לוויין אמריקאי חדש יסרוק אזורים עצומים של השמיים בחיפוש אחר עוד כוכבי לכת במערכות שמש אחרות, ואולי גם כאלה המתאימים לקיום חיים

20 מיליון כוכבים. זה המספר העצום שהלוויין האמריקאי שישוגר מחר אמור לסרוק במשך שנתיים, בחיפוש אחר כוכבי לכת נוספים מחוץ למערכת השמש. בסוכנות החלל האמריקאית ובמכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס (MIT), המוביל את הצד המדעי של המיזם, מקווים שהלוויין יסייע לזהות עוד אלפי כוכבי לכת במערכות שמש קרובות אלינו יחסית, ומעזים לשער שיהיה אפשר לגלות כ-50 כוכבי לכת פחות או יותר בגודל של כדור הארץ, מה שהופך אותם למועמדים פוטנציאליים לחיפוש סימני חיים.

יתוש ליד פנס

תפקידו של הלוויין החדש יהיה לחפש ירידות מחזוריות זעירות בעוצמת האור של כוכבים. רוב הכוכבים שאנו רואים בשמי הלילה הם שמשות, וכמו לשמש שלנו, גם לרבים מהם יש כוכבי לכת. כמעט בלתי אפשרי לראות את כוכבי הלכת האלה, גם בגלל שהם קטנים ואינם מאירים, וגם משום שהם חגים סביב גופים בהירים ובוהקים מאוד. החיפוש אחריהם דומה לנסיון להבחין ביתוש החג סביב זרקור ענקי, שאנו צופים בו ממרחק מאות קילומטרים. את היתוש כאמור קשה מאוד לראות, אבל מה שאפשר לעשות זה למדוד בדיוק רב את עוצמת האור של הזרקור.

כשהיתוש חולף בינינו לבין הזרקור, הוא גורם לירידה זעירה בעוצמת האור. אפילו אם הירידה היא רק בעשירית האחוז, עדיין אפשר להבחין בכך במדידה. בניגוד ליתוש, לכוכבי לכת יש מסלול קבוע סביב הזרקור, או השמש שלהם, והירידה בעוצמת האור תהיה מחזורית – נראה אותה כל פעם שהם חולפים בינינו לבין השמש. כל מעבר כזה מכונה טרנזיט, ושמו של הלוויין החדש, TESS, הוא ראשי תיבות באנגלית של "לוויין לסריקת השמיים בחיפוש אחר מעברים של כוכבי לכת" (Transiting Exoplanet Survey Satellite).

ברגע שזוהה כוכב "מועמד", כלומר שהירידות בעוצמת האור שלו נראות מחזוריוֹת וייתכן שחג סביבו כוכב לכת, המדידות של TESS מאפשרות לכוון אליו טלסקופים נוספים, בחלל ועל הקרקע, למדוד בעזרתם את המחזוריוּת ולחשב אם אכן מסתתר שם כוכב לכת – או אפילו יותר מאחד. המדידות הנוספות גם מאפשרות לחשב פרמטרים כמו המסה של כוכב הלכת, המרחק שלו מהשמש ועוד.

צפו בסרטון של נאס"א על משימת TESS (באנגלית):

כוכבים בהירים

הלוויין TESS, שגודלו כמקרר ביתי, מיועד לשיגור מפלורידה בלילה שבין יום שני לשלישי (שעון ישראל). תוך כמה ימים הוא אמור להיכנס למסלול אליפטי ייחודי סביב הארץ, המתואם עם מסלול הירח. התיאום הזה בין השפעות הכבידה של שני הגופים יבטיח ללויין מסלול יציב, בלי צורך לבזבז דלק במהלך ההקפות עצמן. הלוויין ישלים הקפה סביב כדור הארץ כל שבועיים כמעט, ובכל שתי הקפות הוא יסרוק את אותו אזור בשמיים, כך שיהיה אפשר להשוות בין התמונות ולחפש הבדלים בבהירות הכוכבים. אחרי שבועיים הוא יעבור לסריקת רצועת השמיים הבאה, וכך במשך כשנתיים. אם הכל יעבוד כשורה והלוויין ימשיך לתפקד, ב-MIT מקווים כי נאס"א תאשר את המשך פעילותו גם מעבר לטווח הזמן הזה.

"הייחוד של TESS הוא בכך שהטלסקופ הזה מאפשר לנו לאתר פלנטות החגות סביב כוכבים בהירים יחסית", מסביר ד"ר אבי שפורר, מדען סגל ב-MIT וחבר בצוות עיבוד הנתונים של הלווין. "עד היום רוב הגילויים של כוכבי לכת היו סביב כוכבים שאינם מאוד בהירים, וגם אינם מאוד קרובים אלינו. גילוי של כוכבי לכת החגים סביב כוכבים בהירים יאפשר לנו למדוד עוד נתונים, ובראשם למדוד כיצד – אם בכלל – משתנה האור של הכוכב כשהוא עובר סמוך לכוכב הלכת שלו, נתון שלפיו נוכל לדעת אם יש לכוכב הלכת אטמוספרה, ואם כן – לזהות את מרכיביה". היכולת הזו צפויה להשתדרג מאוד עם תחילת עבודתו של טלסקופ החלל החדיש ג'יימס וב (Webb), ששיגורו נדחה שוב ושוב ומתוכנן כרגע למאי 2020.

הלוויין TESS יחליף למעשה את טלסקופ החלל קפלר הפועל בחלל כבר כמעט עשור בחיפוש אחר כוכבי לכת בשיטה דומה. לפני חמש שנים התקלקל המנגנון המאפשר לכוון את הטלסקופ, והוא המשיך לבצע את המשימה באופן מוגבל ביותר. TESS אמור לסרוק שטחים נרחבים הרבה יותר מקפלר, ולמעשה לבחון כ-85 אחוז מהשמיים, במרחק של עד כמה מאות שנות אור. הוא יעשה זאת בעזרת ארבע מצלמות גדולות, הפועלות בטווח רחב של אור, מעל סגול ועד תת-אדום, כולל כמובן כל צבעי האור הנראה. הלוויין יאגור את התמונות במהלך ההקפה, וישגר אותן לכדור הארץ פעם בשבועיים, כשיחלוף במרחק של כ-100 אלף קילומטרים מאתנו. החודשיים הראשונים של המשימה הם "תקופת הרצה" שבה יבדקו את תפקוד המערכות השונות ויכיילו את המכשירים, ולאחר מכן אמור הלוויין להתחיל את איסוף הנתונים השיטתי.

לסרוק את השמיים. שפורר (שלישי מימין) עם צוות התפעול של TESS ודגם הלוויין, מציינים שלושה ימים לשיגור | צילום: סקוט דיינס, MIT
לסרוק את השמיים. שפורר (שלישי מימין) עם צוות התפעול של TESS ודגם הלוויין, מציינים שלושה ימים לשיגור | צילום: סקוט דיינס, MIT

נתונים רבים

על אף ההבטחה הגדולה, הסריקה של TESS רחוקה מאוד מלהיות מושלמת. בגלל זמני ההקפה שלו, ייתכן שהוא לא יזהה כלל כוכבי לכת שהקפתם את השמש שלהם נמשכת יותר משבועיים. כדור הארץ, למשל, משלים הקפה אחת סביב השמש שלו ב-365 ימים.

בעיה נוספת היא שהלוויין יוכל לצלם רק כוכבי לכת שהמסלול שלהם במישור מתאים, כלומר הם עוברים בין השמש שלהם לבין הטלסקופ. האסטרונומים מכנים זאת כוכבים "מלקים" משום שמזווית המבט שלנו רואים מעין ליקוי של השמש כשכוכב הלכת מסתיר חלק מאורה, גם אם זה חלק זעיר. אבל אם כוכב הלכת אינו מלקה, כלומר מישור ההקפה שלו אינו בקו הצילום של הלוויין, כלל לא נוכל לדעת על קיומו.

למרות המגבלות האלה, החוקרים מצפים לגלות בעזרת TESS אלפי כוכבי לכת. "הציפיות שלי הן לגלות הרבה מאוד פלנטות סביב כוכבים בהירים, ולהצליח לעשות שם מדידות מדעיות", אומר שפורר. "כדי לעשות מדע טוב צריך נתונים רבים, ואני מקווה שבעזרת TESS והתצפיות המשלימות נוכל לפתח את הכלים של מדידות אטמוספריות על קבוצה גדולה של כוכבי לכת".

מסלול ייחודי: סרטון קצר הממחיש את מסלול של TESS סביב כדור הארץ

סימני חיים

צוות המחקר מקווה כאמור לגלות בעזרת TESS לפחות כ-50 כוכבי לכת דמויי ארץ, כלומר בגודל של עד פי ארבעה מכדור הארץ. כוכבי לכת בסדר הגודל הזה מפתים את המדענים במיוחד, משום שהם מעריכים שעל כוכב לכת בעל מאפיינים דומים לשל כדור הארץ, עשויים – בתנאים המתאימים – להתפתח חיים דומים. נוסף על גודל דומה והרכב סלעי, החוקרים מחפשים כוכבי לכת שנמצאים ב"טווח הישיב" – כלומר מרחק מתאים מהשמש שלהם לקיום מים במצב נוזלי על פניהם.

מבחינה רשמית, חיפוש תאומי ארץ כאלה בעלי פוטנציאל לחיים אינה מטרת המשימה הזאת, אבל אי אפשר להתעלם מהאפשרות של גילוי מסקרן כזה. "TESS מיועד לחפש כוכבי לכת סביב כוכבים בהירים, ולמצוא את כוכבי הלכת הקרובים, בעלי ההקפה הקצרה", מבהיר שפורר. "אבל אם הכוכבים האלה קטנים יחסית, בערך שליש מהשמש שלנו, ייתכן שנוכל לראות כוכבי לכת בטווח הישיב שלהם. יש הרבה כוכבים בגודל הזה, ואנו חושבים שנוכל לגלות שם פלנטות באזורים תומכי חיים".

הכוח העיקרי של TESS, גם בחיפוש אחר סימני חיים, הוא בשיתוף הפעולה עם טלסקופים אחרים. התצפיות שלו יסרקו אזורים עצומים של השמיים, ויזהו את הכוכבים שהם המועמדים הטובים ביותר לאיתור כוכבי לכת סביבם. עם קצת מזל, הנתונים של TESS יאפשרו גם לדעת בדיוק מתי לכוון את הטלסקופים האחרים כדי לצפות במעבר של כוכב הלכת. שילוב של מדידות מסה וגודל יאפשרו לחשב גם הרכבו המשוער של כוכב הלכת, ולדעת אם הוא סלעי כמו כדור הארץ או ענק גזי כמו צדק ושבתאי. זיהוי אטמוספרה וקביעת ההרכב שלה יאפשרו לגלות אם יש בכוכב הלכת מולקולות שעשויות להעיד על היתכנות של קיום חיים.

גם אם השיטה המשולבת תניב זיהוי של סימני חיים, יהיה קשה לנו לעשות הרבה מעבר לזה. כל עוד לא נמצא דרך לעבור את מהירות האור, כל תקשורת עם חוצנים במערכת שמש אחרת תהיה איטית מאוד ותדרוש עשרות ואפילו מאות שנים – תלוי במרחקם מאיתנו. טיסה למערכות שמש אחרות, אפילו הקרובות ביותר, רחוקה מאוד מהישג ידנו בטכנולוגיות הקיימות. אבל ככל שנעמיק את הידע שלנו על היקום ועל מערכות שמש בפרט, נבין טוב יותר איך הן נוצרות ומתפתחות ועד כמה מערכות כמו שלנו הן דבר נפוץ, ואולי גם נוכל להתקדם לקראת פתרון החידה הגדולה: היכן יש עוד חיים ביקום?