בשוליים הרחוקים של מערכת השמש עשוי להסתתר כוכב לכת גדול מכדור הארץ

בקיצור

  • כמה גופי קרח רחוקים המקיפים את השמש במסלולים מוזרים הביאו כמה מדענים להשערה שיש במערכת השמש יותר כוכבי לכת מכפי שאנו יודעים.

  • הראיות, הם אומרים, תומכות ברעיון שמעבר לנפטון שוכן לפחות "סופר־כדור־ארץ" אחד, כלומר כוכב לכת שהמסה שלו עשויה להגיע עד פי עשרה מזו של כדור הארץ.

  • הגופים האלה עשויים להיות מרוחקים ועמומים מכדי שטלסקופים המצויים בידנו היום יוכלו לראותם, אבל תצפיות עתידיות עשויות לאתרם, אם הן אכן שם.

נראה שמשהו מוזר מאוד מתרחש מעבר למסלול של פלוטו. אסטרונומים יודעים כבר עשרים שנה שכוכב הלכת לשעבר הזעיר הזה אינו לבד בקצה מערכת השמש: פלוטו הוא חלק מענן רחב־ידיים של עצמים קפואים המוכרים בשם הכולל "חגורת קויפר". אבל שלא כחבריהם למסע, ושלא ככוכבי הלכת ורוב האסטרואידים המקיפים את השמש בין מאדים לצדק, לקומץ של עצמים מחגורת קויפר, או – בראשי תיבות – KBOs, יש מסלולים מוזרים בתכלית. ראשית כול, הם מקיפים את השמש במסלולים מוארכים באופן בלתי רגיל, העומד בניגוד למסלולים הכמעט מעגליים (?) של רוב הגופים הפלנטריים.

לעצמים הסוררים האלה, שמספרם נע בין 4 ל-12, תלוי מי סופר, יש מוזרות מסלולית נוספת. כמו רוב ה-KBOs, גם חברי הקבוצה הזאת מקיפים את השמש במסלול הנוטה בזווית למישור דמוי הלביבה שבו שוכנים כוכבי הלכת. בחלק מזמן ההקפה שלהם הם מתרוממים מעל ל"לביבה", ואז צוללים דרכה וממשיכים את מסעם מתחתיה בשאר הזמן. ואולם, שלא כאחיהם הקפואים, העצמים האלה כולם חולפים דרך המישור הפלנטרי באותו הזמן שבו הם מגיעים לנקודה הקרובה ביותר לשמש במסלולם (הקרויה פריהליון) וחולפים על פניה בתנופה.

או במילים אחרות, אם נשתמש במונח שאינו שגור גם בפיהם של אסטרונומים רבים, זוויות הפריהליון (AOP) שלהם דומות להפליא זו לזו. "בדרך כלל," אומר סקוט שפרד, מדען פלנטרי במכון קרנגי למדע, "היינו מצפים שבמשך קיומה של מערכת השמש זוויות הפריהליון יתפלגו באופן אקראי." אין להוציא מכלל אפשרות שצירוף מקרים הוא שהביא את קבוצת הגופים הקטנה הזאת להסתדר כך שה-AOP שלהם דומים כל כך. מקרה כזה, יכול להתרחש לגמרי באקראי, בסבירות של פחות מכמה אחוזים בזמן נתון. הסבירות לכך דומה לסבירות שמטבע ייפול 10 פעמים ברציפות על "עץ": בהחלט לא רגיל, אבל רחוק מאוד מבלתי אפשרי.

ועם זאת, כשהמטבע נופל על אותו צד 10 פעמים ברציפות, ייתכן שהוא מוטה – וכך הדבר גם לגבי גרמי השמים. ייתכן שדבר כלשהו אילץ אותם להסתדר בהיערכות המוזרה הזאת, כמו למשל כוכב לכת ענק ולא ידוע, שמסתו גדולה במידה ניכרת ממסת כדור הארץ. ייתכן אפוא שבשוליים של מערכת השמש מסתתר סופר־כדור־ארץ (מונח המשמש לתיאור כוכבי לכת שמסתם גדולה פי 10 לערך ממסת כדור הארץ). אם עצם שמימי כזה – שלעתים מכנים אותו בבדיחות הדעת בשם "כוכב הלכת X" – אכן מסתתר שם, הוא עשוי להקיף את השמש במרחק הגדול לפחות פי 10 מרדיוס המסלול של נפטון. במרחק כזה הוא יהיה מרוחק ועמום מכדי להתגלות בטלסקופ כלשהו העומד כיום לרשותנו. ועם זאת, למסה הניכרת שלו חייבת להיות השפעה כבידתית על שאר הגופים במערכת השמש, השפעה שעשויה להסביר את המסלולים המוזרים שגילו האסטרונומים.

"עדיין אין לנו הוכחה נחרצת לכך שיש שם גוף בעל מסה של פלנטה," אומר נתן קאייב, תיאורטיקן העוסק בהיווצרות כוכבי לכת במכון קרנגי. "אבל מתרחש שם משהו מוזר שאיננו מבינים." ובינתיים, מספר גדל והולך של אסטרונומים מתחילים להאמין ברעיון, שזכה בעבר לזלזול, שכוכב הלכת X, סופר־כדור־ארץ, אכן קיים במערכת השמש.

שני כוכבי לכת בחלל שמשפיעים אחד על השני | Scientific Americanכמה גופים שמימיים מוזרים בחגורת קויפר שמעבר לנפטון מרמזים על קיומו האפשרי של כוכב לכת גדול ובלתי נראה, שיש לו, אולי, אף ירח משלו. (איור: רון מילר)


ואולם, כפי שקאייב אומר, העדויות לקיומו של כוכב לכת נסתר רחוקות מלהיות מוצקות. אסטרונומים רבים עדיין מפקפקים ברעיון, ואפילו אסטרונומים שעוררו אותו כהשערה מודים שהם עדיין אינם משוכנעים לגמרי. ההיסטוריה של האסטרונומיה רצופה בכוכבי לכת מסתוריים בלתי נראים, שמדענים הסיקו את קיומם בשל מוזרויות במסלולם של עצמים אחרים. כמה מהם התבררו כתגליות חשובות. אחרים היו אזעקות שווא. ייתכן שאנו רחוקים מכפי ששיערנו מלהכיר את מערכת השמש שלנו באמת. אם כוכב הלכת X אכן שם, הדבר יצריך כתיבה מחדש מן היסוד של כמה פרקים חשובים בהיסטוריה של מערכת השמש.

המסלול לגילוי עולמות נסתרים

החיפוש הראשון אחרי כוכב לכת נסתר המקיף את השמש התרחש בראשית המאה ה-19, כשמדענים נעשו משוכנעים יותר ויותר שאורנוס, שהתגלה במקרה ב-1781 בידי המוזיקאי שנעשה אסטרונום, ויליאם הרשל, אינו מקיף את השמש במסלול המדויק שבו היה אמור לנוע על פי חוק הכבידה של ניוטון. כמה מדענים שיערו שכוח הכובד שמפעיל כוכב לכת גדול, שעדיין לא התגלה, הוא הסיבה. ואכן, ב-1846 הבחין האסטרונום הגרמני יוהן גַלֶה בענק הגזי נפטון, ביסודו של דבר במקום שבו חישב עמיתו הצרפתי אוּרבֵּן לֶה-וֶרייֶה שהוא אמור להימצא. (יש ראיות טובות לכך שלמעשה גליליאו כבר ראה את נפטון ב-1612 בטלסקופ הקטן והגולמי שלו, אבל סבר שמדובר בכוכב ולא בכוכב לכת.)

בראשית העשור הראשון של המאה ה-20, החל פֶּרסיוַול לוֹוֶל, איש החברה הגבוהה של בוסטון, לחפש כוכב לכת נסתר אחר. הוא עשה זאת במצפה הכוכבים הפרטי שלו בפְלַגְסטאף שבאריזונה. הפעם הגיעו הראיות מסטיות מסלול הן של אורנוס והן של נפטון, והן רמזו על קיומו של כוכב לכת בלתי נראה ענק נוסף. בראשית שנות ה-30, אחד העוזרים במצפה הכוכבים על שם לוול, קלייד טומבו שמו, אכן גילה כוכב לכת במקום שבו חזו החישובים, פחות או יותר, בכעין הילוך חוזר של גילוי נפטון. "הכדור גדול מצדק, כפי הנראה, הוא מצוי במרחק של 4,000,000,000 מייל ומגשים את התחזיות," הכריז הניו יורק טיימס ב-14 במארס 1930.

אך לא כך היה הדבר. בעשורים שלאחר מכן התברר שפלוטו רחוק מאוד מגודלו של צדק והוא למעשה קטן אף מן הירח של כדור הארץ. לכבידה הזעומה שלו אין שום יכולת להסביר את הסטיות במסלולים של נפטון ואורנוס, וטוב שכך, מפני שהן נמוגו לאחר בחינה נוספת של הנתונים. מבחינה זו, פלוטו היה אזעקת שווא.

ואולם, מן ההיבט הרחב יותר של התמונה, הגילוי שלו היה חשוב באופן יוצא מגדר הרגיל. בשנות ה-80 החלו המדענים לחשוד שפלוטו אינו סתם כוכב לכת זנוח המקיף לבדו את השמש בפאתי מערכת השמש הקפואים אלא פשוט החבר הבוהק ביותר בחבורה גדולה ועשירה השוכנת באזור המוכר בשם חגורת קויפר. ב-1992 נצפה העצם הראשון בחגורת קויפר (מלבד פלוטו, כמובן) בטלסקופ בהוואי, ומאז הגיעו התצפיתנים לכ-1,500 עצמים כאלה. הגילוי של אֶריסב-2005, המשתווה לפלוטו בקוטרו אך גדול ממנו במידה ניכרת במסתו, איים בהצפה של תגליות שיחייבו להוסיף כמה וכמה כוכבי לכת למניין התשעה שהיו מוכרים עד אז. האיום הזה דחף ב-2006 את האיגוד האסטרונומי הבין־לאומי להוריד את פלוטו מדרגתו ככוכב לכת למעמד של כוכב לכת ננסי.

לארגן את מערכת השמש מחדש

עצם הגילוי של חגורת קויפר, מחזק את רעיון החיפוש אחר כוכב הלכת X, מפני שהוא מסייע להסביר כיצד גרם שמים כזה מצא את עצמו רחוק כל כך מן השמש ומעיני הטלסקופים שלנו. הדמיות מחשב מרמזות שגופי הקרח של חגורת קויפר נוצרו בקרבת המקום שבו נפטון מצוי כיום. משהו היה חייב להשליך אותם הרחק משם (או לפזר אותם, אם נשתמש במושג הטכני) אל מיקומיהם הנוכחיים. התצפית הזאת הביאה אסטרונומים לשער שהפיזור הזה התרחש במהלך התקופה הכאוטית, שהשתררה מיד לאחר שכוכבי הלכת הצעירים התלכדו מתוך "הדיסקה הקדם-פלנטרית", שהכילה גז ואבק והסתחררה סביב השמש שאך זה עתה נולדה. במהלך התקופה הבלתי יציבה הזאת, סביר להניח שצדק, שבתאי, אורנוס ונפטון סטו ממסלוליהם המקוריים ונדדו למרחקים של מאות מיליוני קילומטרים. בדרכם אל המסלולים החדשים שלהם, הם העיפו בכוח הכבידה שלהם את העצמים השוכנים היום בחגורת קויפר החוצה אל שולי מערכת השמש. כמה הדמיות אפילו מרמזות על קיומו בעבר של ענק גז חמישי שנפלט לגמרי ממערכת השמש בעוד האחרים מתמקמים במסלוליהם.

ההיסטוריה של האסטרונומיה רצופה בכוכבי לכת מסתוריים בלתי נראים, שמדענים הסיקו את קיומם בשל מוזרויות במסלולם של עצמים אחרים.

אפשר להניח בקלות שאם התקיים אז במערכת השמש כוכב לכת המתאים להגדרה של סופר־כדור־ארץ, גם הוא הועף החוצה באותו עידן של אי־יציבות אלימה. סופר־כדורי־ארץ התגלו כנפוצים למדי בקרב כ-2,000 כוכבי הלכת שהתגלו בעשרות השנים האחרונות סביב שמשות אחרות. הגיוני אפוא לשער שאולי כוכב לכת כזה הקיף גם את השמש שלנו. מתוך נקודת המוצא הזאת, מספר בן בְּרוֹמְלי מאוניברסיטת יוטה, שעבד בשיתוף פעולה עם סקוט קניון ממרכז הרווארד-סמיתסוניאן לאסטרופיזיקה, "הרצנו כמה הדמיות מחשב שבדקו מה היה עלול לקרות לסופר־כדור־ארץ שהוסט מן האזור שבו מצויים כיום צדק ושבתאי". ברוב ההרצות הם מצאו שכוכב לכת כזה יוטל למסלול אליפטי מאוד, שילך ויימתח עם הזמן עד שכוכב הלכת ייפלט לגמרי ממערכת השמש. אבל אם הפיזור התרחש בשלב מוקדם דיו, בערך ב-10 מיליוני השנה הראשונות לאחר היווצרות כוכבי הלכת, ולפני שעננת הגז הקדם-פלנטרית התפוגגה, אומר בְּרוֹמְלי, "ייתכן שכוכב הלכת הגדול הגיב [באמצעות הכבידה] עם הגז והתמקם בפרברי מערכת השמש במסלול מעגלי, פחות או יותר."

התרחיש הזה הוא אחת הדרכים ליצירת כוכב לכת X, מן הסוג שלוול יצא לחפש בראשית המאה ה-20, ושגַלֶה ולֶה-וֶרייֶה מצאו בשיתוף הפעולה שלהם כשגילו את נפטון חצי מאה קודם לכן. דרך אחרת, כך גילו קניון ובְּרוֹמְלי, היא אם סופר־כדור־הארץ הזה נוצר במקום שבו הוא מצוי, במרחק של כ- 200 יחידות אסטרונומיות מן השמש, כלומר פי 200 מן המרחק שבין כדור הארץ לשמש, שהוא כ-150 מיליון קילומטרים. (נפטון לעומת זאת מקיף את השמש במרחק של כ-30 יחידות אסטרונומיות ממנה.) היווצרות מקומית כזאת אפשרית רק אם די חומר ליצירת כוכב הלכת, סלעים וגושי קרח בגודל חלוקי נחל, הקיף את השמש הרחק כל כך.

אין שום ראיה ישירה לכך שזה היה המקרה במערכת השמש שלנו, אבל יש ראיות מוצקות למדי שהדבר התרחש סביב כוכבים אחרים הדומים מאוד לשמש. "אם מתבוננים בכוכבים קרובים דמויי שמש," אומר קניון, "לכמה מהם יש דיסקות של שברי חומר המשתרעים למרחקים של כ-200 יחידות אסטרונומיות מן הכוכב עצמו. כלומר, לא מדובר באירוע חסר תקדים." ועל אף שאין הוכחה שסופר־כדורי־ארץ אכן נוצרו במרחק כזה סביב אותם כוכבים קרובים, הוא אומר, "לפחות יש שם המרכיבים היסודיים." כל ההדמיות האלה היו בגדר השערה טהורה כשקניון ובְּרוֹמְלי החלו להריץ אותן לפני כעשר שנים. איש לא ראה שום רמז לכך שסופר־כדור־ארץ אכן קיים שם.

אינפוגרפיקה על גופים שמימיים אחרים שעשויים להיות מושפעים מהכבידה של סדנה | Scientific Americanגופים מרוחקים ביותר
הרחק מעבר לשמונת כוכבי הלכת, מעבר לחגורת האסטרואידים ואפילו מעבר לחגורת קויפר המרוחקת שמעבר לנפטון, צפו אסטרונומים בכ-12 עצמים הנעים במסלולים מוזרים. לכל גופי הקרח האלה יש מסלולים אליפטיים מוארכים סביב השמש בעלי מאפיין משותף אחד מוזר: הם מגיעים לנקודה הקרובה ביותר לשמש בערך באותו פרק זמן שבו הם חוצים את המישור שבו נעים כוכבי הלכת. אחת הסיבות לכך שמדענים חושדים בקיומו של כוכב לכת גדול נסתר, המכונה סופר-כדור-ארץ, השוכן באזורים המרוחקים של מערכת השמש, היא שכוח המשיכה הכבידתית שלו עשוי להסביר את ההתנהגות המתואמת של הגופים האלה.

אינפוגרפיקה - מיקומים אפשריים לכוכב הלכת המסתורי | Scientific American היכן כוכב הלכת X עשוי להסתתר?
תרשים המתאר את המרחק הממוצע מן השמש שבו נעים הגופים האלה ביחס למידת האקסצנטיות של מסלולם, מדד למידה שבה האליפסה של מסלולם מתוחה, מדגיש את ההבדלים ביניהם לבין החברים המוכרים של מערכת השמש. אם סופר־כדור־ארץ קיים, התכונות שלו עשויות להשתרע על פני טווח רחב, אבל רוב ההערכות מרמזות על מרחק שבין 200 ל-1,000 יחידות אסטרונומיות.
(מקורות: רשימת הגופים הטרנס-נפטוניים של המרכז לכוכבי לכת מינוריים באיגוד האסטרונומי הבין-לאומי (נתוני גופי חגורת קויפר); סקוט ס' שפרד, מכון קרנגי למדע (נתוני העצמים המרוחקים במערכת השמש); איור: ז'אן וילם טוליפ)


ברוכה הבאה סֶדְנָה

המצב החל להשתנות עם גילויה של סֶדְנָה. ב-2003 גילה מייק בראון מן המכון הטכנולוגי של קליפורניה (קלטק), יחד עם שני עמיתיו, את גרם השמים שהוא אולי העצם המוזר ביותר שהתגלה עד אז במערכת השמש. זה היה גוף קרחוני, שכיום מעריכים שקוטרו כ-1,000 קילומטרים, דומה במובנים רבים לפלוטו, לאֶריס ולגופים אחרים בחגורת קויפר. אבל המסלול שלו היה שונה מכל מה שנראה לפני כן. סֶדְנָה לעולם אינה מתקרבת אל השמש למרחק קטן מ-76 יחידות אסטרונומיות, כלומר למרחק גדול פי שניים ויותר מנפטון. יש לה מסלול מוארך מאוד שהשלמתו דורשת 11,400 שנה, והוא מרחיק אותה עד למרחק של יותר מ-930 יחידות אסטרונומיות בנקודה הרחוקה ביותר, פי 31 מנפטון.

"סֶדְנָה הייתה הפתעה של ממש," אומר אחד השותפים לגילוי, צ'אד טְרוֹחִיוֹ, שעובד כיום במצפה הכוכבים ג'מיני בהוואי, "מפני שלא היה לה הסבר." המסלול המתוח והמוארך שלה דמה למסלולים ארוכי המחזור של שביטים, אבל לשביטים יש מסלולים המעוגנים בחוזקה באמצעות כוח הכבידה של אחד מכוכבי הלכת הענקיים. אך נראה שהמסלול של סֶדְנָה אינו מעוגן לשום כוכב לכת. "איש לא שיער שעצם כזה יכול להתקיים כלל," אומר טְרוֹחִיוֹ, "ולאיש לא היה הסבר כיצד הוא הגיע לשם."

במשך עשר השנים שלאחר מכן התגלו עוד עשרה גופים נוספים, קטנים יותר, שמסלוליהם מוארכים ושהם אינם מתקרבים לנפטון. הדבר כשהוא לעצמו אינו ראוי לציון: אף אחד מהם אינו נע במסלול קיצוני כמו של סֶדְנָה, לא בצורת המסלול ולא במרחק הרב של הפריהליון, הנקודה הקרובה ביותר לשמש. אבל לכולם, ובהם גם לסֶדְנָה, היו זוויות פריהליון דומות ובלתי רגילות, אותו פרמטר מסלולי המתאר את המרחק שאליו מגיע הגוף בפריהליון מעל למישור מערכת השמש או מתחתיו. וזה נראה… מוזר.

הדברים נעשו מוזרים הרבה יותר ב-2014 כשטְרוֹחִיוֹ ושפרד הודיעו בכתב העת נייצ'ר, שלאחר חיפוש שנמשך כעשר שנים, הם גילו עוד גוף דמוי סֶדְנָה, שגודלו כמחצית מגודלה של סֶדְנָה עצמה. "אם אתה ביולוג," אומר טְרוֹחִיוֹ, "ומצאת יצור מוזר כלשהו, אתה בטוח למדי שחייבים להיות עוד יצורים כמוהו." כך גם באסטרונומיה, הוא אומר: אלא אם היצור הראשון היה דבר מקרי לגמרי. "אולי הגוף היחיד הזה הגיע למסלול הזה במקרה, מסיבות שאיננו מבינים," הוא אומר, "אבל אי אפשר באמת לדעת את זה עד שלא מוצאים עוד אחד." וכעת הם מצאו.

איש לא שיער שעצם כזה יכול להתקיים כלל," אומר צ'אד טְרוֹחִיוֹ, "ולאיש לא היה הסבר כיצד הוא הגיע לשם.

גרם השמים הזה, שנודע בעבר בשם 2012 VP113, מקיף את השמש במסלול מתוח, או אקסצנטרי, כל 4,300 שנה. הפריהליון שלו מצוי במרחק של 80 יחידות אסטרונומיות, והאַפְּהֶליון שלו, הנקודה הרחוקה ביותר במסלולו מן השמש, במרחק של 446 יחידות אסטרונומיות. כמו סֶדְנָה, גם 2012 VP113 נפרד לגמרי מבחינה כבידתית מנפטון. והחשוב מכול: זווית הפריהליון שלו דומה מאוד לזאת של סֶדְנָה, כמו לזווית של קומץ עצמים אחרים בחגורת קויפר, הדומים פחות ממנו לסֶדְנָה. הגורם האחרון הזה הביא את הכותבים לכתוב שורה פרובוקטיבית, המסתתרת היטב בסוף המאמר בנייצ'ר: "הדבר מרמז," כתבו טְרוֹחִיוֹ ושפרד, "על קיומו של 'מפריע' בעל מסה גדולה במערכת השמש החיצונית." הם שיערו שה"מפריע" עשוי להיות סופר־כדור־ארץ, המקיף את השמש במסלול המרוחק עד 250 יחידות אסטרונומיות ממנה, ושהכבידה שלו עשויה להשפיע על העצמים הקטנים יותר ולסנכרן את זוויות הפרהליון שלהם. "אינני סבור שעד אז מישהו באמת חשב ברצינות על כוכב לכת גדול שעדיין לא התגלה," אומרת מג שוואמב מאוניברסיטת ייל. "אבל המאמר של טְרוֹחִיוֹ ושפרד באמת העלה את הרעיון אל פני השטח."

ואז, בספטמבר 2014, הסעיר את התחום מאמר באחד הירחונים של החברה המלכותית הבריטית לאסטרונומיה, מאת שני אסטרונומים ספרדים אלמונים למדי, האחים ראול וקרלוס דה-לה-פואנטה מרקוס, מאוניברסיטת קוֹמפְּלוּטֶנסֶה במדריד. האחים התבססו על מסלוליהם של סֶדְנָה, של 2012 VP113 ושל גופים קטנים יותר וטענו שיש אולי יותר מסופר־כדור־ארץ אחד. הניתוח שלהם "מרמז באופן משכנע" שיש לפחות שני כוכבי לכת מעבר לפלוטו. "החישובים שלנו, שעדיין לא התפרסמו," אומר ראול, "מרמזים שכוכבי הלכת המשוערים עשויים להיות בעלי מסה לפחות כפולה מזו של כדור הארץ, אבל סביר להניח שלא יותר מפי 15."

בדומה לשפרד ולטְרוֹחִיוֹ, גם האחים דה-לה-פואנטה קרלוס אינם טוענים לחיזוי ודאי. שני הצוותים טוענים בסך הכול שקיומו של סופר־כדור־ארץ הוא דבר מתקבל על הדעת. ואולם, אם הוא אכן קיים, הדבר יערער את ביטחונם של האסטרונומים בכך שהם מבינים באופן מלא את מערכת השמש שלנו.

ספקות שרירים וקיימים

אף על פי שקיומו של כוכב לכת X, הוא הסבר מפתה למוזרויות של סֶדְנָה וחבורתה, הוא אינו האפשרות היחידה. הסבר נוסף, אומר האל לווינסון, תיאורטיקן של היווצרות כוכבי לכת ממרכז המחקר סאות'-וסט, הוא ש-2012 VP113 והאחרים נזרקו אל המסלולים הייחודיים שלהם כבר בשלב שבו השמש הייתה עדיין חלק מן הצביר המקורי שבו נוצרה, צביר של אלפי כוכבים שהתלכדו כולם מענן גז יחיד. לפני שהצביר התפרק, הכוכבים האלה היו קרובים דיים כדי לעוות את מסלוליהם של עצמים בשולי מערכת השמש ולשלוח אותם פנימה במסלולים מוארכים ומתוחים. ואולי, אומר שפרד, המסלולים נמתחו כתוצאה מכוחות גאות גלקטיים, כלומר כוחות משיכה חזקים יותר בכיוון מסוים בעת שהשמש חלפה סמוך לאזורים צפופים במסלולה סביב מרכז שביל החלב. "הרצנו כמה הדמיות מחשב כאלה," אומר שפרד, "ולא ראינו דבר. כך שלא נראה שהרעיון הזה סביר, אבל יש עוד הרבה אפשרויות דומות אחרות."

כל אחת מן ההשפעות האלה הייתה שולחת את העצמים האלה למסלוליהם המוארכים, אבל רק השערת סופר־כדור־ארץ מעניקה להם זוויות פריהליון מתואמות כל כך. מצד אחר,  אפשר שמדובר במקריות גמורה. שפרד וטְרוֹחִיוֹ מזכירים 12 עצמים במאמרם. המספר נשמע אולי גבוה, אבל בהתחשב בכך שבחגורת קויפר מצויים מיליוני גופים, אומר שפרד, "המספר הזה גבולי מבחינה סטטיסטית."

והטיעונים בזכות קיומו של כוכב לכת X המתבססים על מסלוליהם המוזרים של סֶדְנָה וחבורתה, נחלשים עוד יותר אם מקבלים את התוצאות של שוואמב ועמיתה רמון ברסר מן המכון הטכנולוגי של טוקיו. "עבודה שעשינו לאחרונה," אומרת שוואמב, "מראה שיש למעשה רק ארבעה גופים הדומים לסֶדְנָה." שאר הגופים מבין ה-12 אמנם אינם מתקרבים מאוד לנפטון, היא אומרת, אבל הם מגיעים די קרוב כדי לחוש בכוח הכבידה שלו. נפטון עצמו עשוי להיות כוכב הלכת X שמסביר את ההתאמה בין זוויות הפריהליון שלהם. ואם 12 גופים הם מקרה גבולי מבחינה סטטיסטית, על אחת כמה וכמה אם מדובר בארבעה. ואולם, משמעות המונח "גבולי" בעולם המדע שונה מעט מן המשמעות שלו בחיי היום־יום. "ההתאמה בין ארבעת העצמים הנותרים," אומר ברסר, "עשויה להתרחש במקרה רק בשיעור של אחוז אחד מן הזמן." אבל סיכויים קלושים אינם הוכחה לדבר. "רק מפני שכוכב לכת כזה אפשרי," אומרת שוואמב, והיא אכן מסכימה לכך שהוא אפשרי, "אינה מוכיחה את קיומו."

מדענים פלנטריים למדו את הלקח הזה יותר מפעם אחת. הפיזיקאי ריצ'רד מולר מאוניברסיטת קליפורניה בברקלי, סבר בשנות ה-80 שהוא יכול להסביר את היכחדויות המינים ההמוניות בכדור הארץ באמצעות השערה שבמרחק 10,000 יחידות אסטרונומיות מן השמש, או כ-1.5 שנות אור, מקיף אותה כוכב עמום או ננס חום, גוף בעל מסה קטנה מזו של כוכב אבל גדולה יותר מזו של כוכב לכת. פעם ב-26 מיליוני שנה, פחות או יותר, כך טענה ההשערה, מעיף העצם שקיבל את השם נמסיס [אלת הנקמה במיתולוגיה היוונית – העורכים] קבוצה של שביטים מתוך עננת אוּרט, מעטפת, משוערת עדיין, של גופי קרח המקיפה את מערכת השמש, רחוק הרבה יותר מסֶדְנָה או מכל גוף אחר שהאסטרונומים ראו מעולם. שביטי אוּרט אלה נופלים בכיוון השמש. כמה מהם מתנגשים בכדור הארץ, וכך נעלם שיעור ניכר מן המינים על כוכב הלכת שלנו.

תנועות ממצפה כוכבים בקליפורניה שמראות תמונה משונה של גוף שמימי בשם סדנה | Scientific American

שלוש תמונות, שצולמו בהפרשים של כשעה וחצי זו מזו במצפה הכוכבים פלומר שבקליפורניה, מראות את תנועתו של עצם עמום שהאסטרונומים מכנים בשם סֶדְנָה. המסלולים המשונים של סֶדְנָה ושל גופים דומים לה, מרמזים על קיומו של כוכב לכת נסתר מעבר לפלוטו. (באדיבות נאס"א, JPL וקלטק)


אבל כמו הטיעונים הנשמעים היום בזכות קיומו של כוכב לכת X, התיאוריה של מולר הייתה סבירה אך בקושי, והמחפשים את נמסיס חזרו בידיים ריקות פעם אחר פעם. לאחר מכן, ג'ון מטיס ודניאל וייטמייר, שניהם מאוניברסיטת לואיזיאנה בלאפייט, שיערו את דבר קיומו של כוכב לכת בגודל דומה לצדק בשוליים הרחוקים מאוד של מערכת השמש. הם עשו זאת כדי להסביר עודף לכאורה של שביטים בעלי זמן הקפה ארוך המגיעים מכיוון מסוים בשמים. "זה היה מאמר בספרות המדעית" אומרת שוואמב," משפט שבשפת המדענים משמעותו "לא 'קניתי את זה' מלכתחילה." ואכן, טלסקופ החלל של נאס"א הסורק את השמים בתת-אדום, WISE, לא גילה דבר. "היינו אמורים להיות מסוגלים לראות עצם בגודלו של צדק עד למרחק של 30,000 או אולי 40,000 יחידות אסטרונומיות מן השמש," אומר קווין לוהמן מאוניברסיטת מדינת פנסילבניה, שערך את החיפוש, "ועצם בגודלו של שבתאי עד למרחק של 10,000 או אולי 15,000 יחידות אסטרונומיות מן השמש." הם לא מצאו דבר. כוכב לכת X, שגודלו כגודל סופר־כדור־ארץ, אמור להיות הרבה יותר קרוב, אבל גם הרבה יותר עמום, ולכן אי אפשר לראותו בסקר הזה.

ישנו או איננו?

כשלרשותם רק 12 עצמים חריגים, המדענים הפלנטריים אינם יכולים לקבוע בשלב הזה אם יש במערכת השמש שלנו סופר־כדור־ארץ או לא. הדבר היחיד שהם יכולים לומר הוא שההשערה מתאימה לתצפיות. זיהוי עצמים נוספים בעלי מאפייני מסלול דומים חיוני לשם כך. זאת הסיבה שהאסטרונומים נרגשים כל כך מעצם חדש שקיומו הוכרז בנובמבר 2015. ל- V774104 יש פריהליון רחוק יותר מן השמש אפילו מזה של סֶדְנָה. מוקדם מדי לדעת אם מסלולו מאשש או סותר את קיומו האפשרי של כוכב לכת ענק ולא ידוע, אומר שפרד, שעמד בראש צוות התגלית. מוקדם גם לומר משהו לגבי כ-40 העצמים המרוחקים האחרים שמצא צוותו של שפרד באותה עת ב"סקר העמוק ביותר והרחב ביותר שנערך מעולם במערכת השמש החיצונית," כדבריו של שפרד. אבל ככל שהחוקרים ימצאו עוד עצמים, גוברים הסיכויים שהם יוכלו לקבוע באופן החלטי אם משהו מסתתר שם.

כדי לשפר את סיכוייהם אף יותר, המדענים הפלנטריים משתוקקים להניח כבר את ידיהם על טלסקופ הסקר הסינופטי הגדול, LSST, המתוכנן להתחיל לפעול בצפון צ'ילה ב-2018. הוא לא יהיה גדול יותר מן הטלסקופים הגדולים ביותר הפועלים כיום, אבל שדה הראייה שלו יהיה רחב הרבה יותר, ולכן הוא יאפשר לחפש בפיסות רקיע רחבות הרבה יותר. כיום, אומר טְרוֹחִיוֹ, אסטרונומים סרקו רק כ-10 מעלות ריבועיות של השמים בחיפוש עצמים עמומים ומרוחקים – הירח המלא, לשם השוואה, מכסה רבע מעלה ריבועית. ה-LSST "יוכל לסרוק הרבה יותר," הוא אומר.

אם סופר־כדור־ארץ מצוי אי שם, ואם הוא גדול ובהיר דיו, ה-LSST אמור למצוא אותו. ואולי מישהו כבר ראה. בדצמבר 2015, למשל, תצפיתנים טענו שהם צילמו תצלומים ישירים של עצם שעשוי להיות סופר־כדור־ארץ באמצעות המערך המילימטרי/תת־מילימטרי הגדול באטקמה שבצ'ילה. רוב עמיתיהם מפקפקים מאוד בדבר, אבל תצפיות נוספות עשויות לשנות זאת. ואולי, מישהו כבר צילם במקרה את הסופר־כדור־ארץ המקומי שלנו בטלסקופ אחר כלשהו. "אולי הוא מחכה בדיסק הקשיח של מישהו ואיש לא שם לב אליו מפני שלא חיפשו אותו, או לא חיפשו באופן הנכון," אומר טְרוֹחִיוֹ. "אנשים נוטים לראות רק את מה שהם מחפשים."

עדויות חדשות

[תוספת מאת כותב המאמר מייקל ד' למוניק, שהתפרסמה באתר סיינטיפיק אמריקן ב-20 בינואר 2016 בעקבות עדויות נוספות לקיומו של סופר־כדור־ארץ במערכת השמש שלנו. אנו מביאים גרסה מתורגמת וערוכה של הכתבה. – העורכים]

בניתוח חדש של נתונים, שהתקבל לפרסום בכתב העת The Astronomical Journal, הציגו המדענים הפלנטריים קונסטנטין בטיגין ומייק בראון מן המכון הטכנולוגי של קליפורניה (קלטק) עדויות נסיבתיות משכנעות, לדבריהם, בדבר קיומו של כוכב לכת גדול מאוד, שלא התגלה עד היום, שהמסה שלו גדולה אולי פי 10 מזו של כדור הארץ, המקיף את השמש בחשֵכה המרוחקת של מערכת השמש מעבר לפלוטו. המדענים מסיקים את קיומו מסטיות במסלולים של כמה גופים קטנים שאפשר לראותם בטלסקופ. "כבר זמן רב לא התרגשתי כל כך," אומר גרג לפלין, מומחה להיווצרות כוכבי לכת ולדינמיקה שלהם באוניברסיטת קליפורניה בסנטה קרוז, שלא השתתף במחקר.

העצם, שהחוקרים מכנים לעת עתה בשם "כוכב לכת תשע," מתקרב לכל היותר למרחק של 200 יחידות אסטרונומיות מן השמש, או פי חמישה מן המרחק הממוצע של פלוטו. על אף גודלו העצום, הוא אמור להיות עמום מאוד, אומרים כותבי המאמר, ולכן אין זה מפתיע שאיש לא ראה אותו עדיין.

אם הוא קיים בכלל. "לצערנו," אומר בראון, "אין בידינו זיהוי ממשי." אבל העדויות חזקות דיין כדי למשוך תשומת לב קפדנית מאוד של מומחים אחרים. "אני סבור שזה משכנע למדי," אומר צ'אד טְרוֹחִיוֹ ממצפה הכוכבים ג'מיני בהוואי. גם דיוויד נסבורני, תיאורטיקן של מערכת השמש במכון המחקר סאות'-וסט (SwRI) בבולדר שבקולורדו, התרשם מאוד מן התוצאות. "החבר'ה האלה טובים ממש," הוא אומר. "יש להם טיעונים משכנעים."

[כפי שנכתב במאמר הראשי למעלה,] בטיגין ובראון אינם הראשונים ששיערו שבמערכת השמש שלנו יש עוד כוכב לכת. טְרוֹחִיוֹ וסקוט שפרד ממכון קרנגי למדע הציעו את השערתם על בסיס ההתאמה הגבוהה בין זוויות הפריהליון של כמה גופים במערכת השמש החיצונית. הניתוח החדש מחזק את ההשערה באופן דרמתי. מתברר שהדמיון בזוויות הפריהליון הוא "רק קצה הקרחון," אומר בטיגין.

הדבר הראשון שהוא ובראון עשו, לדבריו, היה לנתח את הנתונים של טְרוֹחִיוֹ ושפרד מנקודת מבט רעננה לגמרי. "מה שראינו," אומר בטיגין, "הוא שצירי האליפסה הארוכים של מסלולי הגופים האלה מצויים באותו רביע של השמים." במילים אחרות, הם פונים לאותו כיוון. התוצאה הזאת אינה מובטחת. לשני גופים יכולות להיות זוויות פריהליון דומות גם כשבכל מובן אחר המסלולים שלהם שונים זה מזה מבחינה פיזיקלית. אך כשבראון ובטיגין סרטטו את המסלולים של העצמים האלה במערכת השמש החיצונים, הם שמו לב שהצורות האליפטיות המוארכות שלהם מיושרות מאוד זו לזו. "האם אין זה דבר שקשה להחמיצו?" שואל בראון. "אכן כן. זה מקרה שבו הראשים שלנו היו קבורים בהררי הנתונים. מעולם לא צעדנו צעד אחורה והתבוננו במערכת השמש מלמעלה. לא יכולתי להאמין לכך שמעולם לא שמתי לב לזה קודם לכן," הוא אומר. "זה מגוחך."

כיווניוּת המסלולים שימשה רמז חזק אף יותר לכך שמשהו מקבץ את הגופים המרוחקים האלה באופן פיזיקלי. "בהתחלה," אומר בראון, "אמרנו ש'לא ייתכן שם כוכב לכת, זה רעיון מטורף.'" ולכן הם בחנו את החלופה הסבירה ביותר: שחגורת קויפר, על כל גופי הקרח שלה מעבר לפלוטו, הסתדרה באופן טבעי, בדומה מאוד לגלקסיות שבאמצעות הכבידה קיבצו את עצמן לצורתן מתוך ענן הגז הקוסמי שנוצר מן המפץ הגדול.

 

הדמיה של העצמים המושפעים מכוכב לכת משוער בשם כוכב לכת תשע | Scientific American

עדויות חדשות
כוח הכובד של כוכב לכת משוער, שזכה לכינוי כוכב לכת תשע, עשויות להסביר מוזרויות במסלוליהם של שתי קבוצות של עצמים השוכנים מעבר לפלוטו. (האיור הופק באמצעות Worldwide Telescope, קלטק/ר' הארט (IPAC))


הקושי בתרחיש הזה, הבינו החוקרים כותבי המאמר, היה שלחגורת קויפר אין די מסה כדי שהתרחיש אכן יתממש. ואולם, כשהמדענים השתמשו ברעיון ה"מטורף" של כוכב לכת, ההדמיות יצרו בדיוק את המבנה הנכון של מסלולים מיושרים זה לזה. הן גם חשפו עוד משהו: הכבידה של כוכב הלכת הענק אמורה להביא ליצירת קבוצה נפרדת לגמרי של עצמים, שהמסלולים שלהן אינם מיושרים זה לזה אלא מוטים בזווית חדה ביחס למסלולי כוכבי הלכת – עד לזווית של 90 מעלות ממישור מערכת השמש. "זה נראה מבלבל ממש," אומר בטיגין. "אבל אז מייק אמר, 'אני חושב שראיתי משהו כזה בנתונים.'" ואכן, תצפיתנים כבר איתרו כשישה גופים בדיוק כאלה, ואיש לא הציע הסבר טוב למסלוליהם החריגים. כעת, הדמיות המחשב של בטיגין ובראון סיפקו הסבר. "העובדה שיש להם עכשיו שני קווי ראיות בלתי תלויים זה בזה לקיומו של כוכב לכת משוער," אומר לפלין, "מחזקת עוד יותר את טענתם."

לכוכב הלכת המתאים יותר מכול לנתונים, אמורה להיות מסה בסדר גודל של פי 10 ממסת כדור הארץ, אך פחות מזו של נפטון, כוכב הלכת הידוע הרביעי בגודלו סביב השמש, שמסתו גדולה בערך פי 17 מזו של כדור הארץ. המסה הזאת מציבה אותו, כאמור, בקטגוריה המכונה סופר־כדור־ארץ, הכוללת כוכבי לכת רבים המקיפים שמשות אחרות, אבל אף כוכב לכת, עד כה, במערכת השמש שלנו. המסלול הסביר ביותר שלו הוא מסלול מוארך מאוד, כזה המקרב אותו למרחק של 35 מיליארד קילומטרים מן השמש בנקודה הקרובה היותר ("ושם הוא עושה את עיקר הנזק," אומר בראון) ועד למרחק גדול פי שלושה עד פי שישה בנקודה הרחוקה ביותר.

ואפילו במרחק העצום הזה, בעיקרון אפשר אולי לצפות בכוכב לכת תשע באמצעות הטלסקופים הקיימים היום. הטלסקופ המתאים ביותר הוא טלסקופ סוברו היפני בהוואי, שיש לו מראה ענקית ללכידת אור קלוש וגם שדה ראייה רחב שיאפשר לחוקרים לסרוק בקלות רצועות רחבות של השמים. "לצערי, סוברו אינו בבעלותנו," אומר בראון, "ולכן לא סביר שאנחנו נהיה מי שימצאו אותו. אנחנו מכוונים אפוא כל אחד אחר היכן לחפש."

ועד שלא יראו את כוכב לכת תשע בפועל, אסטרונומים אינם יכולים לאשר אישור חד־משמעי שהוא אמיתי. "אני נוטה להיות חשדן מאוד באשר לטענות על כוכב לכת נוסף במערכת השמש," אומר האל לווינסון ממכון המחקר סאות'-וסט. "ראיתי הרבה, הרבה מאוד טענות כאלה לאורך הקריירה שלי, וכולן היו שגויות." העובדה שהמסלולים מיושרים זה לזה היא אמיתית, הוא מודה. "משהו גורם לכך. אבל צריך לחקור קצת יותר מהו הגורם הזה."

אבל בסך הכול, ברור שהמדענים הפלנטריים נסערים מן האפשרות שאנו עומדים על סף תגלית חשובה כל כך. "כשהתבגרתי," מספר שפרד, "חשבנו שכל כוכבי הלכת הגדולים כבר התגלו. זה יכול להיות מרגש מאוד ומפתיע מאוד לגלות שטעינו." הקהילה האסטרונומית שבויה כולה, אומר לפלין, בקסמי הדברים שנשא האסטרונום הבריטי ג'ון הרשל בפני האגודה הבריטית לקידום המדע ב-10 בספטמבר 1846. אי סדירות שהתגלתה במסלול של אורנוס רמזה אז שכבידה של כוכב לכת כבד ולא מוכר גורם לה.

וכך אמר הרשל על אודות העצם המסתורי: "אנו רואים אותו כפי שקולומבוס ראה את אמריקה מחופי ספרד. תנועותיו מורגשות לכל אורכו של קו החקירה מרחיק הלכת שלנו, בוודאות שנופלת רק מעט מראייה בעיניים." שבועיים בלבד אחר כך התגלה נפטון, בדיוק במקום שבו חישובי התיאורתיקנים חזו שהוא אמור להיות.

 

לקריאה נוספת

מאמר זה פורסם בעיתון Scientific American ותורגם ונערך בידי רשת אורט ישראל
 

 

0 תגובות