כוכבי הלכת החוץ-שמשיים רחוקים מאוד ואיננו יודעים עליהם כמעט דבר. חלק מהתשובות עשויות להימצא דווקא בשכננו הקרוב ביותר – נוגה

בקיצור

  • תנאי הפתיחה של נוגה וכדור הארץ היו דומים למדי, אך בשלב מסוים פנה כל אחד מהם לדרך אחרת.
  • בכדור הארץ התפתחו אוקיינוסים ואטמוספרה. פני השטח של נוגה, לעומת זאת, נעשו עוינים לחיים. אך עדיין יש בו פעילות געשית ורמזים לקיומה של טקטוניקת לוחות בראשית דרכה.
  • אם נגלה מדוע נוגה התפתח כפי שהתפתח, נדע יותר על האפשרויות לקיומם של חיים בכוכבי הלכת הרבים הדומים לנוגה, שחגים סביב שמשות אחרות. לשם כך נחוצה משימת מחקר חדשה בנוגה.

במחלקה למדעים פלנטריים במכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס ב-1982 כולם דיברו על נושא אחד בלבד: ביטול משימת הדגל האחרונה של נאס"א, "מכ"ם הדמיה מקיף נוגה" (Venus Orbital Imaging Radar, או VOIR). אחת ממחברות הכתבה שאתם קוראים עתה (דייאר) למדה שם אז לתואר שני (שני האחרים עדיין למדו לתואר הראשון או היו בבית הספר היסודי). סטודנטים התייפחו בלי מעצורים במסדרונות, וחברי הסגל הוותיקים ספקו את כפיהם. ממשל רייגן שזה עתה נבחר קיצץ לעומק את תקציבי חקר החלל, ואחת הקורבנות הייתה משימת VOIR.

אך לא חלף זמן רב והמדענים רקמו תוכנית לחללית במחיר מציאה (680 מיליון דולר) העשויה משאריות של חומרה, והצילו את המשימה ברגע האחרון. ב-1989 שוגרה המקפת "מגלן" למשימת מיפוי נוגה, וב-1990 היא חגה כבר במסלול סביבו. בחמש השנים הבאות שלחה המקפת לכדור הארץ תמונות מכ"ם של כמעט כל נוגה וכן נתוני כבידה ומפה טופוגרפית של כוכב הלכת השני מהשמש.

זאת הייתה המשימה האחרונה בשורה ארוכה של משימות סובייטיות ואמריקאיות לכוכב הלכת השכן. מרגע ששרידיה של מגלן התרסקו על נוגה ב-1994, בא הקץ גם להשתתפות של נאס"א בשיגור חלליות לנוגה. מאז ועד היום הגישו מדענים יותר מ-25 הצעות למשימות נוספות לנוגה, ואף שחלקן זכו לשבחים מוועדות ההערכה, אף אחת לא אושרה. הנתונים שאספה מגלן לפני עשרות שנםי נותרו עד עצם היום הזה הבסיס העיקרי לחקר נוגה.

אך חוקרי כוכבי לכת אינם מרימים ידיים, ומלאכת חשיפת סודותיו של נוגה המשיכה להתקדם. מאז מגלן שיגרו בהצלחה סוכנות החלל האירופית ומקבילתה היפנית חלליות לנוגה שהביאו לפריצות דרך בהבנת האטמוספרה שלו. בינתיים שכתבו המדענים את ספרי הלימוד על כוכב הלכת השכן על סמך ניתוחים חדשים של נתוני מגלן. כיום אנו סבורים שהרי געש הם תופעה נפוצה מאוד בנוגה, ואפילו מצאנו רמזים לראשיתה של טקטוניקת לוחות, שהיא לדעת המדענים תנאי חיוני להתאמתו של כוכב לכת לחיים. מודלים תיאורטיים חדשים רומזים גם שאולי היו מים במצב צבירה נוזלי על פני נוגה עד לשלב די מאוחר בתולדותיו – כלומר ייתכן שהוא הסביר פנים לחיים למשך תקופה הרבה יותר ארוכה מכפי שחשבנו עד כה.

ענני חומצה גופרתית באטמוספרה. על בסיס נתוני החללית אקצוקי | מקור: JAZA, ISAS, DARTS ו-DAMIA BOUIC

הגילויים הללו חופפים להתפתחות מדהימה נוספת בחקר האסטרונומיה: גילוי אלפי כוכבי לכת חוץ-שמשיים, רבים מהם בערך באותו גודל ובאותו מרחק מהכוכב שלהם כמו נוגה. מה שנגלה על כוכב הלכת השכן עשוי ללמד אותנו על העולמות הרחוקים והלא נגישים האלה. בפרט, אם נצליח להבין אם נוגה היה כשיר לקיים חיים ומתי זה קרה, נדע יותר על הסיכוי למצוא חיים בשלל הגופים דמויי נוגה בגלקסיית שביל החלב.

דגם לעולמות אחרים

רוב כוכבי הלכת החוץ-שמשיים הידועים לנו התגלו בשיטת המעבר (transit method), המתבססת על חיפוש אחרי שינויים בבהירות של כוכבים, שעשויים להעיד על כוכבי לכת המקיפים אותם וחולפים מדי פעם בינם לבין כדור הארץ. בעזרת הטכניקה הזאת אפשר למדוד את גודל כוכב הלכת, אך לא יותר מזה. אם חייזר מכוכב אחר צופה עכשיו במערכת השמש שלנו באמצעות שיטת המעבר, נוגה וכדור הארץ ייראו לו כמעט זהים, אף על פי שנוגה עוין לחיים ואילו הכדור הארץ קיימים חיים כבר ארבעה מיליארדי שנים.

נוכל למצוא הבדלים בין כוכבי לכת באותו גודל אם נמדוד את המרחקים בינם לבין הכוכבים שלהם. "האזור הראוי לחיים" הוא תחום סביב כוכב שבו כוכבי לכת סלעיים יכולים להכיל מים במצב צבירה נוזלי על פני השטח שלהם. כדור הארץ נמצא כמובן באזור הזה. אנחנו סבורים שגם נוגה שכן פעם באזור הזה – אולי למשך תקופה ארוכה. אך מאחר שעוצמת האור של השמש התחזקה עם השנים, גבולות האזור הראוי לחיים נדדו בהדרגה החוצה. נוגה נמצא כיום מחוץ לתחום הזה ושוכן במה שמכונה "אזור נוגה", שבו טמפרטורת פני השטח של כוכב לכת גבוהה עד כדי כך שהאטמוספרה שלו תפתח בהכרח אפקט חממה בלתי הפיך שירתיח את מימיו של כל אוקיינוס וינדף אותם.

נוגה וכדור הארץ נוצרו בתנאים דומים מאוד – כולל אלה שהעניקו לכדור הארץ את האוקיינוסים שלו. כוכבי שביט שהתרסקו עליהם סיפקו כנראה מים לפני השטח של נוגה ושל כדור הארץ גם יחד. רוח השמש (חלקיקים טעונים המתפרצים מהשמש) שתלה בוודאי שכבה דקה של יוני מימן על פני השטח שלהם. וכשכדור הארץ ונוגה היו עדיין בתהליכי היווצרות מדיסקת האבק הבראשיתית שהקיפה את השמש, שניהם צברו מימן וחומרים נדיפים אחרים, כימיקלים שרותחים ומתנדפים בקלות. הדמיות של נוגה הבראשיתי מראות שייתכן שמים נוזליים התקיימו על פניו עוד לפני שזה קרה בכדור הארץ ושאולי היו בו מים עד לפני כמיליארד שנה.

גרפיקה: טיפני פראנט-גונזלס

אך העובדה תלויה ועומדת שנוגה עוין מאוד לחיים כיום. מה קרה? האם נוגה מייצג את המצב הסופי שאליו יגיעו כל כוכבי הלכת הראויים לחיים, או שמא זה רק תרחיש אחד מרבים הצפויים בכוכבי לכת בגודל דומה? אלה כמה מהשאלות העיקריות שכדי להשיב עליהן אנחנו רוצים לחזור לנוגה.

אדמה אפופת אדים

אחד הגורמים שמגבילים מאוד את הידע שלנו על נוגה הוא הקושי העצום לראות את פני השטח שלו מבעד לאטמוספרה הסמיכה והרעילה. ענני חומצה גופרתית מסתירים מלמעלה את פני העולם הזה. הלחץ האטמוספרי על פני הקרקע שקול ללחץ המים בעומק של קילומטר מתחת לפני הים בכדור הארץ. אטמוספרת נוגה בגובה הקרקע דחוסה עד כדי כך שמרכיבה העיקרי, פחמן דו-חמצני, נמצא במצב של "זורם סופר-קריטי", שהוא מעין מצב ביניים בין נוזל לגז.

המדענים סבורים שאטמוספרת נוגה דמתה בעבר לזו של כדור הארץ. אך בניגוד לכדור הארץ אין לנוגה של ימינו שדה מגנטי שיכול לבלום את רוח השמש. אנחנו סבורים שבמשך עידנים רבים סילקה רוח השמש את המים מנוגה על ידי פירוקם ליוני מימן וחמצן ופליטתם לחלל. בהיעדר מים על פני השטח שימיסו את הפחמן הדו-חמצני וגזים אחרים שנפלטים בהתמדה ממעמקי כוכב הלכת, הכימיקלים האלה הצטברו באטמוספרה. בשל אפקט החממה של האטמוספרה הזאת, טמפרטורות פני השטח בנוגה גבוהות ביותר מ-400 מעלות בהשוואה לכדור הארץ – חום שעשוי לגרום לסלעים לזהור.

את הנתונים היחידים שיש לנו מפני השטח של נוגה אספו ארבע חלליות וֶנֶרה הסובייטיות שנחתו שם בשנות ה-70 וה-80. הגשושיות האלה שרדו רק דקות ספורות על הקרקע האכזרית של נוגה, אך הספיקו לאסוף ולשגר מדידות גסות של ההרכב הכימי שלו. פרט למדידות האלה, הידע שלנו על הרכב המינרלים של פני הקרקע נשען רק על פרשנויות שנויות במחלוקת של מדידות המכ"ם של מגלן ועל הידע המוגבל שלנו ביחס לתגובות הכימיות הצפויות בין סלעי נוגה לגזים האטמוספריים בתנאים השוררים בו.

אך לאחרונה גילו החוקרים שאפשר למפות את המינרלים על נוגה בעזרת תצפיות מלוויין שחג סביבו, בזכות "חלונות" בספקטרום האלקטרומגנטי, שבהם הפחמן הדו-חמצני באטמוספרה לא בולע את האור הנראה. למרבה המזל החלונות האלה חופפים לאזורים חיוניים לזיהוי המינרלים הפלנטריים הטיפוסיים אוליבין ופירוקסן, כך שייתכן שנצליח לבסוף לזהות את המרכיבים העיקריים של נוגה.

החללית האירופית "ונוס אקספרס", שחגה סביב נוגה בשנים 2014-2006, נעזרה באחד מהחלונות האלה להפקת המפה הראשונה של החום הקורן מפני השטח,- מפה שמכסה חלק ניכר מחצי הכדור הדרומי של נוגה. המפה כוללת מאפיינים של ספקטרום האור – שיאים ושקעים באור ובחום שיכולים לזהות מינרלים באדמה.

ונוס אקספרס מלטפת את האטמוספרה של נוגה | הדמיה: סוכנות החלל האירופית

המפה מזהה גם הרבה נקודות חמות – אזורים שהחום שהם פולטים חם עד כדי כך שההסבר המתבקש הוא פעילות געשית טרייה. הממצא הזה חשוב, שכן הוא מראה שבניגוד לירח, שנדם כבר מזמן, ובניגוד למאדים, שהפעילות הגעשית בו בימינו דלילה לכל היותר, נוגה עדיין פעיל – והתגלית הזאת משליכה על מידת ההתאמה של נוגה לחיים.

טקטוניקת לוחות

בכדור הארץ פעילות געשית מזוהה לרוב עם טקטוניקת הלוחות – התזוזה וההחלקה של פיסות גדולות מקרום כוכב הלכת שאחראיות לרוב המאפיינים הגיאולוגיים של כוכב הלכת שלנו. טקטוניקת הלוחות עומדת גם מאחורי מחזורי האקלים ארוכי הטווח, הנפרשים על פני תקופות של כמאה מיליוני שנה, שאפשרו את הופעת החיים עלי אדמות.

טקטוניקת הלוחות יצרה קרום חדש ברכסי ההרים בלב האוקיינוסים והניחה לשכבות של קרום כדור הארץ לשקוע בתוך המעטפת – שני תהליכים שציננו את חומו הפנימי של כדור הארץ לרמה שאפשרה לחיים להופיע. הטקטוניקה גם שחררה כימיקלים נדיפים כמו מים, פחמן דו-חמצני וגופרית דו-חמצנית ממעמקי כדור הארץ אל האטמוספרה ומִחזרה חומרים נדיפים ששבו אל המעטפת כשלוחות החליקו זה מתחת לזה.

אלמלא הפעילות הגעשית לא היו כמעט מים על פני כדור הארץ ולא היה שום מקום שבו יכלו להופיע חיים. מיחזור החומרים הנדיפים מסייע לשמור על אטמוספרת כדור הארץ, שמילאה תפקיד מכריע בהופעת החיים עלי אדמות. גם היבשות, שמספקות פלטפורמה צפה יציבה מעל פני הים, שמאפשרת לבעלי חיים ימיים להתפתח ביבשה, הם תוצר של טקטוניקת הלוחות. מסיבות אלה ואחרות, השאלה אם לנוגה יש טקטוניקת לוחות – ומדוע יש לו (או אין) טקטוניקת לוחות – היא שאלת מפתח.

בכדור הארץ, הנתונים המוגבלים הקיימים רומזים שטקטוניקת הלוחות נולדה כבר לפני ארבעה מיליארדי שנה, אך השאירה תיעוד דל מאוד. אנחנו לא באמת יודעים איך כוכב לכת הופך מעולם מכוסה בזלת שמכיל כנראה אוקיינוסים, למערכת מורכבת של לוחות שנעים בדפוסים מסובכים.

אחת מההשערות המובילות היא שגושי חומר ממעמקי כדור הארץ, המכונים תימורות (Plumes) פרצו אל פני השטח והציתו תהליך של הפחתה (Subduction) – החלקה של לוח אחד מתחת לאחר. תימורה חמה מחלישה את הליתוספרה (הכוללת את הקרום ואת המעטפת העליונה) ומפלסת את דרכה מעלה, ולבסוף יוצרת סדק (בקע) בפני השטח. הלחץ בראש התימורה יכול ליצור פעילות געשית אלימה, כמו זאת שאפשר לראות בכדור הארץ ובנוגה גם יחד. העומס על הליתוספרה הסדוקה עלול לגרום לשכבה שלה לשקוע ולעורר הפחתה שבמהלכה שכבה אחת של הליתוספרה מחליקה מתחת לרעותה. אם התהליך הזה חוזר על עצמו מספיק פעמים, הלוחות שעברו הפחתה יתחברו. זאת תחילתה של טקטוניקת לוחות.

ייתכן שהתהליך הזה מתרחש בנוגה כיום. הליתוספרה של נוגה בימינו חמימה ודקה – כמו שהיה בכדור הארץ כשטקטוניקת הלוחות נכנסה לפעולה. ויש נתונים שחושפים קווי דמיון משכנעים בין מאפיינים על פני נוגה לאזורי הפחתה ארציים. דוגמה לכך היא קוֹרוֹנת ארטמיס, תצורה מעגלית ליד קו המשווה של נוגה שדומה בקנה המידה שלה ובצורתה לשקע האלאוטי המשתרע מתחת לאוקיינוס לאורך חוף אלסקה. מדענים משערים שמאפיינים כאלה בנוגה מייצגים נקודות שבהן תימורות מהמעטפת עולות אל פני השטח ודוחפות את הקרום עד שהוא נסדק.

יתר על כן, הדמיות מחשב וניסויי מעבדה שנערכו לאחרונה מרמזים שהתימורות האלה יוצרות הפחתה במקומות שבהם הן סודקות את שכבת הקרום העליונה. בפרט, הניסויים מסבירים מדוע נראה שההפחתה מתרחשת רק סביב חלק מהמעגל: כשהליתוספרה השבירה נקרעת במרכזה היא מתפצלת למקטעים, בדומה לדף נייר שנועצים בו עיפרון. כשהליתוספרה שוקעת היא ממשיכה להיקרע וליצור מקטעים. אם המקטעים הללו מתחברים זה לזה, זוהי ראשיתה של טקטוניקת לוחות בנוגה.

מפות של נוגה על פי נתוני ונרה ומגלן. במסגרת: קורונת ארטמיס | מקור: נאס"א, JPL ו-USGS

רזולוציית התמונות שיש ברשותנו לתצורות הללו נמוכה מכדי שנוכל לדעת בוודאות מה הן מתארות. אבל נראה שטקטוניקת הלוחות של נוגה נמצאת כעת בחיתוליה. התצפיות של מגלן אינן מעידות על לוחות מחוברים זה לזה – אנחנו חוזים רק בנקודות מבודדות שבהן מתחילה להתרחש הפחתה, תמיד סביב אחד האזורים המעגליים האלה שבהם תימורות נעות כנראה כלפי מעלה.

כאן מתעוררות שתי שאלות: מדוע לא התפתחה טקטוניקת לוחות מוקדם יותר, ואיך היא תתפתח מעתה והלאה? כשנוגה ימשיך להתקרר עם הזמן, הסדקים הנפערים כעת עשויים להישאר וכך לאפשר לכוכב הלכת הזה לעבור לשלב טקטוניקת הלוחות, כמו שאירע בכדור הארץ. אם נצפה בתחילתה של טקטוניקת לוחות בנוגה, ייתכן שהתהליך הזה – כולל הייצוב האטמוספרי הנלווה אליו – עשוי להיות נפוץ בכוכבי לכת חוץ-שמשיים העומדים להפוך ראויים לחיים.

תצפית משופרת

מעולם לא היו לנו סיבות טובות יותר ליזום משימת מחקר גדולה חדשה בכוכב הלכת השני מהשמש, שזוכה לא פעם להתעלמות. אם יהיו לנו תמונות ומדידות ספקטרום עולמיות ברזולוציה גבוהה נוכל לענות על שאלות חשובות בנוגע לפעילות געשית ואולי טקטוניקת לוחות בנוגה. האם התהליך הזה באמת מתרחש עכשיו? איך קשורה הפעילות על פני השטח למה שמתחולל בלב כוכב הלכת? איך משפיעים התנאים השוררים בנוגה, כמו הטמפרטורה שלו, על הפעילות הטקטונית הזאת? והאם חלק מתצורות פני השטח שאנו רואים, כמו הקמטים שהמדענים מכנים "אבני פסיפס" (Tesserae), הן שרידים מעידן רטוב שהיה שם בעבר?

ב-2019 נאס"א תזמין הצעות לקבוצה החדשה של גשושיות חלל מהסוג הקטן ביותר שלה, המכונה משימות דיסקברי. שתיים מאיתנו, כותבות הכתבה הזאת (סמרקר ודייאר) מקדמות את אחת המשימות המוצעות, שנקראת VERITAS (קיצור של Venus Emissivity, Radio Science, InSAR, Topography, and Spectroscopy), שתוכל למפות את נוגה בפירוט רב יותר מאי-פעם בעבר. היא אמורה לשאת מכשירים, כולל מצלמה וספקטרומטר, שישפרו בכמה סדרי גודל את הרזולוציה הטופוגרפית ויפיקו מפה מורכבת כלל עולמית ראשונה מסוגה של כוכב הלכת. הצעות נוספות למשימות לנוגה נמצאות בשלבי תכנון, וב-2021 נדע כנראה את התוצאות הסופיות.

כמעט שלושים שנה אחרי שמגלן הגיעה לנוגה, דור המדענים ששיגר את המקפת ההיא מזדקן ויוצא לגמלאות. משימה חדשה לנוגה תאפשר למדענים האלה להעביר את הלפיד לדור חדש, שעשוי לעזור לנו לפענח מדוע כוכב הלכת השכן התפתח בצורה שונה כל כך מכדור הארץ. אולי נגלה אפילו מהם התנאים ההכרחיים להופעת חיים.

תרגם: מיכאל אלעזר

פורסם במקור בגיליון פברואר 2019 של Scientific American

לעיון נוסף

  • Was Venus the First Habitable World of Our Solar System? M. J. Way et al. in Geophysical Research Letters, Vol. 43, No. 16, pages 8376–8383; August 28, 2016.
  • Experimental and Observational Evidence for Plume-Induced Subduction on Venus. A. Davaille in Nature Geoscience, Vol. 10, pages 349–355; May 2017.

מהארכיון של סיינטיפיק אמריקן

  • שינוי אקלים גלובלי בנוגה. מרק א' בולוק ודיוויד י' גרינספון; גיליון מרץ 1999.

תגובה אחת

  • בן(מייל של חבר)

    שאלת חובב!

    אם תהיה לנו אפשרות(נניח עוד40שנה)לבנות חללית עם חזית קעורה-בדומה לחללית מוגנת חום ששיגרנו לשמש-שתאסוף אסטרואיד ענק מחגורת האסטרואידים ושהדוף אותו בעזרת פיצוצי טילים מבוקרים ולאחר מכן בעזרת מנועי דחף לכיוון נוגה כך שתגיח מכיוון השמש ותשגר את האסטרואיד(שצבר תאוצה של נניח 30ק"מ בשניה..למסלול שיפגע בזווית שתגרום לנוגה להסתובב ולייצר לעצמה את ההינע שאבד לה בעבר וכך תיווצר מגנטיות שלאט-לאט תיצור אטמוספירת הגנה מקרינה ואז.נוכל לשגר אליה שפע של אסטרואידי קרח לצורך תחילת אקלים?