כוכב מלאכותי ישראלי:
השבוע בחלל

כוכב ישראלי מלאכותי בשמי הוואי

פיתוח בהובלת מדענים ישראלים עשוי לשנות את פני האסטרונומיה התצפיתית, ולשפר מאוד את היעילות של טלסקופים אופטיים גדולים. השיטה מבוססת על קרן לייזר המשוגרת מלוויין אל טלסקופ קרקעי, ומאפשר לכייל אותו בדיוק רב. מכיוון שאנו יודעים בדיוק את העוצמה והבהירות של הלייזר, המשמש "כוכב מלאכותי", אפשר לכמת בדיוק רב את ההפרעות האטמוספריות שמעוותות את אורו בזמן נתון ומכיוון נתון, ולפי המידע הזה לתקן את התצפיות של הטלסקופ על גרמי שמיים אחרים. כך אפשר יהיה לקבל בטלסקופ קרקעי איכות צילום שעד כה היה אפשר לקבל רק בטלסקופי חלל, שנמצאים מחוץ לאטמוספרה מסיבה זו בדיוק – להתגבר על ההפרעות האטמוספריות.

קרן הלייזר הופעלה השבוע בפעם הראשונה מהלוויין LCRD של סוכנות החלל האמריקאית, נאס"א, ששוגר בסוף 2021 לניסויים בתקשורת לייזר ממסלול בגובה 36 אלף קילומטר. בניסוי בלילה שבין יום רביעי לחמישי היא כוונה אל הטלסקופ הקרקעי Keck – צמד טלסקופים גדולים בהוואי. הניסוי הראשון נועד להוכיח היתכנות טכנולוגית – נעילה של הטלסקופ על מקור האור, עבודה מתואמת בין צוות הטלסקופ לצוות שמפעיל את הלוויין ומדידות של הלייזר. "לרוע המזל זה היה לילה קשה מאוד לעשות ניסוי כזה, עם הרבה עננים ועם רוחות של יותר מ-100 קמ"ש", סיפר ד"ר אליעד פרץ, שמוביל את הניסוי מטעם נאס"א, לאתר מכון דוידסון מיד עם סיום ליל התצפית. "כל הטלסקופים באזור נסגרו עקב התנאים, אבל התעקשנו לנסות, ומכיוון שהלייזר שלנו הוא בטווח התת-אדום הקרוב, שחודר דרך העננים, הצלחנו לנעול את הטלסקופ על הלייזר. ברגע שזה קרה הייתה חגיגה בחדר הבקרה של הטלסקופ. ממש אווירה של שיגור לחלל. הלילה הזה מבחינתנו הוא כבר הצלחה גדולה".

אווירה של שיגור לחלל. השמחה בחדר הבקרה של הטלסקופ עם מעילתו על הלייזר של הלוויין | צילום באדיבות ד"ר אליעד פרץ

פרץ וצוותו, הכולל גם את המדענית הישראלית קשת שביט, שאמונה על כיול הטלסקופ ופענוח הנתונים המדעיים, אמורים לעשות עוד לילה של ניסויים בטלסקופ קק בעוד כמה שבועות, בתקווה שמזג האוויר יאיר פנים יותר. לאחר מכן יגישו פרץ וצוותו הצעה לנאס"א לבנות לוויין יעודי לכיול טלסקופים קרקעיים במגוון של אורכי גל – ORCAS, ראשי תיבות של Orbiting Configurable Artificial Star, "כוכב מלאכותי מתכוונן". אם ההצעה תאושר, פרץ מקווה שהלוויין ישוגר בתחילת העשור הבא. "הניסוי הזה פותח את הדרך להפיכת הטלסקופים הענקיים שנמצאים כעת בבנייה, כמו טלסקופ ELT, לספק את אותה איכות צילום של טלסקופ חלל אופטי, אבל בשבריר מהמחיר שלו", מסביר פרץ. "העלות של טלסקופ חלל עם מראה בקוטר שמונה מטר נאמדת ב-18 מיליארד דולר, וטלסקופי חלל גדולים יותר אינם אפשריים באופן מעשי כי אין אפשרות לשגר אותם. משימת ORCAS צפויה לעלות 75 מיליון דולר, ולשדרג את הביצועים של טלסקופים קרקעיים קיימים".

כוכב מלאכותי שמשדרג את האיכות של טלסקופים קרקעיים בשבריר מהמחיר של טלסקופ חלל. לוויין ORCAS | הדמיה: NASA

אדום מבחוץ, רטוב מבפנים

בקטבים של כוכב הלכת מאדים יש שפע של קרח, אבל ממש כמו בכדור הארץ, גם שם התנאים בקטבים קיצוניים יותר, ורכבי המחקר ששוגרו לשם עד כה פועלים בעיקר באזורים הקרובים לקו המשווה. גם משימות מאוישות יהיה הרבה יותר מעשי להוציא לפועל באזורים המשווניים של כוכב הלכת, אבל אחד התנאים להצלחה של משימה כזאת הוא זמינות של מים – לא רק לשתייה והשקיה אלא גם להפקת חמצן לנשימה ובעיקר לשימוש במימן ובחמצן כדלק רקטי.

כעת גילה צוות חוקרים אזור שעשוי להיות עשיר בקרח תת-קרקעי קרוב לקו המשווה של מאדים, על סמך מדידות שעשה המכ"ם חודר הקרקע של הלוויין האמריקאי Mars Express המקיף את כוכב הלכת. החוקרים בחנו מדידות של שכבות הקרקע באזור המכונה "תצורת בתרונות מדוזה" (Medusae Fossae Formation). במאמר שפרסמו בכתב העת Geophysical Research Letters הם מדווחים כי על פי ניתוח החזר הקרינה עולה שהקרקע באזור מסודרת לסירוגין בשכבות של אדמה דלה בקרח, וביניהן שכבות עשירות בקרח. מכיוון שהסידור דומה לשכבות שיש כנראה בקטבים של מאדים, החוקרים משערים שגם כאן מדובר במים קפואים. יתר על כן, מדובר כנראה בכמות עצומה – לפי הערכתם מרבצי הקרח משתרעים על פני קילומטרים רבים מתחת לאדמה, וכמות הקרח בהם מגיעה ל-50-30 אחוז מכמות הקרח בקוטב הצפוני של כוכב הלכת.

"אם אכן מדובר בקרח, זו תהיה התגלית המשמעותית ביותר של מרבץ קרח בקווי רוחב נמוכים של מאדים", אמר החוקר גארת מורגן (Morgan) מהמכון למדעים פלנטריים באריזונה. "עם זאת, הקרח הפוטנציאלי נמצא מתחת למאות מטרים של חומר יבש, ויהיה קשה מאוד להפיק אותו".

להערכת החוקרים, שכבות הקרח מתחילות בעומק של כ-300 מטר, ומשתרעות עוד הרחק למטה, לעומק של כמה אלפי מטרים. ההגעה אל הקרח תהיה אתגר הנדסי משמעותי, אבל גם אם המרבץ לא יקדם משימות מאוישות לכוכב הלכת השכן, הוא עשוי לסייע לשפוך אור על ההיסטוריה הרחוקה של מאדים. "אנו סבורים כבר זמן מה שלמאדים היו מעין 'תקופות קרח', שבהן זווית ציר הסיבוב שלו השתנתה", אמר מורגן. "בתקופות כאלה הקרח בקטבים נהיה פחות יציב ונדד לקווי רוחב נמוכים יותר. אם התצורות האלה באזור קו המשווה אכן כה עשירות בקרח, זה יחזק את ההשערה על קיומן של תקופות ארוכות כאלה".

שפע של מים קפואים, אבל קשים להשגה. הדמיה של מרבצי הקרח בתצורת בתרונות מדוזה, בעומק 300 מטר (למעלה) ו-600 מטר | מקור: Planetary Science Institute/Smithsonian Institution

כוכב לכת קטן ומימי

תצפיות בטלסקופ החלל הוותיק "האבל" גילו לראשונה ראיות לקיומם של אדי מים באטמוספרה של כוכב לכת קטן יחסית במערכת שמש אחרת. GJ 9827d הוא כוכב לכת סלעי שהתגלה בתצפיות של טלסקופ החלל קפלר ב-2017. קוטרו כפול בערך מזה של כדור הארץ והוא מקיף כוכב מסוג ננס אדום במרחק של כ-97 שנות אור מאיתנו. כוכב הלכת קרוב יחסית לשמש שלו, ומשלים הקפה סביבה בתוך שישה ימי ארץ בלבד, לכן הטמפרטורה על פניו נאמדת בכ-400 מעלות צלזיוס.

החוקרים מארצות הברית, מקנדה ומגרמניה עקבו אחרי כוכב הלכת במשך שלוש שנים, ותיעדו בטלסקופ 11 פעמים שבהן הוא עבר בין השמש שלו לבינינו, כך שאורה עבר דרך האטמוספרה שלו. כך יכלו החוקרים לנתח את אורכי הגל של האור שעבר באטמוספרה, להשוות אותם לאלו שנפלטים ישירות מהכוכב, וכך לזהות את החתימה הספקטרומטרית של החומרים שמהם מורכבת האטמוספרה ולגלות ביניהם גם אדי מים.

"זאת הפעם הראשונה שהצלחנו להראות במדידה אטמוספרית ישירה שכוכבי לכת בעלי אטמוספרה עשירה במים יכולים להתקיים סביב כוכבים אחרים", אמר ביורן בנקי (Benneke) מאוניברסיטת מונטראול, החבר בצוות החוקרים. "זה צעד חשוב כדי להבין עד כמה נפוצים כוכבי לכת בעלי אטמוספרה ולגלות את מגוון ההרכבים של אטמוספרות בכוכבי לכת סלעיים".

"גילוי מים על כוכב לכת כה קטן זו פריצת דרך ממש", הוסיפה לאורה קריידברג (Kreidberg) ממכון מקס פלנק בהיידלברג.

התלהבות עלולה להיות קצת מוקדמת, משום שהחוקרים עדיין לא הצליחו לקבוע אם מדובר באטמוספרה המכילה אחוז גבוה של אדי מים, או שהיא עשירה מאוד במימן, כמו האטמוספרה של כוכב הלכת נפטון במערכת השמש שלנו, ושיעור המים בה נמוך. בהתחשב בכך שזו מערכת מבוגרת יחסית, בת כשישה מיליארדי שנים (להשוואה, מערכת השמש שלנו "רק" בת 4.5 מיליארדי שנים), ובטמפרטורה הגבוהה על פני כוכב הלכת, החוקרים סבורים שהקרינה החזקה גרמה עם הזמן להתאדות רוב המימן וההליום מפני כוכב הלכת, והותירה את האטמוספרה שלו עם שיעור גבוה יחסית של אדי מים. "ייתכן ש- GJ 9827d מורכב בחציו מסלעים ובחציו ממים", אמר בנקי.

החוקרים לא זיהו עד כה ראיות לקיומו של מימן באטמוספרה של כוכב הלכת, דבר שמחזק את ההשערה שהיא מורכבת בעיקר מאדי מים לוהטים. כדי לחקור את העניין לעומק צפו החוקרים לאחרונה במערכת בטלסקופ החלל ג'יימס וב, החדש והגדול יותר, שאמור לספק יותר מידע. כעת הם ממתינים לממצאים. "אנו כבר להוטים לראות מה יעלו הנתונים", סיכמה קריידברג.  

עולם המים הקטן ביותר? מבט בעיני אמן אל כוכב הלכת GJ 9827d, לצד השמש שלו ושני כוכבי לכת נוספים במערכת | איור: NASA, ESA, Leah Hustak (STScI), Ralf Crawford (STScI)

נחיתה לא מוצלחת, אבל מדויקת

בסוף השבוע שעבר הייתה יפן למדינה החמישית שהצליחה להנחית חללית על הירח. למרבה הצער, עד מהרה התברר שהלוחות הסולריים של החללית SLIM אינם מייצרים חשמל, משום שאינם פונים לשמש, כנראה מפני שהנחתת התהפכה בשלב הנחיתה. אנשי סוכנות החלל היפנית, JAXA, שתכננו להפעיל את הנחתת במשך כשבועיים, נאלצו לכבות את מכשיריה כעבור שעתיים וחצי בלבד, כשהסוללות שלה כמעט התרוקנו.

לפני הנחיתה הספיקה החללית לשחרר כמתוכנן שני רובוטים זעירים לחקר פני השטח של הירח. אחד מהם הצליח לצלם את הנחתת, ולאשר את החששות שאכן התהפכה בנחיתה. בסוכנות החלל היפנית הסבירו השבוע כי ייתכן שההתהפכות היא תוצאה של תקלת מנוע. אחד משני מנועי הנחיתה הראשיים של הנחתת כבה בגובה של 50 מטר מעל פני הירח, ומערכת הנחיתה הממוחשבת נאלצה להשלים את הנחיתה עם מנוע עיקרי אחד. הסיבה לתקלה אינה ברורה.

הנחתת לא התהפכה לגמרי, אלא התגלגלה על צידה, כך שקולטי השמש אינם פונים למעלה כמתוכנן, אלא מערבה. בסוכנות החלל היפנית מקווים כי יצליחו בכל זאת להפיק חשמל בערב הירחי שיתרחש בעוד כמה ימי ארץ, ולהפעיל לפחות חלק מהמכשור המדעי של הנחתת.

למרות הסיום המאכזב של הנחיתה, JAXA מציינים בסיפוק כי הנחתת עמדה במשימה לבצע את הנחיתה המדויקת ביותר עד כה על הירח, כשנחתה במרחק של 55 מטר בלבד מנקודת היעד. הניווט בדרך לנחיתה התבסס על מערכת ראייה ממוחשבת – ניתוח בזמן אמת של תמונות ממצלמות החללית והשוואתן למפות המכתשים, כדי לדעת היכן נמצאת החללית על המפה בכל רגע ורגע. הצלחת המערכת הזאת עשויה לפתוח אופקים חדשים לניווט הממוחשב מעל הירח, ואף להועיל למשימת בראשית 2 הישראלית, שגם במסגרתה מפתחים מערכת ראייה ממוחשבת לנחיתה.

נחיתה במקום, אבל לא על הרגליים. הנחתת SLIM על צידה בצילום של הרובוט LEV, שהיה חלק מהמשימה | מקור: AXA/Takara Tomy/Sony Group Corporation/Doshisha University