אסטרונומים בודקים ללא הרף את השמיים עבור הבלתי צפוי. הם מחפשים בליטות בלתי צפויות בנתונים שלהם - מאותתים לכוכב לכת לא ידוע המקיף כוכב, מחלקה חדשה של עצמים אסטרונומיים או אפילו קבוצה חדשה של חוקים פיזיקליים שישכתבו את החוקים הישנים. הם מוכנים לאמץ רעיונות חדשים שעשויים להחליף את החוכמה של שנים עברו.
אבל יש חריג אחד לכלל: החיפוש אחר Earth 2.0. כאן אנחנו לא רוצים למצוא את הבלתי צפוי, אלא את הצפוי. אנחנו רוצים למצוא כוכב לכת כל כך דומה לכוכב שלנו, שאנחנו כמעט יכולים לקרוא לו בית.
אמנם, אנחנו לא יכולים בדיוק לדמיין את כוכבי הלכת האלה בפירוט מספיק גדול כדי לראות אם זה עולם מים עם צמחים ירוקים ותרבויות, אבל אנחנו יכולים להשתמש בשיטות עקיפות כדי למצוא כוכב לכת 'דמוי כדור הארץ' - כוכב לכת עם מסה דומה רדיוס לכדור הארץ.
יש רק בעיה אחת: הטכניקות הנוכחיות למדידת מסתו של כוכב לכת מוגבלות. עד היום אסטרונומים מודדים מהירות רדיאלית - תנודות זעירות במסלול של כוכב כשהוא נמשך על ידי כוח הכבידה של כוכב הלכת החיצוני שלו - כדי לגזור את יחס המסה של כוכב לכת לכוכב.
אבל בהתחשב בכך שרוב כוכבי הלכת החיצוניים מזוהים באמצעות אות המעבר שלהם - צולל באור כשכוכב לכת חולף מול הכוכב המארח שלו - האם לא יהיה זה נהדר אם נוכל למדוד את המסה שלו על סמך שיטה זו בלבד? ובכן, אסטרונומים ב-MIT מצאו דרך.
סטודנט לתואר שני ג'וליאן דה ויט ועמית מקארתור שרה סיגר פיתחו טכניקה חדשה לקביעת מסה באמצעות אות מעבר של כוכב לכת בלבד. כאשר כוכב לכת עובר, אור הכוכב עובר דרך שכבה דקה של האטמוספירה של כוכב הלכת, אשר סופגת אורכי גל מסוימים של אור הכוכב. ברגע שאור הכוכבים יגיע לכדור הארץ יוטבעו בו טביעות האצבע הכימיות של הרכב האטמוספירה.
ספקטרום השידור שנקרא מאפשר לאסטרונומים לחקור את האטמוספרות של עולמות זרים אלה.
אבל הנה המפתח: כוכב לכת מסיבי יותר יכול להחזיק באטמוספירה עבה יותר. אז בתיאוריה, המסה של כוכב הלכת יכולה להימדד על סמך האטמוספירה, או ספקטרום השידור בלבד.
כמובן שאין מתאם אחד לאחד או שהיינו מבינים את זה מזמן. היקף האטמוספירה תלוי גם בטמפרטורה שלה ובמשקל המולקולות שלה. מימן כל כך קל שהוא חומק מהאטמוספירה בקלות רבה יותר מאשר, למשל, חמצן.
אז דה ויט עבד מתוך משוואה סטנדרטית המתארת את גובה קנה המידה - המרחק האנכי שבו יורד הלחץ של האטמוספירה. המידה שבה הלחץ יורד תלויה בטמפרטורה של כוכב הלכת, בכוח הכבידה של כוכב הלכת (הידוע גם במסה) ובצפיפות האטמוספירה.
לפי האלגברה הבסיסית: ידיעת כל שלושה מהפרמטרים הללו תאפשר לנו לפתור את הרביעי. לכן כוח הכבידה של כוכב הלכת, או המסה, יכול להיגזר מהטמפרטורה האטמוספרית, פרופיל הלחץ והצפיפות שלו - פרמטרים שעשויים להתקבל בספקטרום שידור בלבד.
עם העבודה התיאורטית מאחוריהם, דה ויט וסייגר השתמשו ב-Jupiter HD 189733b החם, עם מסה כבר מבוססת, כמקרה בוחן. החישובים שלהם חשפו את אותה מדידת מסה (פי 1.15 מהמסה של צדק) מזו שהתקבלה במדידות מהירות רדיאלית.
טכניקה חדשה זו תוכל לאפיין את מסת כוכבי הלכת החיצוניים בהתבסס על נתוני המעבר שלהם בלבד. בעוד שצדקים לוהטים נותרו המטרה העיקרית לטכניקה החדשה, דה ויט וסיגר שואפים לתאר כוכבי לכת דמויי כדור הארץ בעתיד הקרוב. עם שיגור טלסקופ החלל ג'יימס ווב המתוכנן לשנת 2018, אסטרונומים אמורים להיות מסוגלים להשיג מסה של עולמות קטנים בהרבה.
המאמר פורסם במגזין המדע וזמין כעת להורדה בצורה הרבה יותר ארוכה פה .