מחקר חדש נניח כי כוכבי לכת חיצוניים בעלי פוטנציאל למגורים נעולים בגאות עשויים להיות נפוצים מאוד
מחקרים על כוכבי ננס אדומים בעלי מסה נמוכה, קרירה במיוחד ועמומה במיוחד העלו שפע של כוכבי לכת חוץ-שמשיים לאחרונה. אלה כוללים את הגילויים של כוכב לכת סלע המקיף את הכוכב הקרוב ביותר למערכת השמש ( הבא ב ) ומערכת של שבעה כוכבי לכת במרחק של רק 40 שנות אור משם ( TRAPPIST-1 ). בשנים האחרונות, אסטרונומים זיהו גם מועמדים המקיפים את הכוכבים Gliese 581, Innes Star, Kepler 42, Gliese 832, Gliese 667, Gliese 3293 ואחרים.
רוב כוכבי הלכת הללו היו ארציים (כלומר סלעיים) בטבע, ורבים נמצאו מקיפים את הכוכב שלהם. אזור ראוי למגורים (המכונה 'אזור הזהב'). עם זאת, השאלה אם כוכבי הלכת הללו נעולים או לא, שבהם פרצוף אחד פונה כל הזמן לכיוון הכוכב שלהם, הייתה שאלה מתמשכת. ולפי א מחקר חדש מאוניברסיטת וושינגטון, כוכבי לכת נעולים בגאות עשויים להיות נפוצים יותר ממה שחשבו בעבר.
המחקר - הזמין באינטרנט תחת הכותרת ' נעילת גאות ושפל של כוכבי לכת חיצוניים שניתן למגורים ” – הובל על ידי רורי בארנס, עוזר פרופסור לאסטרונומיה ואסטרוביולוגיה באוניברסיטת וושינגטון. גם תיאורטיקן עם ה מעבדה וירטואלית פלנטרית , המחקר שלו מתמקד בהיווצרות והתפתחות של כוכבי לכת שמסתובבים ב'אזורי המגורים' של כוכבים בעלי מסה נמוכה ומסביבם.
נעילת גאות ושפל גורמת לכך שהירח מסתובב סביב צירו בערך באותו זמן שלוקח להקיף את כדור הארץ (צד שמאל). קרדיט: ויקיפדיה
עבור אסטרונומים מודרניים, נעילת גאות ושפל היא תופעה מובנת היטב. היא מתרחשת כתוצאה מהיותם לא העברה נטו של תנע זוויתי בין גוף אסטרונומי לגוף שהוא מקיף אותו. במילים אחרות, תקופת ההקפה של הגוף הסובב תואמת את תקופת הסיבוב שלו, מה שמבטיח שאותו צד של הגוף הזה תמיד פונה לכיוון כוכב הלכת או הכוכב שהוא מקיף אותו.
קחו בחשבון את הלוויין היחיד של כדור הארץ - הירח. בנוסף לכך שלוקח 27.32 ימים להקיף את כדור הארץ, לירח לוקח גם 27.32 ימים להסתובב פעם אחת על צירו. זו הסיבה שהירח מציג תמיד את אותם 'פנים' כלפי כדור הארץ, בעוד שהצד הפונה משם מכונה 'הצד האפל'. אסטרונומים מאמינים שזה הפך למקרה לאחר עצם בגודל מאדים ( תייה ) התנגש בכדור הארץ לפני כ-4.5 מיליארד שנים.
מלבד זריקת פסולת שבסופו של דבר תיצור את הירח, ההערכה היא שהפגיעה פגעה בכדור הארץ בזווית כזו שהעניקה לכוכב שלנו תקופת סיבוב ראשונית של 12 שעות. בעבר, חוקרים השתמשו בהערכה הזו של 12 שעות של סיבוב כדור הארץ כמודל להתנהגות כוכבי לכת. עם זאת, לפני המחקר של בארנס, מעולם לא נערכו בדיקות שיטתיות.
בניסיון להתמודד עם זה, בחר בארנס להתייחס להנחה ארוכת השנים שרק כוכבים קטנים ועמומים יותר יכולים לארח כוכבי לכת סובבים שהיו נעולים בגאות. הוא גם שקל אפשרויות אחרות, שכללו תקופות סיבוב ראשוניות איטיות יותר או מהירות יותר וכן שינויים בגודל כוכב הלכת ובאקסצנטריות של מסלוליהם. מה שהוא גילה היה שהמחקרים הקודמים היו די מוגבלים והתייחסו רק לתוצאה אחת.
כוכבי לכת סלעיים נעולים בגאות ושפל נפוצים סביב כוכבים בעלי מסה נמוכה מסוג M (ננס אדום), בשל מסלוליהם הקרובים. קרדיט: M. Weiss/CfA
כפי שהוא הסביר באוניברסיטת וושינגטון הודעה לעיתונות :
'עם זאת, מודלים של היווצרות פלנטרית מראים שהסיבוב הראשוני של כוכב לכת יכול להיות גדול בהרבה ממספר שעות, אולי אפילו מספר שבועות. ולכן כשאתה בוחן את הטווח הזה, מה שאתה מגלה הוא שיש אפשרות להרבה יותר כוכבי לכת חיצוניים להינעל בגאות. לדוגמה, אם כדור הארץ נוצר ללא ירח ועם 'יום' ראשוני שאורכו ארבעה ימים, מודל אחד מנבא שכדור הארץ יהיה נעול עד עכשיו לשמש'.
מכאן, הוא מצא שכוכבי לכת בעלי פוטנציאל למגורים המקיפים כוכבים מאוחרים מאוד מסוג M (ננס אדום) צפויים להגיע למסלולים מעגליים מאוד כמיליארד שנים לאחר היווצרותם. יתר על כן, הוא מצא שעבור הרוב, המסלולים שלהם יהיו מסונכרנים עם הסיבוב שלהם - כלומר. הם יהיו נעולים בגאות עם הכוכב שלהם. לממצאים אלו עשויות להיות השלכות משמעותיות על חקר היווצרות ואבולוציה של כוכבי לכת חיצוניים, שלא לדבר על יכולת המגורים.
בעבר, חשבו על כוכבי לכת נעולים בגאות כבעלי אקלים קיצוני, ובכך ביטלו כל אפשרות לחיים. כדוגמה, כוכב הלכת מרקורי חווה תהודה של 3:2 ספין-מסלול, כלומר הוא מסתובב שלוש פעמים על צירו עבור כל שני מסלולים שהוא משלים של השמש. בשל כך, יום בודד על מרקורי נמשך עד 176 ימי כדור הארץ, והטמפרטורה נעה בין 100 (-173 מעלות צלזיוס; -279 מעלות צלזיוס) ל-700 K (427 מעלות צלזיוס; 800 מעלות פרנהייט) בין צד היום לבין צד הלילה.
עבור כוכבי לכת נעולים בגאות ומסתובבים קרוב לכוכביהם, האמינו שהמצב הזה יהיה גרוע עוד יותר. עם זאת, מאז הגיעו אסטרונומים לשער שנוכחות של אטמוספירה סביב כוכבי הלכת הללו יכולה לחלק מחדש את הטמפרטורה על פני השטח שלהם. שלא כמו מרקורי, שאין לו אטמוספירה ואין בו רוח, כוכבי הלכת הללו יכולים לשמור על טמפרטורות שתומכות בחיים.
התרשמות האמן מכוכב לכת 'דמוי כדור הארץ' המקיף כוכב ננס אדום סמוך. קרדיט: ESO/M. קורנמסר/נ. Risinger (skysurvey.org).
בכל מקרה, מחקר זה הוא אחד מני רבים שמציב מגבלות על גילויים אחרונים של כוכבי לכת. זה חשוב במיוחד בהתחשב בכך שהגילוי והמחקר של כוכבי לכת חוץ-שמשיים עדיין בחיתוליו, ומוגבל לשיטות עקיפות במידה רבה. במילים אחרות, אסטרונומים מבצעים הערכות לגבי גודלו, הרכבו של כוכב הלכת והאם יש לו אטמוספרה או אין לו בהתבסס על מעברים וההשפעה שיש לכוכבי לכת אלה על הכוכבים שלהם.
בשנים הקרובות, משימות הדור הבא כמו טלסקופ חלל האינטרנט של ג'יימס וה מעבר לווייני סקר אקסופלנטים (TESS) צפויים לשפר את המצב הזה באופן דרסטי. בנוסף לביצוע תצפיות מפורטות יותר על תגליות קיימות, הן צפויות גם לחשוף שפע של כוכבי לכת נוספים. אם המחקר של בארנס נכון, רוב אלה שנמצאו יהיו נעולים בגאות, אבל זה לא אומר שהם לא ראויים למגורים.
מאמר פרופ' ברנס התקבל לפרסום בכתב העת מכניקה שמימית ואסטרונומיה דינמית . המחקר מומן על ידי מענק של נאס'א דרך המעבדה הווירטואלית הפלנטרית.
לקריאה נוספת: אוניברסיטת וושינגטון , arXiv