על כוכבי לכת מחוץ למערכת השמש

כתב דוד פולישוק

כוכבי לכת המקיפים כוכבים רחוקים מכונים בלעז Extrasolar Planets או Exoplanets. מכיוון שהתצפית הישירה בהם היא קשה למדי, החלו האסטרונומים לזהות כוכבי לכת מחוץ למערכת השמש רק לקראת סוף המאה ה-20 כשתמונה ישירה ראשונה התקבלה רק ב-2008. כוכבי הלכת שהתגלו עד היום חושפים מערכות שמש השונות בתכונותיהן ממערכת השמש שלנו ומכילות ענקים גזיים במרחק קרוב מאד מהכוכבים אותם הם מקיפים. עד דצמבר 2009 התגלו למעלה מ-400 Exoplanets אך טרם נמצא כוכב לכת הדומה בתכונותיו הפיסיקליות ובתנאים שעל פניו לכדור הארץ.

היסטוריה

כבר היוונים הקדמונים העלו השערות בדבר קיומם של כוכבי לכת מחוץ למערכת השמש (Extarsolar planets) על-אף שלא ניתן היה לצפות בהם. הנזיר והמלומד הקתולי ג'ורדנו ברונו הסיק כי כפי שכדור הארץ מקיף את השמש, וכוכבי הרקיע הם גופים כמו השמש, כך גם סביבם נעים כוכבי לכת לאין שיעור. אם זאת, האסטרונומים לא הצליחו להבחין בכוכבי לכת המקיפים כוכבים רחוקים גם בעזרת טלסקופים מודרניים מפני שיחס הבהירויות בין כוכב לכוכב הלכת שלו ויחס המרחקים בין כדור הארץ לכוכב ובין הכוכב לכוכב הלכת הם עצומים (יחס מינימלי של כ-1 למיליון). על-כן, במשך שנים רבות נחשב גילוי של כוכב לכת מחוץ למערכת השמש בלתי אפשרי מבחינה טכנית.

שיטות גילוי

בשנות ה-80 של המאה ה-20, החלו אסטרונומים לחפש כוכבי לכת מחוץ למערכת השמש באופן עקיף. כלומר, גם אם הבהירות של כוכבי הלכת לא נמדדת ישירות, השפעתם על תנועת הכוכב אותו הם סובבים או על בהירותו יכולה להמדד בצורה עקיפה. שיטות לגילוי כוכבי לכת כאלו כוללות:

· מדידת מהירות ראדיאלית של הכוכב ע"י תצפית בספקטרום שלו וזיהוי אפקט דופלר.

· מדידת ליקוי כאשר אור הכוכב מוסתר ע"י כוכב הלכת.

· מדידת תבנית הסטת האור במקרה של מיקרו-עידוש כבידתי כאשר כוכב עם כוכבי לכת עובר בינינו לכוכב מרוחק יותר.

· אסטרומטריה.

· תיזמון פולסארים.

· תצפיות ישירות בתחום קרינה תת-אדומה שבה יחס הבהירויות בין הכוכב לכוכב הלכת נמוך יותר מאשר בתחום האור הנראה.

· תצפיות ישירות.

בכדי לשפר את יכולת הגילוי ולזהות כוכבי לכת בסגנון ארץ המשך החיפוש נעשה בעזרת טלסקופי חלל יעודיים, שאיכות המדידה שלהן איננה מופרעת מהאטמוספרה הארצית. טלסקופי חלל דוגמת קורו (COROT) הצרפתית וקפלר (Kepler) האמריקאית, דוגמות שדות תצפית בודדים אך רחבים במשך זמן רב ומחפשות אחר ליקויים בבהירות הכוכבים הרבים שבשדה. טלסקופי חלל נוספים נמצאים בשלבי תכנון ופיתוח וביניהם יהיו כאלו שיוכלו לצלם את כוכבי הלכת באופן ישיר בעזרת אינטרפרומטריה ולגלות כוכבי לכת הדומים בגודלם ומסתם לכדור-הארץ ונעים במסלול מרוחק מהשמש היכן שמים ימצאו כנוזל.

תכונות מסלוליות ופיסיקליות

החל משנת 1995, עת התגלה כוכב הלכת הראשון, הסובב סביב הכוכב 51 Pegasi, מתגלים עשרות רבות של כוכבי לכת כל שנה, ומספרם עומד כעת (סוף 2009) על למעלה מ-400. רוב כוכבי הלכת שמתגלים הם ענקים גזיים הדומים בגודלם ומסתם לצדק ושבתאי. המפתיע הוא שכוכבי לכת ענקיים אלו מתגלים במסלולים קרובים מאד לכוכב האם שלהם, במרחק קצר בהרבה ממרחקו של כוכב חמה מהשמש שלנו. בעקבות כך הטמפרטורות על פניהם גבוהה מאד ועל-כן הם מכונים ענקים חמים (Hot Jupiters). תגלית זו סותרת את המודל הנוכחי של יצירת כוכבי לכת המתאר את יצירתם של ענקים גזיים במרחק רב מהכוכב, היכן שטמפרטורות נמוכות מקפיאות אדי מים לקרח (מעבר ל snow line). בעקבות כך, עודכנו המודלים וההערכה כיום היא שענקים גזיים נוצרים אמנם מעבר ל snow line אך הם "נודדים" (Imigrration) אל תוך מערכת השמש הפנימית. מודל זה עדיין דורש הוכחה תצפיתית.

ככל שהטכנולוגיה ושיטות הגילוי משתפרות, כך מגלים האסטרונומים כוכבי לכת קטנים יותר. כיום מוכרים כוכבי לכת שמבחינת גודלם ומסתם הם "תאומי-שבתאי" ו-"תאומי-נפטון". החל משנת 2005 החלו להתגלות כוכבי לכת מסוג סופר-ארץ (Super-Earth) שמסתם גדולה ממסת כדור-הארץ (עד פי 10). כוכבי לכת אלו הינם מהסוג הארצי ומורכבים מסיליקטים וברזל, אם כי ייתכן והאטמוספרה שלהם עבה משמעותית ביחס לכוכבי הלכת הארציים במערכת השמש שלנו. כוכבי הלכת Gliese 876 d ו- COROT-7b הינם דוגמאות לכוכבי לכת מסוג סופר-ארץ. יש לציין שהתנאים הפיסיקלים על סופר-ארץ אינם בהכרח תואמים לתנאים על כדור הארץ - כל כוכבי לכת מסוג זה שהתגלו עד היום נעים במסלולים הקרובים מאד לכוכבים שלהם והטמפרטורות עליהם מגיעות למאות מעלות.

חלק מהגילויים של כוכבי לכת מחוץ למערכת השמש חשפו גם מערכות מרובות בכוכבי לכת. מערכות כאלו מתגלות ע"י זיהוי של מחזורים שונים הנמדדים בהתאם לשיטת התצפית. למשל, את הכוכב 55 Cancri מקיפים חמישה כוכבי לכת הדומים בגודלם לצדק ולנפטון. זוהי מערכת כוכבי הלכת הגדולה ביותר המוכרת לנו כיום, מלבד מערכת השמש שלנו. ניתן להניח כי כוכבי לכת נוספים, קטנים יותר ו/או רחוקים יותר, מקיפים את הכוכבים אך הללו טרם נמצאו בגלל מגבלות טכניות.

מחקר בישראל

באוניברסיטת ת"א פועלים מספר חוקרים השותפים לגילויים של כוכבי לכת מחוץ למערכת השמש ובהם פרופסור צבי מאז"ה, פרופסור שי צוקר, פרופסור דן מעוז, ד"ר שי כספי, אבי שפורר (כיום באוניברסיטת קליפורניה סנטה ברברה), אביב אופיר ויפעת דז'יגן. החוקרים בת"א מתמקצעים בשיטות של ליקויים ומיקרו-עידוש כבידתי. להלן קישורים למספר מאמרים שחוקרים אלו היו שותפים להם:

עדות מרשיעה לכוכב לכת סלעי: טקסט בעברית.

ולמאמר עצמו:

Léger et al., 2009. Transiting exoplanets from the CoRoT space mission. VIII. CoRoT-7b: the first super-Earth with measured radius.

גילוי של מערכת שמש עם דמויי "צדק" ו-"שבתאי": טקסט בעברית.

ולמאמר עצמו:

Gaudi et al., 2008. Discovery of a Jupiter/Saturn Analog with Gravitational Microlensing. Science 319, pp. 927-930.

ולעוד מאמרים:

Mazeh et al., 2000. The Spectroscopic Orbit of the Planetary Companion Transiting HD 209458.

Kovács, Zucker and Mazeh, 2002. A box-fitting algorithm in the search for periodic transits.

Shporer et al., 2009. HAT-P-9b: A Low-Density Planet Transiting a Moderately Faint F Star.

Tamuz, Mazeh and Zucker, 2005. Correcting systematic effects in a large set of photometric light curves.

Gillon et al., 2007. Detection of transits of the nearby hot Neptune GJ 436 b.

Gould et al., 2010. Frequency of Solar-Like Systems and of Ice and Gas Giants Beyond the Snow Line from High-Magnification Microlensing Events in 2005-2008.