ההיסטוריה של חיפוש וגילוי האסטרואידים

כתב: דוד פולישוק, אוניברסיטת ת"א.

חוק טיטיוס בודה והמשטרה השמימית

אחד הגילויים האסטרונומים המרתקים של הזמן החדש היה גילויו של כוכב לכת חדש – אורנוס – שנצפה לראשונה ע"י ויליאם הרשל ב-1781. מלבד העובדה שכוכב לכת חדש לא התגלה זה אלפי שנים, למציאתו של אורנוס הייתה חשיבות נוספת: אישושו של חוק טיטיוס-בודה. חוק מתמטי זה, שהוגדר ונוסח על-ידי יוהן טיטיוס ויוהן אלרט בודה מספר שנים מוקדם יותר, ניבא את מרחקיהם של ששת כוכבי הלכת הידועים עד אז באמצעות משוואה פשוטה: d_n = 0.4 + 0.3*2ⁿ

כאשר d_n הוא מרחקה של הפלנטה מהשמש ביחידות אסטרונומיות, ואילו n הוא סדרת המספרים ∞-, 0, 1,... וכו'. כאשר כוכבי הלכת מצוינים ע"י הסדרה n לפי סדר מרחקם מהשמש מתקבלת התוצאה הבאה, המתוארת בטבלה מס' 4:

פלנטה	n	dn [י"א]	מרחק אמיתי [י"א]
כוכב חמה	∞-	0.4	0.39
נגה	0	0.7	0.72
כדור הארץ	1	1.0	1.0
מאדים	2	1.6	1.52
צדק	4	5.2	5.2
שבתאי	5	10.0	9.54

לאחר שנמדד מרחקו של אורנוס מהשמש התברר שגם הוא מקיים את חוק טיטיוס-בודה. בעוד מרחקו האמיתי הינו 19.19 י"א מרחקו הצפוי לפי הנוסחה עומד על 19.6 י"א, כאשר ערך ה-n שלו עומד על 6. בעקבות תוצאה יפה זו, ושבירת הקונספציה שאין בנמצא כוכבי לכת חדשים, יכלו האסטרונומים של התקופה למלא את החסך המרכזי בטבלה של n=3, ולהציע אפשרות לקיומו של כוכב לכת לא ידוע נוסף במרחק צפוי של 2.8 י"א מהשמש. תוכנית פעולה למציאת כוכב הלכת ההיפותטי נהגתה בעיר ליליאנתל (Lilienthal) ע"י 6 אסטרונומים גרמנים בהנהגתו של הברון פרנץ' אקסווייר. אל הקבוצה, שכינתה עצמה "משטרת השמים", הצטרפו 18 אסטרונומים למה שנהיה שיתוף הפעולה התצפיתי הבינלאומי הראשון בהיסטוריה. כל אחד מ-24 השותפים קיבל לידיו אזור אחד בשמים הצמוד למישור המילקה, והיה אמור, בעזרת הטלסקופ, לחפש אחר כוכבים חדשים שתנועתם מהירה הרבה יותר מתנועתם של שאר גרמי השמים. הפרויקט של משטרת השמים יצא לדרך אבל המזל האיר פנים דווקא לאסטרונום חובב מסיציליה, המתמטיקאי ג'וזפה פיאזי. בערב האחד בינואר 1801, עסק פיאזי בעידכון קטלוג כוכבים בעזרת טלסקופ 5 האינץ' שבמצפה הכוכבים שבפלרמו וזיהה גוף חדש שלא היה מוכר קודם לכן. אבל ההפתעה האמיתית הייתה בימים הבאים כאשר לפיאזי התברר שהגוף החדש נע במהירות יחסית לשאר הכוכבים. בתחילה חשב פיאזי שהוא זיהה שביט חדש אבל "...מכיוון שהוא איננו מלווה בעננה [נבולה] ומעבר לכך, מכיוון שמהירותו קטנה [יחסית לשביט] וקבועה למדי, עלה בדעתי מספר פעמים שייתכן ומדובר במשהו טוב יותר משביט." מתוך מדידותיו של פיאזי נמצא כי מרחקו של הגוף אל השמש הינו 2.77 י"א – מספר קרוב ביותר ל-2.8 י"א – שהוא התוצאה של חוק טיטיוס-בודה עבור n=3. הנה כי כן, נמצאה האבדה וכוכב לכת חדש התגלה לאנושות. פיאזי כינה אותו קרס (Ceres) על שמה של אלת הפריון והפטרונית של סיציליה ודומה היה שהבעיה בחוק טיטיוס-בודה נפתרה סופית.

פיאזי עקב אחר הגוף המסתורי עד אמצע פברואר, אז נפל למשכב, והכוכב החדש נעלם מעיניהם של האסטרונומים. אבל, בעוד החוקרים ניסו לגלות את קרס מחדש נמצאו גופים נוספים: פאלאס (Pallas) ב-1802, ג'ונו (Juno) ב-1804 ווסטה (Vesta) ב-1807. העובדה המפתיעה עבור שלושת הגופים הללו הייתה שמרחקם הממוצע מן השמש דומה מאד לזה של קרס. כלומר ארבעה כוכבי לכת חדשים הם בעלי מסלולים הקרובים זה לזה ומצוינים ב-n=3 בחוק טיטיוס-בודה, עובדה המקשה על הגדרתם ככוכבי לכת. מכיוון שבתצפיות באותה התקופה הם נראו כגופים נקודתיים כמו הכוכבים ולא כגופים דיסקתיים דוגמת הפלנטות, כינה אותם ויליאם הרשל כוכבים קטנים, ובלטינית: אסטרואידים.

ג'וזף פיאזי מצביע על קרס (Ceres)

שיטות גילוי חדשות – צילום ומיצמוץ

גילויים של אסטרואידים חדשים נפסק למשך 38 שנים, עקב אי התעניינות בנושא, ומחסור בטלסקופים גדולים מספיק כדי לזהות את האסטרואידים החיוורים. רק ב-1845 גילה האסטרונום קארל הנקה (Karl Hencke) אסטרואיד נוסף, לאחר 15 שנים של חיפושים, ומאז ואילך התגלו אסטרואידים נוספים בקצב הולך וגובר. התקדמות בטכנולוגיה התצפיתית שכללה שימוש במצלמות הביאה לעלייה משמעותית במציאתם של גופים חדשים. ב-1891 החל האסטרונום הגרמני מקס וולף (Max F. Wolf) לחפש אסטרואידים בתמונות שצולמו בזמן חשיפה ארוך. האסטרואידים נראו בתמונות אלו כשובלים של אור, כך שמציאתם של הגופים הייתה קלה מתמיד. שיטתו של וולף, שהיה פורץ דרך בתחום הצילום האסטרונומי, הכניסה משב רוח מרענן לחקר האסטרואידים. הוא עצמו גילה 248 גופים חדשים, כאשר רק כ-320 אסטרואידים היו ידועים עד לתקופתו.

שיטה נוספת לגילוי פלנטות קטנות בה נעשה שימוש רב במאה העשרים הייתה שיטת המצמוץ (Blinking). בשיטה זו משתמשים בשתי תמונות או יותר של אותו השדה, שצולמו בהפרש זמן של כשעה, ומחליפים ביניהן במהירות כך שנוצרת אשליה של סרט. אסטרואיד או שביט המופעים בשדה בזמן התצפית נראים כנעים על רקע תמונת הכוכבים הקבועה וגילוים נעשה פשוט למדי. בדרך זו נמצאו אלפי פלנטות קטנות חדשות לאורך המאה העשרים. עם תחילת השימוש במצלמות CCD ובמחשבים, טכניקות המצמוץ נעשו פשוטות יותר לצייד האסטרואידים ולא הצריכו ציוד מכני מיושן.

Blinker המשמש לגילוי אסטרואידים ע"י שיטת המיצמוץ.

מכשיר ישן זה, שכבר איננו בשימוש, נמצא במצפה הכוכבים אבאצומאני בגאורגיה.

כיום – המצפים האוטומטיים

המודעות לסכנה של פגיעת פלנטה קטנה בכדור-הארץ הביאה מדענים לערוך סקרי שמים מקיפים על מנת לזהות ולמפות אסטרואידים ושביטים קרובי ארץ ולנטר את סכנתם הפוטנציאלית. לשם כך החל השימוש במצפים אוטומטיים ב-1998. מצפים אלו מזהים תנועה של גופים חדשים בסדרת תמונות מאותו השדה בעזרת תוכנת מחשב, כאשר למעשה מדובר בשיטת המצמוץ ללא הצורך בעיניים אנושיות. מצפי הכוכבים האוטומטיים מיועדים אך ורק למציאת פלנטות קטנות וכך שאין פלא שבשנים בודדות הם העלו את מספר האסטרואידים הידועים מאלפים בודדים ליותר מכ-200,000 גופים, מספר הממשיך לגדול במהירות. סקר שמים בולט בתחום זה הינו LINEAR (השייך למעבדות לינקולן שבניו-מקסיקו), שזיהה עד כה מעל ל-50,000 אסטרואידים שונים. סקר אוטומטי זה משתמש בשני טלסקופים עם מראות בקוטר של מטר אחד ועוד טלסקופ עם מראה בקוטר של חצי מטר לצורך תצפיות מעקב. הגלאים בהם נעשה שימוש הם גדולים יחסית (2000x2500 פיקסלים), ומאפשרים צילום של שתי מעלות רבועות. זמן הקריאה המהיר של הגלאים מאפשר תצפית בשדות רבים כך שניתן לכסות מספר פעמים את כל השמים הנראים מניו-מקסיקו בתקופה קצרה. סקרים חשובים נוספים האחראים על אלפי גילויים אחרים הינם LONEOS במצפה הכוכבים ע"ש לוול שבאריזונה, NEAT של JPL, סקר השמים של קטלינה (שמשתמש בטלסקופים באריזונה, שבדיה ואוסטרליה), והמצפה האירופי הדרומי שבלה-סייה (La-Silla), צ'ילה. גם אסטרונומים חובבים רבים משתתפים בחיפוש וגילוי של אסטרואידים בעזרת מערכות ביתיות, אוטומטיות ומתוחכמות. במצפה הכוכבים ע"ש וייז של אוניברסיטת ת"א נערך סקר שמים (TAVAS – Tel Aviv Variables Astronomical Survey ) שזיהה גם הוא אסטרואידים חדשים רבים.