים, כאשר יותר מתגלים בכל שנה. והגביע הקדוש של חקר כוכבי הלכת הוא למצוא כוכבי לכת ניתנים למגורים שבהם נוכל לחפש חיים מעבר לכוכב הלכת שלנו.

תוכן

  • התאמה למגורים אינה בינארית
  • מה לגבי אזור המגורים?
  • גורמים למגורים
  • קטלוג של כוכבי לכת שעשויים למגורים
  • איפה לחפש חיים עכשיו
  • מחפשים חיים במערכת השמש שלנו
  • הלאה למאדים

אם אתה מתעניין באסטרונומיה בטח ראית כותרות חדשות על כוכבי לכת אקסופלנטים ניתנים למגורים שהתגלו על ידי משימות כמו טלסקופ החלל קפלר של נאס"א או לוויין סקר כוכבי הלכת מעבר (TESS). כוכבי לכת אלה הם בדרך כלל דמויי כדור הארץ ויכולים להיות להם מים נוזליים על פני השטח שלהם, ומעריכים שהם יכולים לתמוך בחיים. אבל איך נוכל לדעת אם כוכב לכת ניתן למגורים ממרחק של מיליוני קילומטרים? ולמה בעצם אנחנו מתכוונים כשמגורים בכלל?

סרטונים מומלצים

שוחחנו עם המומחה למגורים אבל מנדז ממעבדת המגורים הפלנטרית ב- אוניברסיטת פורטו ריקו בארסיבו, שאמרה לנו שהמגורים הרבה יותר מסובך ממך עלול לחשוב.

קָשׁוּר

  • אסטרונומים מבחינים בכוכב הלכת הנוצץ ביותר שהתגלה אי פעם
  • סרטון Virgin Galactic מראה מה צפוי לנוסעים מסחריים ראשונים
  • טלסקופ ג'יימס ווב מחפש את יכולת המגורים במערכת TRAPPIST-1 המפורסמת

התאמה למגורים אינה בינארית

תפיסת האמן לגבי פני השטח של כוכב הלכת האקסו-פלנט TRAPPIST-1f, הממוקם במערכת TRAPPIST-1.
תפיסת האמן לגבי פני השטח של כוכב הלכת האקסו-פלנט TRAPPIST-1f, הממוקם במערכת TRAPPIST-1.נאס"א/טים פייל/JPL-Caltech

הדרך שבה רוב האנשים מדברים על יכולת חיים היא כאילו זה מצב בינארי. או שכוכב לכת ראוי למגורים, או שלא. אבל כשחושבים על הנושא לעומק, ברור שההגדרה הזו לא תתאים. האם אנו מתכוונים למגורים כמו מסוגלים לקיים חיי אדם? או חיים מיקרוביאליים? האם אנחנו מתכוונים שזו סביבה נוחה לחיים להצליח או כזו שבה הישרדות קשה אך אפשרית תיאורטית? האם אנחנו מתכוונים שהחיים יכלו להתפתח בסביבה הזו, או שאם החיים הגיעו לשם הם יכולים לשרוד?

אין תשובה ברורה לשאלות הללו, וזו הסיבה שזו טעות לחשוב על מיומנות כשאלת כן/לא. במקום זאת, עלינו לחשוב על יכולת המגורים כמדד לכושר לסוג מסוים של חיים.

התרשמותו של אמן זה מציגה מבט על פני השטח של כוכב הלכת Proxima b המקיף את כוכב הננס האדום Proxima Centauri, הכוכב הקרוב ביותר למערכת השמש. בתמונה מופיע גם הכוכב הכפול Alpha Centauri AB. פרוקסימה b היא קצת יותר מסיבית מכדור הארץ ומסתובבת באזור המגורים סביב פרוקסימה קנטאורי, שם הטמפרטורה מתאימה למים נוזליים להתקיים על פניו.
תמונת קונספט של פני השטח של כוכב הלכת פרוקסימה b המקיף את כוכב הגמד האדום פרוקסימה קנטאורי.ESO/M. קורנמסר

הבלבול הזה לא קיים רק בקרב חברי הציבור. מנדז אמר כי יש חוסר הסכמה בקרב מדענים לגבי המשמעות של חיים. זו "מילה טעונה", הוא אמר, "כי בשיחות הרגילות שלנו, מיומנות פירושו התאמה למגורים עבור בני אנוש." אבל כשאנחנו מסתכלים על כוכבי לכת אחרים, אנחנו לא חושבים רק על בני אדם, אלא גם על סוגים אחרים של חיים.

כל הזמן שאסטרוביולוגים תהו לגבי יכולת המגורים של כוכבי לכת חיצוניים, זה הפך הייתה עוד קבוצה של אנשים שחושבים על יכולת מגורים במשך עשרות שנים: אקולוגים. אקולוגים מדברים על "התאמה לבתי גידול" של סביבות כאן על פני כדור הארץ - כמו בהתאמה של סביבה מסוימת לסוג מסוים של חיים לשגשג. זה בדיוק מה שקהילת האסטרוביולוגיה ניסתה להגיע אליו עם מחקר כוכבי הלכת שלה.

מוקדם במחקר שלו על הנושא, מנדז נתקל בעבודה האקולוגית הזו, הוא אמר: "הבנתי שמה שאנשים ב- שדה אסטרוביולוגיה ניסו לעשות - להגדיר ולכמת את יכולת הישיבה - כבר נעשה לפני עשרות שנים על ידי אקולוגים."

מה לגבי אזור המגורים?

אזורי המגורים של כוכבי לכת המקיפים סוגי כוכבים שונים מסומנים בירוק.
אזורים ירוקים מציינים אזורים ראויים למגורים עבור כוכבי לכת המקיפים סוגי כוכבים שונים.משימת קפלר/מרכז המחקר איימס/נאס"א

הבעיה, אם כן, אינה בקביעה אם כוכב לכת אקסו-פלנט הוא ראוי למגורים או לא, אלא בקביעה אילו תכונות יהפכו אותו למתאים לסוגי חיים.

מקום אחד שקל יחסית להתחיל בו הוא עם הדרישה למים נוזליים להיות זמינים. מים נוזליים חיוניים כמעט לכל צורות החיים כפי שאנו מכירים אותם בגלל תכונות הממס שלה. דברים רבים מתמוססים במים, כלומר זה טוב לשילוב דברים המאפשרים תגובות כימיות. זה גם ממלא תפקיד חשוב באופן שבו אנזימים פועלים. אז כשמדענים דמיינו את הדרישות לכוכב הלכת החיצוני שניתן למגורים, זמינות המים הנוזלים נמצאת בראש הרשימה.

זה מה שנותן לנו את הרעיון של "אזור ראוי למגורים". זהו אזור סביב כוכב שבו מעריכים שכוכב לכת יהיה בטמפרטורה הנכונה כדי שיהיו מים נוזליים על פניו. אם היינו מוצאים א כוכב לכת דמוי כדור הארץ בתוך אזור המגורים של כוכב הנימוק אומר שהיינו מוצאים נקודת התחלה טובה לחיפוש חיים.

עם זאת, הימצאות באזור ראוי למגורים איננה הכול והכל של יכולת המגורים. זו רק דרישה בסיסית אחת. וגם, אומר מנדז, המונח גרם ל"הרבה בלבול", מכיוון שלעתים קרובות אסטרונומים יאמרו שכוכב לכת הוא ראוי למגורים כאשר הם מתכוונים שהוא נמצא באזור המגורים. הוא מעדיף את המונח "אפשר למגורים" כדי להבהיר שזו שאלה רחוקה מלהיות מוסדרת.

גורמים למגורים

הרושם של אמן זה מראה את כוכב הלכת K2-18b, הכוכב המארח שלו וכוכב הלכת נלווה במערכת זו.
Exoplanet K2-18b, הכוכב המארח שלו. K2-18b הוא כעת כוכב הלכת העל-כדור הארץ היחיד שידוע כמארח הן מים והן טמפרטורות שיכולות לתמוך בחיים.ESA/האבל, מ. קורנמסר

אוקיי, אז מים נוזליים הם חובה. מה עוד נדרש כדי שכוכב הלכת לארח חיים? יש לנו הבנה מוצקה של זה בהתבסס על צורות חיים מכאן על כדור הארץ. כשזה מגיע להערכת יכולת המגורים של כוכבי לכת, אסטרוביולוגים רוצים לדעת על גורמים כמו זה של כוכב לכת מסה ורדיוס, כמו גם טמפרטורת פני השטח שלו, לחץ ושבר כוכב הלכת המכוסה בו מים.

זה מאתגר לקבוע את הגורמים הללו עבור כל כוכב לכת נתון. עבור רוב כוכבי הלכת שהתגלו כעת אנו יכולים לדעת גורמים כמו תקופת המסלול שלהם, הרדיוס או המסה שלהם, והשטף הכוכבי שלהם, שהוא כמות הקרינה שהם מקבלים מהכוכב המארח שלהם. אבל כדי לדעת את טמפרטורת פני השטח או לחץ שלהם, למשל, נצטרך לדעת על האטמוספרות שלהם.

כדי להבין מדוע, הסתכלו על מערכת השמש שלנו. לנוגה יש את טמפרטורת פני השטח הגבוהה ביותר במערכת השמש, למרות שהיא רחוקה יותר מהשמש מאשר מרקורי. הסיבה לכך היא שלוונוס יש אטמוספירה עבה במיוחד אשר לוכדת את החום ומעלה את טמפרטורת פני השטח. אסטרוביולוג חייזר שמסתכל על מערכת השמש שלנו אולי לא יודע כמה לוהט היה נוגה כי זה לא ברור ממרחק.

עבודה עתידית שיבוצעו על ידי טלסקופים כמו טלסקופ החלל ג'יימס ווב תאפשר לנו ללמוד עוד על אטמוספרות אקסופלנט, אבל לעת עתה, מדענים צריכים להעריך את טמפרטורות פני השטח.

טלסקופ החלל ג'יימס ווב.
תמונת קונספט של טלסקופ החלל ג'יימס ווב.נורת'רופ גרומן/ESA/האבל

גם כמות המשטח המכוסה במים חשובה. נקרא שבריר האוקיינוס, זה משנה כי הטבע הדינמי של האוקיינוסים עושה אותם מצוינים בהעברת חומרים מזינים סביב כוכב לכת כדי להפוך את המקום לארח יותר לכל החיים.

אין לנו כרגע מכשירים המסוגלים למדוד את חלקיק האוקיינוסים של כוכבי לכת חיצוניים. עם זאת, יש רעיונות לטלסקופים עתידיים שיכול להסתכל כיצד כמות האור המוחזרת מכוכב לכת משתנה תוך כדי סיבובו, מה שיכול להצביע על כמות האוקיינוס ​​המכסה את פניו.

למרות כל המורכבות בקביעת הגורמים הללו, מנדז חושב שמדע כוכבי הלכת מתפתח כל כך מהר שנוכל למדוד אותם בעשרים השנים הבאות. "עשר שנים למדידת אטמוספירה עם מכשירים שונים, ואז עשר שנים לטלסקופים חדשים שיוכלו לראות כוכבי לכת בנפרד ולמדוד את חלק האוקיינוסים", הוא חזה.

קטלוג של כוכבי לכת שעשויים למגורים

גרפיקה המציגה את כל כוכבי הלכת החיצוניים הניתנים למגורים.

היכולת לחקור כוכבי לכת אקסופלנטים בפירוט כזה בעשורים הבאים היא מרגשת, אבל מדענים רוצים גם לחקור כוכבי לכת שעשויים למגורים כעת. מסיבה זו, הקבוצה של מנדז שומרת על קטלוג כוכבי הלכת החיצוניים הניתנים למגורים, שהיא רשימה של כל כוכבי הלכת החיצוניים האפשריים למגורים שהתגלו עד כה.

כדי להיכלל בקטלוג, כוכב לכת חייב להיות בערך בגודל כדור הארץ ולהסתובב בתוך אזור המגורים של הכוכב שלו. אבל כדי לאפשר את הגורמים הרבים שאנחנו עדיין לא יכולים לדעת על כוכבי לכת חיצוניים אלה, ישנם שני קריטריונים שונים לאמצעים בגודל כדור הארץ. לקטלוג יש גם רשימה שמרנית, המפרטת כוכבי לכת עד פי 1.6 מרדיוס כדור הארץ או שלושה פי המסה שלו, ורשימה אופטימית, שיש בה כוכבי לכת ברדיוס של עד 2.5 מהרדיוס של כדור הארץ או פי 10 ממנו מסה.

לעת עתה, מספר כוכבי הלכת שאנו יכולים להצביע עליהם העונים על הקריטריונים הבסיסיים ביותר למגורים פוטנציאליים נותר נמוך.

הסיבה לכך היא שכאשר אנו מחפשים אפשרות למגורים אנו מחפשים כוכבי לכת סלעיים כמו כדור הארץ, ולא כוכבי לכת גז. כוכבי לכת אקסופלנטים בעלי צפיפות נמוכה, כמו ענקי גז, אינם טובים לחיים כי הם גרועים בלהיאחז בהם החומרים המזינים שצריכים להיות זמינים לכל החיים - מאותה סיבה שאתה לא מוצא חיים בעננים כדור הארץ. כוכבי לכת בגודל של עד פי שניים בערך מכדור הארץ יהיו כוכבי לכת סלעיים, אבל כוכבי לכת גדולים מזה יכולים להיות סוג הנקרא מיני נפטון או גמד גז, אשר לא צפוי לתמוך בחיים.

עם למעלה מ 5,000 כוכבי לכת מאושרים אתה יכול לדמיין שהקטלוג יפרט מאות מועמדים למגורים, אבל למעשה, יש מעט יחסית - רק 21 ברשימה השמרנית ועוד 38 ברשימה האופטימית.

קוצר הרשימה יכול להיות בחלקו משום ששיטות רבות לזיהוי כוכבי לכת עדיפות טובות יותר במציאת כוכבי לכת גדולים יותר מאשר קטנים יותר - באופן כללי קל יותר לזהות משהו שהוא גדול יותר - וכמה מחקרים מצביעים על כך יכול להיות מיליארדי כוכבי לכת דמויי כדור הארץ בגלקסיה שלנו. אבל לעת עתה, מספר כוכבי הלכת שאנו יכולים להצביע עליהם שעונים על הקריטריונים הבסיסיים ביותר למגורים פוטנציאליים נותר נמוך.

איפה לחפש חיים עכשיו

כוכבי לכת חיצוניים באזור המגורים של TRAPPIST-1.
שלושה כוכבי לכת של TRAPPIST-1 - TRAPPIST-1e, f ו-g - שוכנים במה שנקרא "אזור המגורים" של הכוכב שלהם.נאס"א

כמובן, העובדה שיש מעט כוכבי לכת פוטנציאליים ניתנים למגורים שאנו מכירים אינה אומרת שעלינו לוותר על חיפוש אחר חיים במקומות אחרים. במובנים מסוימים, זה מקל על ההחלטה על יעדי מחקר כשיש לך מערכות כמו TRAPPIST-1, אשר נחשב לארח עד ארבעה כוכבי לכת אקסו-כוכבים בעלי פוטנציאל למגורים ואשר יהווה יעד מרכזי לעבודות המדע הקרובות של טלסקופ החלל ג'יימס ווב.

כל הדיונים הללו על יכולת המגורים מעוררים את הרעיון שאם יש חיים במקומות אחרים ביקום, הם יהיו לפחות דומים לחיים כאן על כדור הארץ. כשאנחנו מדברים על דרישות למים או לחומרים מזינים מסוימים, אנחנו מבססים זאת על חיים שצפינו על הפלנטה שלנו. אנו מניחים שבמקום אחר יהיו חיים כפי שאנו מכירים אותם, אבל בהחלט ייתכן שיכולים להיות חיים בצורה שונה לחלוטין איפשהו שם בחוץ.

בעוד שמדענים מכירים באפשרות זו, הם לא נוטים לתת את הדעת הרבה למושג מכיוון שהוא אינו שימושי באופן מעשי למחקר. "לא תזהה את החיים מכיוון שאנחנו לא מכירים אותם", ציין מנדז, כך שזה לא משהו שנוכל לחפש.

מחפשים חיים במערכת השמש שלנו

האבל מצלם ישירות פלומות אפשריות באירופה

כמה חוקרים טוענים שבמקום לחפש כוכבי לכת אקסו-כוכבים, נוכל לחפש במערכת השמש שלנו עולמות פוטנציאליים למגורים - מקומות כמו ירח שבתאי אנקלדוס או ירח צדק אירופה. למרות שהם רחוקים מדי מהשמש מכדי שיהיו להם מים נוזליים על פני השטח שלהם, על פי החשיבה יש אוקיינוסים של מים מלוחים נוזליים מתחת לקרום קפוא.

אבל מנדז לא משוכנע שהמיקומים האלה הם מיקומים מבטיחים מאוד לכל החיים בגלל הקרום הקפוא. קרום אלה חוסמים את הגישה לכל אטמוספירה ומונעים את העברת האנרגיה מפני השטח, מה שהופך אותה לא מתאימה לקיום חיים. "זה יותר גרוע מהאוקיינוסים העמוקים על הפלנטה שלנו. זה הרבה יותר גרוע מכל דבר על פני כדור הארץ", אמר. "אני לא חושב שמשהו מעבר לחיים מיקרוביאליים יחיה שם."

אפילו למצוא חיים מיקרוביאליים מחוץ לכדור הארץ יהיה מרגש מאוד, ומכאן המטרה של משימות כמו הרובר Perseverance לחפש עדויות לחיים עתיקים על מאדים. אבל מאדים לא בדיוק מסביר פנים היום, אם כי זה יכול היה להיות בשלב מסוים בעבר. מחקרי חיים על סביבת מאדים לא מבטיחים שמשהו שרד שם היום: "אנחנו העריך כי פני השטח של מאדים גרועים פי אלף ממדבר אטקמה", למען קיום חיים, מנדז אמר.

הלאה למאדים

מושג בני אדם על מאדים נאסה
נאס"א

למרות ההסתייגויות שלו מהתנאים הצחיחים של מאדים, מנדז הוא פרגמטי לגבי היכן נוכל למצוא עדות לחיים אם הם קיימים. "אם הייתי צריך להמר היכן נוכל למצוא חיים, הייתי מהמר על מאדים", אמר, "למרות שאני אוהב יותר כוכבי לכת!" זה בגלל נושא הגילוי. אם אתה רוצה לדעת שכוכב לכת הוא לא רק פוטנציאלי למגורים אלא למעשה מארח חיים, אתה צריך הוכחה - ואת ההוכחה הזו קשה מאוד להשיג ממרחק גדול.

עם משימות החזרה לדוגמה המתוכננות למאדים בעשורים הקרובים, המירוץ להחזרת חתיכת מאדים חזרה לכדור הארץ למחקר. דגימות אלו הן הסיכוי הטוב ביותר שלנו לזיהוי מסוים של חיים. "התשובה הוודאית תגיע אם יש לך דגימה כאן על כדור הארץ, כי אתה מחפש חיים מיקרוביאליים בכמויות נמוכות מאוד", הסביר.

תרחיש מחקר החלומות יהיה לאסוף דגימה מסביבה על מאדים שיכולה להיות ראויה למגורים בסטנדרטים של כדור הארץ, כמו אקוויפר. אם מצאנו עדות לחיים בסביבה כזו אז זה יהיה נהדר - היינו מגלים שכוכב הלכת שלנו אינו היחיד שמארח חיים.

אבל מנדז אומר שלא למצוא שום עדות לחיים בסביבה כזו יהיה מרגש באותה מידה. "אם נמצא מקום ראוי למגורים בסטנדרטים יבשתיים ולא יהיו שם חיים, זה יהיה מדהים ומסקרן", אמר. "מה השתבש? מה קרה? למה אין חיים?" בהתחשב בכך שהחיים קיימים במגוון כה רחב של סביבות על פני כדור הארץ, ואנחנו יודעים שכדור הארץ ומאדים חלקו חומר באמצעות פגיעות, זה באמת יהיה מוזר אם החיים היו מוגבלים לנו כוכב לכת.

"זה יהיה גילוי גדול למצוא חיים, אבל התוצאה השלילית תהיה עמוקה עוד יותר", אמר מנדז. "אין דרך לטעות כאן. זה מצב של win-win. התשובה נמצאת על מאדים, היא ממש שם. וכל תשובה היא עמוקה".

המלצות עורכים

  • זו הסיבה שמדענים חושבים שהחיים אולי שגשגו על 'כוכב הגיהנום' נוגה
  • אסטרונומים מבחינים בכוכב לכת היוצר זרועות ספירליות סביב הכוכב שלו
  • חללית BepiColombo האירופית עושה היום את טיסה השלישית שלה במרקורי
  • כוכב הלכת הזה הוא מעל 2,000 מעלות צלזיוס, יש מתכת אידוי באטמוספירה שלו
  • החיפוש אחר ירחים ראויים למגורים במערכת השמש מתחמם