מאילו חומרים עשויים כוכבי הלכת?

אסטרונומיה היא מדע העוסק באקזוטי, אבל האסטרונומים מבקשים למצוא את המוכר דווקא: כוכב לכת אחר הדומה לכדור הארץ, מקום מסביר פנים ביקום עוין.

החללית קפלר, ששוגרה במארס 2009, היא הכלי הטוב ביותר שיש בידם בינתיים לגילוי כוכבי לכת דמויי כדור הארץ בקרבת כוכבים הדומים לשמש שלנו, להבדיל מכוכבי הלכת הענקיים שהעלו חיפושיהם של מגלי הפלנטות עד כה.

רבים צופים ש-2010 תהיה שנת כדורי הארץ החוצניים. אבל אם לשפוט לפי כוכבי הלכת הענקיים, שאינם דומים כלל למה שהאסטרונומים ציפו למצוא, הרי שגם כדורי הארץ האלה לא יהיו דומים כל כך למוכר לנו.

התיאורטיקנים הבינו בשנים האחרונות שכוכבי לכת בעלי מסה דומה לזו של כדור הארץ יכולים להיות טיפות מים עצומות, כדורי חנקן או גושי ברזל. חִשבו על היסוד או על התרכובת החביבים עליכם - מישהו כבר חשב על כוכב לכת שעשוי מהם.

התחרות בין החמצן לפחמן

מגוון האפשרויות תלוי מאוד ביחס שבין פחמן לחמצן, שני היסודות הנפוצים ביקום, אחרי מימן והליום. במערכת שמש עוברית, מגיבים היסודות האלה זה עם זה ויוצרים פחמן חד-חמצני. ובסופו של דבר, היסוד המצוי בכמות מעט גדולה יותר מכתיב את הכימיה של כוכב הלכת.

במערכת השמש שלנו, החמצן הוא השליט. אנחנו נוטים אמנם לחשוב על כוכב הלכת שלנו במונחים של פחמן, בסיס החיים, אבל היסוד הזה הוא בעצם מרכיב משני למדי. כוכבי הלכת הארציים עשויים ממינרלים סיליקאטים (שקשורים ביסוד סיליקון), העשירים בחמצן. כוכבי הלכת החיצוניים במערכת השמש שלנו שופעים תרכובת עתירת חמצן אחרת: מים.

מחקר חדש מראה בפירוט כיצד הפחמן הפסיד במערכה. ג'ייד בונד מאוניברסיטת אריזונה והמכון למדעים פלנטריים (PSI), דנטה לורטה מאריזונה ודייוויד או'בריאן מ-PSI, בנו הדמיית מחשב המשחזרת כיצד התפזרו היסודות הכימיים במערכת השמש בעת היווצרותה.

הם גילו שהפחמן נשאר במצב גזי בדיסקה הקדם-פלנטרית ולבסוף הועף הרחק לחלל; כדור הארץ הבראשיתי נשאר אפוא בלי פחמן כלל. הפחמן שבגופנו היום הגיע כנראה אחר כך, באסטרואידים ובשביטים שנוצרו בתנאים שאפשרו לכלול פחמן בהרכבם.

אילו נטה המאזן בין הפחמן לחמצן לצד השני, כדור הארץ היה שונה מאוד, כפי שטענו ב-2005 מרק קושנר, שהיה אז באוניברסיטת פרינסטון, ושרה סיגר, שהייתה אז במכון קרנגי בוושינגטון.

במקרה כזה, הוא לא היה עשוי מסיליקאטים, אלא מתרכובות פחמניות כמו צורן פַּחְמִי (סיליקון קרבידי) וגם פחמן טהור של ממש.

הקרום שלו היה עשוי בעיקר מגרפיט, וכמה קילומטרים מתחת לפני הקרקע, הלחץ היה גדול דיו ליצירת מעטפת קשיחה של יהלום וגבישים אחרים. במקום קרח של מים, היה בכוכב הלכת הזה קרח של פחמן חד-חמצני או של מתאן; ובמקום מים, ייתכן שהיו בו אוקיינוסים של זפת.

ייתכן שהגלקסיה מלאה עולמות כאלה. לפי סקר תצפיות שבונד מצטטת, יחס הפחמן-חמצן הממוצע בכוכבים, שכוכבי לכת מקיפים אותם, גבוה מזה של השמש שלנו, ולפי ההדמיה שעשו היא וצוותה, רוב המערכות המועשרות בפחמן מולידות כוכבי פחמן. "יש הרכבים השונים מאוד מהרכב השמש, ובהתאם לכך, הרכב כוכבי הלכת הדומים לארץ יהיה גם הוא שונה מאוד," אומרת בונד.

אבל ראוי לומר שסקרים אחרים מצאו שהרכב השמש אינו שונה מן ההרכב הממוצע של כוכבים מסוגה. החללית קפלר עשויה ליישב את המחלוקת, משום שאפילו המידע המועט שהיא מסוגל ללקט על אודות כוכבי הלכת, כלומר המסה והרדיוס שלהם, די בו כדי ללמד על הרכבם הכללי.

ייתכן שכדורי ארץ פחמניים נפוצים במיוחד בסביבות מוזרות, כמו למשל בקרבת ננסים לבנים או כוכבי נויטרונים. באזורים בגלקסיה העשירים ביסודות כבדים באופן כללי, כמו במרכז הגלקסיה, יחס הפחמן-חמצן גדול יותר. עם הזמן, בעוד הכוכבים מוסיפים לייצר יסודות כבדים, יתחיל המאזן לנטות לטובת הפחמן בכל מקום.

תגלית זו ותגליות אסטרונומיות אחרות הופכות על פניהם את המושגים שלנו בדבר מוכר וזר. רוב הגלקסיה עשויה מחומר אפל; רוב השמשות עמומות ואדומות יותר משלנו; וכעת, כך נראה, אפשר שכדורי ארץ אחרים אינם דומים כל כך לכדור הארץ. אם יש חריגים הראויים לתואר "אקזוטי", הרי הם אנחנו.

הכתבה התפרסמה בגיליון אפריל של המגזין "סיינטיפיק אמריקן - ישראל" בהוצאת אורט.