"אגדה" אסטרונומית מודרנית

רוב התיאוריות של כוכבי הלכת מניחות כי הם נוצרו במסלולים מעגליים, כולם במישור אחד מסביב לשמש. למרות שזה מתאר את מערכת השמש שלנו, ישנן אי התאמות קלות: מסלולים לא-מעגליים (חריגים) שהם בשיפוע (או בנטייה) אחד ביחס לרעהו.

צדק, שבתאי ואוראנוס הם בעלי חריגה של 6, 9, ו-8 אחוזים, יחסית. הנטיות של כוכבי הלכת החיצוניים הן בערך 2 מעלות ממישור מערכת השמש. סטיות קלות אלה קשות להסבר, כיוון שגז ושאריות מהיווצרות כוכב לכת גורמים לכוכבי לכת להיגרר למסלול מעגלי מדויק.

הלם למערכת

חוקרים מראים עכשיו בסימולציות מחשב שהלם דרמטי שארע למערכת השמש הצעירה יכול היה לשנות את מסלוליהם – כולל השיפועים והנטיות – של כוכבי הלכת הענקיים.

כתוספת, ההלם מספק הסבר למקור האסטרואידים הטרויאניים – סלעים המקיפים את השמש לפני או אחרי צדק, קשורים לכוכב הלכת בכוח הכבידה. ההלם מסביר גם את מספרן של הפגיעות בירח (הקרויות גם 'הפצצות כבדות מאוחרות') שאירעו לפני כ-4 ביליון שנה והתגלו במחקרים על מכתשי הירח.

האל לויסון (Hal Levison) ממכון המחקר הדרום-מערבי ארה"ב הציג לראשונה את המודל החדש בסימפוזיון שנערך החודש במכון המדעי של טלסקופ החלל (STScl). המודל ייחשף באופן רשמי ב-26 במאי בירחון 'Nature'.

"אני קורא לכך 'אגדה' מכיוון שזה סיפור יפה וקומפקטי" אומר לויסון, "ואני מקווה שהוא ישמש השראה לדיון בהמשך". האם זו אמת – עוד ייווכח בעתיד. "אני אוהב את 'סיפור האגדה' הזה כיוון שהוא פותר כמה דברים" אומר מריו ליביו (Mario Livio) חוקר תיאורטיקן ב-STScl, "אבל יש כמה נתוני קלט ודאיים – כמו המסלול הראשוני של כוכבי הלכת הענקיים ויצירת הדיסקה – שיידרשו הסברים נוספים".

מערכה ראשונה

הסיפור מתחיל עם השחקנים העיקריים - צדק, שבתאי, אוראנוס ונפטון בתצורה מסלולית הדוקה, המוקפים בשחקני משנה - שברים הנקראים פלאנטיסימלים (planetesimals). לכוכבי לכת ופלאנטיסימלים יש מפגשים רבים, המסתיימים לרוב ב"פרישתו" של הקטן מביניהם, אך לעיתים עלולים לגרום לנדידתו של כוכב הלכת.

"אם כוכב לכת משליך פלאנטיסימל אל מחוץ למערכת השמש, כוכב הלכת עצמו נע במידה מזערית לכיוון השמש כפיצוי" מסביר קליאומניס ציגאניס(Kleomenis Tsiganis). "אם לעומת זאת, כוכב הלכת משליך את הפלאנטיסימל לכיוון פנים מערכת השמש, כוכב הלכת נע מעט מכיוון השמש והלאה."

ציגאניס ואלסאנדרו מורבידלי (Alessandro Morbidelli) ממצפה La Côte d'Azur בצרפת, יחד עם לויסון ורודני גומז(Rodney Gomes) מהמצפה הלאומי של ברזיל, פיתחו את הסימולציות על מנת לעקוב אחר היווצרות כוכבי הלכת.

עם הזמן, התנגשויות שברי כוכבי הלכת בכוכבי הלכת הענקיים גרמו לצדק להתקרב יותר לשמש, בעוד שלשלושת כוכבי הלכת האחרים הם גרמו להתרחק ממנה.

תופעת הרזונאנס

נקודת התפנית העיקרית בסיפור היא, ההלם שאירע בזמן ש-2 השחקנים העיקריים - צדק ושבתאי – נדדו לנקודה גרביטציונית הנקראת "רזונאנס". דבר זה קורה כששנה של כוכב לכת אחד היא מכפלה מדויקת של שנתו של השני. סינכרוניות המסלולים הבו-זמנית של כוכבי הלכת יכולה ליצור נטיות קלות במסלולים, כמו גם התנגשויות בחומר שמסביב.

הרזונאנס החזק ביותר הינו 1:2 – התואם להקפה אחת של כוכב לכת במסלול בעוד משנהו משלים בינתיים 2 הקפות. צדק ושבתאי כרגע נמצאים ביחס של 1:2.5 – כבר לא רזונאנס. המדענים חושדים ש-2 הענקים הללו החלו את דרכם קרובים יותר זה לזה ונדדו זה מזה – יוצרים בדרכם רזונאנס של 1:2 – שגרם למהומה בכל מערכת השמש.

"זה גרם למסלוליהם של אוראנוס ונפטון להשתגע" אומר גומז.

חומר בונוס

התוהו ובוהו שנוצר כתוצאה מהרזונאנס שכך רק לאחר כמה מיליוני שנים, אך סימולציות מראות שארבעת כוכבי הלכת נשארו עם נטיות התואמות גם לתצפיות. יתרה מכך, "הריקוד" של כוכבי הלכת החיצוניים זרק פלאנטיסימלים לכל הכיוונים ולדבר זה היו 2 השלכות עיקריות.

ראשית, חלק מהשברים נסחפו ברדיוס זהה לזה של צדק, אבל בזווית של 60 מעלות. זהו מיקומם של האסטרואידים הטרויאניים – חגורת אסטרואידים הנמצאת בין צדק ומאדים.

תיאוריות קודמות לאסטרואידים הטרויאניים העריכו שהם נוצרו בקרבת כוכב הלכת, אך הן אינן יכולות להסביר את נטייתם הגדולה של 40 מעלות לפחות מהמישור. בכל מקרה זו לא הייתה בעיה אם האסטרואידים נלכדו במהלך הערבוב הפלנטארי.

תוצאה הרת גורל שנייה של הרזונאנס עשויה להיות קשורה בהפצצות הרבות של הירח באותה תקופה – 700 מיליון שנה לאחר היווצרות הירח, שבה יש עלייה משמעותית במכתשים שעל פניו.

בסימולציות שעורכים החוקרים, הם יכולים לאתר את כמות הפלאנטיסימלים שנזרקו לתוך מערכת השמש ולהעריך שהירח הותקף בכ-10 קוואדריליון טון של חומר – כמות דומה לזו שהונחתה עליו במשך תקופת ה-LHB (Lunar Heavy Bombardments).

מוסר השכל

"המודל שלנו מסביר כל כך הרבה דברים, שאנו מאמינים שהוא חייב להיות נכון בבסיסו" אומר מורבידלי. "מערכת השמש החיצונית מראה שכוכבי הלכת עברו כנראה ניעור רציני לאחר שתהליך יצירת כוכבי הלכת הסתיים". למרות שסיפור זה קומפקטי, יש לו סיבוכים משלו.

דאגלס לין (Douglas Lin) מאוניברסיטת קליפורניה נסטה-קרוז מוטרד מכך שמערכת השמש הפנימית עלולה הייתה להיות מופרעת קשות מתנועות חריגות של כוכבי הלכת הענקיים.

"אף פשע הינו מושלם" אומד לין, "עם הרזונאנס לא קשה לערבב הכול, אבל לגרום לדברים לקרות בזמן ובמקום שאתה מעוניין קשה מאד".

הייתה גם עדות שהוצגה בסימפוזיון של STScl ע"י רנו מלהוטרה (Renu Malhotra) מאוניברסיטת אריזונה, שגודלי המכתשים על הירח תואמים את גדלי האובייקטים בחגורת האסטרואידים. דבר זה נוגד את הסיפור שהוצג על תרומתם של הפלאנטיסימלים להפצצות על הירח.

הכותבת היא חברת האגודה הישראלית לאסטרונומיה .