האטמוספרה שלא אמורה להתקיים

עד כה גילו חוקרים יותר מ-5,000 כוכבי לכת במערכות שמש אחרות, אבל רק כעת מצאו כוכב לכת עם ראיות חזקות לכך שיש לו אטמוספרה משמעותית. יתרה מזאת, מדובר בכוכב לכת קרוב מאוד לשמש  שלו, באזור שעל פי הסברה המקובלת הטמפרטורה גבוהה מדי לקיום של אטמוספרה יציבה.

תרחיש אטמוספרי

הכוכב TOI-561 הוא שמש מסוג “ננס כתום”, קצת יותר קטנה וקצת פחות לוהטת מהשמש שלנו, השוכנת כ-275 שנות אור מאיתנו בקבוצת הכוכבים סקסטנט. על פי ההערכות השמש הזו קשישה בהרבה מהשמש שלנו, וגילה נאמד בכ-10 מיליארד שנים. בשנת 2020 גילו חוקרים שניתחו נתונים של טלסקופ החלל TESS כי סביב השמש הזו חגים לפחות שלושה כוכבי לכת. את מרב תשומת הלב ריכז כוכב הלכת הקרוב ביותר אל השמש, TOI-561b, שעל פי הנתונים הוא כוכב לכת סלעי, גדול רק במעט מכדור הארץ. כוכב הלכת הזה קרוב לשמש שלו בערך פי מאה מהקירבה של כדור הארץ לשמש שלנו, והוא משלים הקפה סביבה ב-11 שעות ארץ בלבד. המשמעות היא שהטמפרטורות על פניו צריכות להיות באזור 2,700 מעלות צלזיוס, לפחות בצד הפונה אל השמש. החוקרים מעריכים כי כוכב הלכת נמצא ב”נעילת גאות” עם השמש שלו, כך שאותו צד תמיד פונה אליה, כמו שהירח תמיד מפנה את אותו צד לכדור הארץ.

צוות חוקרים בינלאומי בהובלת אסטרופיזיקאים מארצות הברית ומבריטניה השתמש בטלסקופ החלל ג’יימס וב כדי לנסות לבחון אם יש לכוכב הלכת הזה אטמוספרה. בכוכב לכת שנמצא כה קרוב לשמש שלו, אין כמעט אפשרות לבחון ישירות אם קיימת אטמוספרה או לנסות לזהות את הרכבה. עם זאת, אפשר לחפש ראיות לאטמוספרה כזו בדרכים אחרות, וזה מה שהחוקרים עשו. הם השתמשו בספקטרומטר של הטלסקופ כדי לנסות לאמוד את הטמפרטורה בצדו של כוכב הלכת הפונה לשמש שלו: אם הוא אכן מתחמם ישירות, הטמפרטורה שלו צפויה להיות כאמור כ-2,700 מעלות, אבל אם יש לו אטמוספרה שמפזרת את החום ומסיעה חלק ממנו לצד המוסתר של כוכב הלכת, אפשר לצפות שהיא תהיה נמוכה יותר. ואכן, על פי המדידות שפורסמו בסוף השבוע שעבר, הטמפרטורה של כוכב הלכת בצד הפונה לשמש היא כ-1,800 מעלות צלזיוס. זו עדיין טמפרטורה שמתיכה סלעים, אבל הרבה פחות לוהטת מהתחזית בהעדר אטמוספרה.

כדי לאמת את ההערכה הזו, הכינו החוקרים מראש שלושה תרחישים אפשריים: באחד אין לכוכב הלכת שום אטמוספרה, והסעת חום יכולה להתבצע, לפחות במידה מסוימת, באמצעות אוקיינוס המגמה – הסלעים המותכים. עם זאת, בתרחיש כזה הסלעים בצד הרחוק מהשמש יהיו מוצקים, כך שהסעת החום מוגבלת מאוד. בתרחיש השני יש לכוכבת הלכת אטמוספרה דקה, בעיקר אדים של סלע מותך, אך גם שכבה כזו צפויה להסיע הרבה פחות חום ממה שנמדד בפועל. התרחיש השלישי הוא של אטמוספרה עבה. “אנו באמת זקוקים לאטמוספרה עבה ועשירה בחומרים נדיפים כדי הסביר את כל התצפיות”, אמרה אנג’לי פיאט (Piette) מאוניברסיטת בירמינגהם באנגליה, אחת ממובילי המחקר. “רוחות חזקות יכולות לקרר את הצד המואר של כוכב הלכת, באמצעות העברת חום לצד החשוך שלו. […] ייתכן גם שהאטמוספרה מכילה עננים בהירים של תחמוצות סיליקון, שמקררים אותה באמצעות החזרה של אור השמש”.

כדור לבה

 אף שהראיות לקיומה של אטמוספרה עבה בכוכב הלכת TOI-561b נראות משכנעות, עדיין לא ברור איך כוכב לכת יכול לשמר אטמוספרה יציבה כל כך קרוב לשמש שלו, בטמפרטורה שאמורה לגרום לחומר רב להתנדף לחלל. ייתכן בהחלט שכוכב הלכת מאבד גזים לחלל, אבל בקצב נמוך מהצפוי.

“אנו חושבים שיש שיווי משקל בין אוקיינוס המגמה לאטמוספרה של כוכב הלכת. הסלעים המותכים פולטים גז לאטמוספרה, אבל אוקיינוס המגמה קולט חזרה הרבה אדים, ומחזיר אותם לכוכב הלכת”, הסביר חבר נוסף בצוות המחקר, טים ליכטנברג (Lichtenberg) מאוניברסיטת חרונינגן בהולנד. “כדי להסביר את הממצאים כוכב הלכת הזה צריך להיות הרבה הרבה יותר עשיר מכדור הארץ בחומרים נדיפים. הוא ממש כמו כדור של לבה רטובה”.

ממצאי המחקר מבוססים על תצפיות שנעשו בטלסקופ החלל במחודש מאי 2024, ונמשכו כמעט 37 שעות ברציפות, שהן קרוב לארבע שנים של TOI-561b, כלומר במשך הזמן הזה הוא השלים כמעט ארבע הקפות של השמש שלו. החוקרים ממשיכים לבחון את הנתונים הרבים שאסף הטלסקופ, בתקווה שניתוח מדוקדק יותר של מדידות הטמפרטורה בשלבים שונים של ההקפה לא רק יסייע לחזק את הממצאים שלהם, אלא גם יניב תובנות על הרכבה של האטמוספרה המעניינת.