איך טלסקופים מהדור הבא יעזרו לנו לחפש אחר כוכבי לכת חיצוניים

בשנים האחרונות, גילינו מערך מדהים של כוכבי לכת מחוץ למערכת השמש שלנו. בנוסף לאלה שכן פוטנציאלי למגורים, מצאנו גם כוכבי לכת אקסופלנטים שכן חם יותר מכוכבים, יש גשם ברזל ושמים צהובים, ושיש להם את צפיפות של צמר גפן מתוק. אבל עדיין בקושי שרטנו את פני השטח של מה שיש בחוץ.

הדור הבא של משימות ציד כוכבי לכת ירחיק לכת עוד יותר, יזהו כוכבי לכת חיצוניים ויקבעו את יכולת המגורים שלהם אפילו ממרחק אלפי שנות אור. כדי ללמוד עוד על האופן שבו אתם הולכים לצוד מחט של כוכב לכת בערימת השחת של הגלקסיה שלנו, דיברנו עם שלושה מומחים שעובדים על פרויקטים חדישים של כוכבי לכת.

פיצוץ של כוכבי לכת אקסופלנטים

כוכבי הלכת הראשונים התגלו ב-1992, ובתוך פחות משלושה עשורים התפוצץ מספר כוכבי הלכת הידועים מחוץ למערכת השמש שלנו. נאס"א

הערכות שמספר כוכבי הלכת החיצוניים המוכרים מוכפל בערך כל 27 חודשים.

גילוי כוכבי הלכת החל להשתמש בטלסקופים קרקעיים, כמו הגילוי המפורסם של כוכב הלכת 51 פג b ב-1995, שעליו קיבלו שני אסטרונומים שוויצרים את פרס נובל. אבל ציד כוכבי לכת אקזו-כוכבים באמת נכנס להילוך גבוה עם הופעת טלסקופים לציד כוכבי לכת מבוססי-חלל כמו זה של נאס"א קפלר ו TESS משימות.

כעת, משימות חדשות של נאס"א ו-ESA (סוכנות החלל האירופית) מזהות ובוחנות כוכבי לכת רחוקים יותר מתמיד.

מציאת כוכבי לכת אקזו בגלקסיה שלנו

PLATO הוא הדור הבא של טלסקופ החלל לציד כוכבי לכת של ESA, והוא נבנה כעת במטרה לשגר ב-2026. המשימה תתרכז בכוכבים בהירים שנמצאים יחסית קרוב אלינו בגלקסיה, בדרך כלל באזור של בין 300 ל-1,000 שנות אור, מסתכלים על כל אזור לפחות שנתיים.

המשימה תחפש עולמות ראויים למגורים בשיטת המעבר, שבה חוקרים מודדים את בהירותו של כוכב מרוחק. אם בהירות הכוכב יורדת במרווחים קבועים, זה מרמז שכוכב לכת עובר ביניהם אנחנו והכוכב, חוסמים חלק מהאור שמפיץ הכוכב וגורם לטבילה פנימה בְּהִירוּת. מדידת הטבילה הזו במדויק מאפשרת למכשירים כמו PLATO לחשב בצורה מדויקת מאוד את גודל כוכב הלכת.

תקופת התצפית של שנתיים מאפשרת למדענים לחפש כוכבי לכת בעלי תקופה ארוכה יותר. אז בעוד שמשימה כמו קפלר הסתכלה על אזור קטן בשמים במשך תקופה ארוכה, ו-TESS מסתכלת על אזורים גדולים לשמים לפרק זמן קצר, PLATO יסתכל גם על אזור גדול וגם לאורך זמן זְמַן.

נזדקק למכשירים עם תקופת תצפית ארוכה יותר מאשר במשימות קודמות כדי לזהות כוכבי לכת כמו שלנו, הסבירה אנה הראס, מדענית הפרויקט של PLATO ל-Digital Trends בראיון. "אנחנו רוצים לזהות כוכבי לכת דמויי כדור הארץ, וזה אומר שאם אתה רוצה לראות כוכב לכת הדומה לכדור הארץ אזור ראוי למגורים, תהיה לו תקופת מסלול של שנה אחת", אמרה. "אז אנחנו צריכים להתבונן לפחות שנתיים, כי אנחנו רוצים לראות לפחות שני מעברים."

מודלים נוכחיים מציעים שתצפית על שני מעברים של כוכב נתון אמורה לספק מספיק נתונים כדי לזהות ובמידה מסוימת לאפיין כוכב לכת, אבל קיימת אפשרות שפלאטו עשוי לצפות באותו אזור במשך שלוש או אפילו ארבע שנים אם נחוץ.

בנוסף לכוכבי לכת דמויי כדור הארץ הללו, פלאטו יסתכל גם על כוכבי ננס אדומים קרירים יותר, שעלולים להיות כוכבי הלכת הניתנים למגורים המקיפים אותם. הפוטומטר המדויק ביותר של הטלסקופ יכול גם למדוד מידע על תנודות הכוכבים הנצפים, מה שיכול לספר למדענים על המבנה הפנימי והגיל שלהם. "זה יאפשר לנו לקדם, בצורה פנטסטית, הבנה של אבולוציה של כוכבים וידע כללי על פיזיקת כוכבים", אמר הראס.

אחת האפשרויות המרגשות ביותר של פלאטו היא שהיא כל כך מדויקת, שהיא עשויה אפילו להיות מסוגלת לזהות ירחים המקיפים סביב כוכבי לכת, הנקראים אקסומונים. ברור כי ירחים קיימים מחוץ למערכת השמש שלנו, אך השיטות הנוכחיות עדיין לא אישרו באופן סופי את זיהויו.

הסיכוי שאפלטון יוכל למצוא ירח כזה פותח את האפשרות לחפש סוגים שונים של סביבה ראויה למגורים - לא רק כוכבי לכת דמויי כדור הארץ, אלא גם ירחים דומים לאלה כמו ירח שבתאי אנקלדוס שהוא אחד המקומות המבטיחים ביותר, הפוטנציאליים למגורים שאינם כדור הארץ, במערכת השמש שלנו.

כמה כוכבי לכת יש בגלקסיה שלנו?

גילינו כ-4,200 כוכבי לכת אקזו-כוכבים עד כה, כשעוד הוכרזו כמעט מדי חודש. אבל נותרה שאלה פתוחה לגבי כמה כוכבי לכת בדיוק יש בגלקסיה שלנו. שימוש בשיטות כמו שיטת המעבר חושף רק כוכבי לכת בתצורות מסוימות - במיוחד אלה שנמצאים קרוב מסתובב לכוכבים שלהם - אז אנחנו צריכים מבט כולל של הגלקסיה כדי לקבל מושג טוב יותר על כמה כוכבי לכת יש שם בחוץ סה"כ.

זה מה שצפוי לנאס"א טלסקופ החלל הרומאי ננסי גרייס, או פשוט רומן, שואף לגלות. הטלסקופ נבנה כעת, וברגע שישוגר בסוף 2025 או בתחילת 2026, הוא יתחיל בסקר של שמי הלילה הנקרא סקר כוכבי הלכת הרומאי (Rom Galactic Exoplanet Survey (RGES).

מטרת סקר זה אינה לגלות או לחקור כוכבי לכת כשלעצמם, אלא להשיג א תמונה גדולה של כמה כוכבים בגלקסיה שלנו מארחות מערכות פלנטריות, ואיך הן מערכות אלו מופץ.

זיהוי כוכבי לכת על ידי כיפוף אור

כדי לבצע את סקר השמיים שלו, רומן ישתמש בטכניקה הנקראת microlensing, שיכולה לבחון כוכבי לכת חיצוניים, אבל בעיקר מספרת למדענים על הכוכבים שסביבם כוכבי לכת סובבים.

"מיקרולנסינג הוא ייחודי בהרבה מובנים", אמר החוקר הראשי של RGES, סקוט גאודי, בראיון ל-Digital Trends. זה מבוסס על תהליך שנקרא עדשת כבידה, המשמשת לזיהוי כוכבים. "הדרך שבה זה עובד היא שאם אתה בוהה בכוכב מספיק זמן (בערך 500,000 שנה), אז במקרה כוכב קדמי אחר צף קרוב מספיק לקו הראייה שלך כוכב הרקע הזה כדי לפצל את האור מכוכב הרקע הזה לשתי תמונות", הוא הסביר.

"כוכב מקור הרקע מתבהר כאשר כוכב החזית מגיע לפניו, מכיוון שכוח המשיכה של כוכב החזית מכופף קרני אור שהיו נעלמים מטווח הראייה". המשמעות היא שאם מדענים צופים בכוכב רקע מתבהר ואז מתעלף, הם יכולים להסיק שכוכב אחר עבר בינו לבין לָנוּ.

ניתן לשכלל טכניקה זו עוד יותר כדי לזהות כוכבי לכת חיצוניים. "אם לכוכב הקדמי הזה יש כוכב לכת, אז לכוכב הזה יש מסה, מה שאומר שהוא יכול לעדשה גם את הכוכב הזה מבחינה כבידתית", אמר גאודי. "אז אם אחת משתי התמונות האלה של כוכב הרקע שנוצר על ידי הכוכב המארח בחזית תעבור קרוב לכוכב הלכת, זה יגרום לקצר הבהרה או עמעום נוספים, הנמשכים בין כמה שעות, במקרה של כוכב לכת בעל מסה כדור הארץ, לכמה ימים, במקרה של מסה של צדק כוכב לכת."

הבעיה היא שהאירועים האלה, שבהם כוכבי לכת וכוכבים מסתדרים בדיוק כך, הם נדירים ובלתי צפויים. אז כדי ללכוד אותם, אסטרונומים צריכים לצפות במספר עצום של כוכבים. "אתה מקבל אירוע עדשה אחד לכוכב לכל 500,000 שנה, אז זה הרבה זמן לחכות", אמר גאודי. "אז במקום זאת אנחנו עוקבים אחרי בערך 100 מיליון כוכבים בבליטה הגלקטית [אזור צפוף של כוכבים באמצע הגלקסיה שלנו] ובכל זמן נתון, אלפים רבים עוברים עדשות."

רומן יתאים במיוחד לסוג זה של חקירה מכיוון שיש לו שדה ראייה גדול מאוד, המאפשר לו לצפות בנתח גדול מהבליטה הגלקטית. הוא גם יכול לנטר את מיליוני הכוכבים הללו בטווח זמן של 15 דקות, מה שמאפשר לחוקרים ללכוד את אירועי העדשה הללו בזמן שהם מתרחשים.

משימות משלימות

הנתונים העיקריים שיש לנו עד כה על כמה כוכבי לכת אקזו-כוכבים עשויים להתקיים בגלקסיה שלנו מגיעים מטלסקופ החלל קפלר שפרש כעת, שסקר את השמיים בין 2009 ל-2018, מדידת בהירות של כ-150,000 כוכבים כדי לחפש כוכבי לכת באמצעות המעבר שיטה.

משימה זו הניחה את הבסיס לחקר כוכבי לכת אקסו-כוכבים כיום. עם זאת, בשל השיטה בה השתמש קפלר, ישנם עדיין כוכבי לכת אקזו-כוכבים רבים שאולי הוא החמיץ. הפרויקט הרומי נועד להרחיב ולהשלים עבודה זו באמצעות שיטה אחרת.

"סקר RGES חשוב כי הוא יהיה משלים לקפלר", הסביר גאודי. "שיטת המיקרו-עדשות רגישה באופן מהותי לכוכבי לכת שנמצאים רחוק יותר, כך שכוכבי לכת עם מסלולים גדולים בקירוב מזה של כדור הארץ." אם שיטה זו הייתה בשימוש על ידי חייזרים רחוקים כדי לצפות במערכת השמש שלנו, למשל, היא הייתה מסוגלת לזהות את כל כוכבי הלכת למעט כַּספִּית.

"הואיל וקפלר היה רגיש רק בקושי לכוכבי הלכת בעלי מסת כדור הארץ. אז אנחנו באמת צריכים לעשות את סקר RGES כדי לעשות את המפקד הסטטיסטי הזה של כוכבי לכת אקסו-כוכבים בגלקסיה", אמר גאודי.

מיקרועדשות גם לא תלויה באור בהיר מהכוכבים הנצפה, ולכן היא מאפשרת למדענים לצפות במערכות שנמצאות גם בקרבתנו וגם רחוקות עד למרכז הגלקסיה. רומן יאפשר לחוקרים להשיג הבנה סטטיסטית של האופן שבו מערכות פלנטריות מפוזרות ברחבי הגלקסיה שלנו, גאודי אמר: "אז אנחנו יכולים למעשה לקבוע את ההתפלגות הגלקטית של מערכות אקסופלנטריות, מה שבעצם בלתי אפשרי עם כל מערכות אחרות טֶכנִיקָה."

אפיון כוכבי לכת אקזו באמצעות מעברים

הטלסקופים PLATO והרומי יהיו יקרי ערך לגילוי כוכבי לכת חדשים ולהערכת כמה כוכבי לכת אקסופלנטים קיימים בסך הכל בגלקסיה שלנו. אבל ברגע שאנחנו יודעים כמה כוכבי לכת יש והיכן הם ממוקמים, אנחנו צריכים כלים חדשים כדי ללמוד עוד על כוכבי הלכת האלה - לחקור מאפיינים כמו המסה, הגודל והגיל שלהם. מידע זה יכול לעזור לנו לראות איזה סוג של כוכבי לכת יש בחוץ, בין אם הם ענקי גז כמו צדק או שבתאי או עולמות סלעיים כמו כדור הארץ ומאדים.

ESA הושקה לאחרונה טלסקופ חדש מבוסס חלל בשם CHEOPS (characterising ExOPlanets Satellite) אשר חוקר כוכבי לכת ממסלול. פרויקט CHEOPS כנראה ימצא כמה כוכבי לכת חדשים במהלך כהונתו, אך מטרתו העיקרית היא לחקור כוכבי לכת שנמצאו על ידי סקרים אחרים ביתר פירוט באמצעות שיטת המעבר.

"אנחנו, למעשה, משימת המשך", הסבירה קייט אייזק, מדענית הפרויקט ב-CHEOPS, ל-Digital Trends בראיון. "אנו עוקבים אחר הגדלים, בין היתר, של כוכבי לכת ידועים."

המשמעות היא שלמדענים בפרויקט זה יש יתרון בתצפיות שלהם, שכן יש להם כבר את המידע שהם צריכים לגבי מתי תתרחש מעבר. הם יכולים לכוון את המכשיר לעבר כוכב היעד בדיוק ברגע הנכון בזמן שהוא עובר על מנת ללכוד מידע עליו.

CHEOPS הושק רק לפני מספר חודשים, אך הוא כבר גילה מידע חדש על כוכב הלכת KELT-11 ב, גילה שכוכב הלכת המוזר הזה הוא בצפיפות כה נמוכה שהוא "יצף על מים בבריכת שחייה גדולה מספיק", על פי הצהרה של החוקרים.

מחפש את כדור הארץ 2

איתור ומחקר של כוכבי לכת אקסו-כוכבים אינם רק מציאת עולמות מוזרים כמו KELT-9 ב אוֹ AU Mic ב אמנם. זה גם לגבי השאלה הגדולה ביותר: האם קיימים חיים מחוץ לכדור הארץ או לא. העבודה שנעשתה על ידי אסטרונומים כעת מתחילה לחקור את השאלות של לא רק היכן נמצאים כוכבי לכת, אלא גם האם הם יכולים להיות ראויים למגורים. בסופו של דבר, הם יכולים לעזור לקבוע אם כוכבי הלכת הרחוקים הללו אכן מארחים חיים.

"אחד הגביעים הקדושים של מדע כוכבי הלכת הוא מחפש חיים", אמר אייזק. "אחד הדברים שאנשים מחפשים הוא כוכב לכת דמוי כדור הארץ. כדור הארץ 2, אפשר לומר." זה כרוך בחיפוש אחר כוכב לכת סלעי בתוך אזור המגורים של כוכב - המרחק מכוכב שבו מים נוזליים יכולים להתקיים על פני כוכב הלכת. משימות עתידיות כמו טלסקופ החלל הקרוב של ג'יימס ווב אפילו יוכלו לחקור אם לכוכבי לכת רחוקים יש אטמוספירה.

הראס, מדען פרויקט PLATO, הסכים עם החשיבות של החיפוש אחר יכולת חיים. "המחקר של כוכבי לכת אפשריים שאפשר למגורים הוא באמת השלב הבא כדי להבין לא רק איך כוכבי לכת מתפתחים, אלא אולי גם איך הופיעו החיים", אמרה. "אחרי כל מה שלמדנו על כוכבי לכת חיצוניים, השלב הבא יהיה ללמוד יותר על התפתחות החיים וכיצד החיים התחילו."

יש גם שאלה גדולה פתוחה לגבי האם קיימות מערכות סולאריות אחרות בחוץ הדומות לשלנו. "אנחנו גם רוצים לדעת עד כמה כוכב הלכת שלנו הוא ייחודי", אמר הראס. היא הסבירה שאפילו עם אלפי כוכבי לכת חיצוניים שהתגלו, מעט מאוד מהם נמצאים באזור המגורים של הכוכבים שלהם. "אז אנחנו באמת לא יודעים עדיין, עם הידע שלנו, עד כמה מערכת השמש שלנו ייחודית ועד כמה כדור הארץ ייחודי."

השאלה האולטימטיבית

הקשר הזה בין גילוי כוכבי לכת וחיפוש אחר חיים מניע הן את המדענים העובדים על הפרויקטים הללו והן את התיאבון של הציבור ללמוד על עולמות רחוקים. אי אפשר לשמוע על כוכבי לכת מוזרים ולא לדמיין איך זה יהיה לחיות במקומות המוזרים האלה.

"כוכבי לכת אקזו-כוכבים מרתקים, ולו משום שקל להבין אותם", אמר אייזק. "אנחנו חיים על כוכב לכת. השאלה אם אנחנו לבד היא שאלה עמוקה - פילוסופית, פיזית, פסיכולוגית - זו שאלה מרתקת ואפשר להבין אותה בקלות. חיפוש וחקר כוכבי לכת חיצוניים הם צעדים לקראת השאלה האם אנחנו לבד... עם CHEOPS, אנחנו לא הולכים למצוא חיים. לא נסיים את המשימה באומרו שגילינו גברים ירוקים קטנים על פלנט X. אבל מה שנעשה זה לתרום לתהליך שבו תוכל לעשות זאת בטווח הארוך יותר".

גם אם החיפוש אחר החיים לא יעלה דבר, זה עדיין יהיה ממצא עמוק. והחיפוש עצמו יכול לדרבן חקירה מדעית והתבוננות מעמיקה על מקומנו ביקום.

"אני חושב שכולנו מחפשים משמעות", אמר גאודי. "אם יכולנו איכשהו לקבל מושג אם חיים, אפילו חיים פשוטים, התעוררו על כוכב אחר, ללא תלות מהחיים על פני כדור הארץ - או אם לא ואנחנו בודדים מבחינה קוסמית - לכל אחד מהם תהיה השפעה עמוקה מאוד על ההשקפה שלנו על עצמנו ועל מקומנו עוֹלָם. המשמעות הזו היא שמניעה אותי באופן אישי ללמוד את החיפוש אחר יכולת מגורים ופוטנציאל חיים."