כמו צדק, אבל חם

צדק הוא כוכב הלכת הגדול ביותר במערכת השמש שלנו. הרדיוס שלו גדול פי 11 מזה של כדור הארץ, והוא כבד ממנו פי 318. צדק מסתובב סביב השמש במרחק ממוצע של 780 מיליון קילומטר, ומקיף אותה אחת ל-12 שנים.

צדק הוא כוכב לכת שונה לחלוטין מכדור הארץ. העולם שלנו הוא גוף סלעי ברובו, עם שכבה דקה של אטמוספרה. צדק, לעומת זאת, הוא ענק גז - רוב החומר שלו, בעיקר מימן והליום, נמצא במצב צבירה גזי. נכון להיום איננו יודעים בוודאות אם יש לו ליבה מוצקה: רוב המודלים טוענים שכן, ונתונים שאספה בשנים האחרונות החללית ג'ונו (Juno) על השדה הכבידתי של צדק תומכים בהשערה זו.

כוכבי לכת דמויי צדק נמצאים גם במערכות שמש אחרות. בעשרים השנים האחרונות, עם השתכללות הטלסקופים, המחשבים ושיטות הגילוי, חוקרים מוצאים עוד ועוד כוכבי לכת סביב כוכבים אחרים. בחלקן אנו מוצאים ענקי גז, ולא פעם מדובר בענקי גז מסוג שלא קיים במערכת שלנו – כוכבי לכת שמכונים "צדק חם".

צדק חם הוא ענק גז הדומה מאוד לצדק, פרט לכך שהוא מסתובב קרוב מאוד לשמש שלו ועושה זאת במהירות עצומה. כוכב הלכת הקרוב ביותר לכוכב שלו שהתגלה עד כה נצפה במרחק של 1.5 מיליון קילומטר בלבד מהכוכב, כלומר רק מאית מהמרחק של כדור הארץ מהשמש. כדי שכוכב לכת יוגדר "צדק חם" עליו להקיף את הכוכב שלו בפחות מעשרה ימים, ויש אף כאלה שמסיימים הקפה תוך שעות ספורות.

המהירות והליקוי

יש כמה שיטות לגילוי כוכבי לכת מחוץ למערכת השמש (אקסופלנטות), כאשר למציאת צדק חם משתמשים לרוב בשתיים מהן. הראשונה היא שיטת "המהירות הרדיאלית". מאחר שענקי גז כל כך כבדים, הם לא רק מסתובבים סביב השמש שלהם אלא גורמים גם לה להסתובב סביב נקודת מרכז המסה, שבמקרה זה תהיה רחוקה ממרכז השמש. באמצעות אפקט דופלר, שמבטא את האופן שבו מהירותו של גוף ביחס אלינו משפיעה על צבעו, אפשר למדוד את מהירות הכוכב סביב אותה נקודת מרכז המסה ולהסיק מכך לא רק את קיומו של כוכב הלכת, אלא גם את זמן המחזור שלו. כמו כן אפשר לחשב כך את הגבול התחתון למסה של כוכב הלכת, כלומר, לדעת שמסתו עולה על ערך מסוים, וכנראה לא בהרבה.

בשיטה הזאת גילו האסטרונומים השוויצרים מישל מַאיוֹר (Mayor) ודידייה קֶלו (Queloz), בשנת 1995, את הצדק החם הראשון. זה היה ענק גז הסובב את הכוכב 51 פגסי (51 Pegasi) ונמצא במרחק של 50 שנות אור מאיתנו.

השיטה השנייה היא שיטת הליקוי (Transit), שבה עוקבים לאורך זמן אחרי הבהירות של הכוכב, כלומר עוצמת הקרינה שלו. כשכוכב לכת חולף על פני הכוכב שלו הוא מסתיר חלק מהאור, וכך מסגיר את קיומו. מכיוון שצדק חם הוא כוכב לכת ענק שנמצא קרוב מאוד לשמש שלו וחולף על פניה לעתים קרובות, קל לזהות את הליקוי שהוא עושה, ואכן זאת השיטה הנפוצה ביותר לגילוי צדקים חמים.

שיר על גילוי הצדק החם הראשון, 51 פגסי בי, ואקסופלנטות נוספות:

מודלים חדשים

גילוים של ענקי הגז החמים קרא תיגר על המודלים המקובלים להיווצרות מערכות שמש. לפי המודלים האלה כוכבי הלכת הגזיים נוצרים רחוק מהכוכב, בעוד כוכבי הלכת הסלעיים כמו כדור הארץ נוצרים קרוב אליו. הטענה הייתה שזה קורה מפני שמולקולות הגז קלות יותר והרוח הסולרית הנפלטת מהכוכב מעיפה אותם רחוק יותר.

איך, אם כך, נוצר צדק חם? לפי התיאוריות הקיימות, יש שתי דרכים אפשריות. הראשונה היא שכוכב הלכת נוצר במקומו. הוא התחיל את דרכו ככוכב לכת סלעי כבד מאוד – מעין סופר-ארץ, שמסתו גדולה פי עשרה ויותר מעולמנו. המסה הגבוהה הזאת אפשרה לו לצבור גז באמצעות כוח המשיכה החזק שלו ולהפוך לענק גז. אף שאכן נצפו כוכבי לכת מסוג סופר-ארץ, יש בתיאוריה הזאת בעיות. העיקרית שבהן היא העובדה שלא ברור אם יש מספיק גז קרוב כל כך לכוכב, ואם הגז נמצא באזור הזה למשך זמן ארוך מספיק בשביל להצטבר סביב כוכב הלכת, ולא מתפזר במערכת השמש.

האפשרות השנייה היא שצדק חם נוצר כענק גז רגיל הרחק מהכוכב, אך נדד קרוב אליו עד שהתייצב במסלולו הנוכחי. כדי להבין איך זה עשוי לקרות, עלינו להסתכל על יצירתה של המערכת כולה. מערכת שמש נוצרת כשענן גז ואבק מתחיל לקרוס לתוך עצמו. ראשית נוצר הכוכב, שמרכז בתוכו את רוב המסה במערכת, והחומר שנותר מקיף אותו. מהחומר הזה נוצר תוך כמה מיליוני שנים ענק גז, במסלול רחוק מהכוכב כפי שמנבאים המודלים. אך יחסי גומלין בין כוחות המשיכה של ענק הגז ושאר החומר שעדיין מקיף את הכוכב עלולים להסיט את ענק הגז ממסלולו ולקרב אותו אל השמש.

סיבה נוספת לנדידה היא כשצדק חם נוצר הרחק מהכוכב וחג במסלול אליפטי מאוד, כלומר בקצה אחד של המסלול הוא נמצא רחוק מאוד מהכוכב ובקצה השני הוא קרוב אליו מאוד. כשהוא חולף ליד הכוכב מופעלים עליו כוחות גאות חזקים, שעשויים לגרום לו לאבד אנרגיה ולהישאר במסלול קרוב לכוכב. דוגמה לצדק חם כזה הוא כוכב הלכת HD80606b, הנע במסלול עם אליפטיות גבוהה מאוד של 0.93 – אליפטיות נמדדת בין 0 ל-1, כש-0 זה מסלול מעגלי ו-1 הוא מסלול מאורך עד כדי כך שהוא דומה לקו ישר. האליפטיות של כדור הארץ, למשל, היא 0.01.

ענני טיטניום

לא תופתעו לשמוע שמזג האוויר על צדק חם הוא קיצוני מאוד. צדק חם נעול גאותית לכוכב, כלומר אותו צד של כוכב הלכת תמיד פונה לעבר השמש שלו, כפי שהירח שלנו מפנה תמיד את אותו צד לעבר כדור הארץ. טווח הטמפרטורות של הצדקים החמים מושפע מכמה גורמים, ובהם המרחק מהכוכב, רדיוס כוכב הלכת ועוד, אך בכולם הטמפרטורות נעות בין כמה מאות מעלות צלזיוס לכמה אלפי מעלות. מכיוון שהצד הקרוב לכוכב מקבל הרבה יותר חום, נוצר הפרש טמפרטורות גדול בין שני הצדדים, שמתבטא ברוחות עזות במיוחד. על צדק חם HAT-P-2b, למשל, הרוחות יכולות להגיע למהירות של אלפי קילומטר לשנייה.

איך נראות האטמוספירות של צדקים חמים? את צדק שלנו מאפיינים כמה זרמי סילון, וסופת הוריקן שגודלה עולה על זה של כדור הארץ כולו ונמשכת כבר מאות שנים - אותו "כתם אדום גדול" מפורסם. סביר להניח שבצדק חם מספר זרמי הסילון יהיה קטן יותר, אך הזרמים עצמם יהיו הרבה יותר רחבים ועזים. סופת ההוריקן שעשויה להיווצר שם תהיה הרבה יותר חזקה, ואולי אפילו יווצרו כמה כאלה בעת ובעונה אחת.

גם העננים בכוכב לכת כזה יהיו שונים, שכן הטמפרטורות גבוהות מדי להתגבשות של אדי מים לעננים כמו בכדור הארץ. במקום זאת הטמפרטורות הלוהטות גורמות לסלעים ומתכות להימצא במצב צבירה נוזלי או גזי, וחלקם מהחומרים האלו, שאנו רגילים לראותם כמוצקים, ייצרו עננים.

מחקר שפרסמה ויויאן פרמנטיר (Parmentier) בשנת 2016 הראה שהעננים בצדק חם יכולים להיות מורכבים מצורן (המרכיב העיקרי בחול), ממנגן גופרתי או מטיטניום חמצני. למסקנה זו היא הגיעה מתצפיות בעקומות אור של צדקים חמים.

הגילוי של צדקים חמים עורר את הקהילה המדעית לשקול מחדש את מה שידוע לנו על היווצרות מערכות שמש והתפתחותן. מעניין לחשוב איזה עוד סוגים של כוכבי לכת נגלה בעתיד, שיפתיעו אותנו ויערערו מחדש את הידע שלנו. בינתיים, התצפיות על מערכות שמש נוספות נמשכות בלי הפוגה ואיתן גילויים של צדקים חמים חדשים.