טלסקופ ווב מיפה לראשונה את צורתו של כוכב לכת רחוק, ומצא פער של 650 מעלות

כ-1,250 מעלות צלזיוס בצד אחד של כוכב הלכת, וכ-600 מעלות בצד השני: זה הפער שמדדו אסטרונומים באטמוספירה של WASP-17b, ענק גזים שמקיף כוכב במרחק של יותר מ-1,000 שנות אור מכדור הארץ. את המדידה עשו בטלסקופ החלל ג'יימס ווב, בשיטה חדשה שמאפשרת לראשונה לעקוב אחרי קווי המתאר של כוכב לכת מחוץ למערכת השמש לאורך כל ההיקף שלו, ולא כממוצע אחד. העבודה, בהובלת ד"ר לילי אלדרסון מאוניברסיטת קורנל ופרופ' חנה וייקפורד מאוניברסיטת בריסטול, פורסמה בשבוע שעבר בכתב העת Nature Astronomy, ובצוות שלה 21 חוקרים.

WASP-17b שייך לקבוצה שהאסטרונומים מכנים "צדקים חמים": כוכבי לכת גזיים בגודל של צדק, שמקיפים את הכוכב שלהם מקרוב כל כך שהשנה שלהם נמשכת ימים ספורים. אצלו היא נמשכת 3.7 ימים. המסה שלו כמחצית ממסת צדק, אבל הרדיוס שלו גדול כמעט פי 2, והאטמוספירה התפוחה שלו נוחה במיוחד לתצפית. כמו רוב הצדקים החמים, הוא נעול בגאות: צד אחד פונה תמיד אל הכוכב ונמצא ביום נצחי, והצד השני שקוע בלילה תמידי. הטמפרטורה האופיינית שלו מוערכת בכ-1,500 מעלות.

"במקום להניח שכוכב הלכת הוא עיגול עם אותו רדיוס מכל הצדדים, השיטה שלנו מאפשרת למדוד מרחקים שונים בין המרכז לשוליים", הסבירה אלדרסון. "אנחנו מסוגלים לעבור לאורך השוליים. עברנו מטבעת אחת להבנה איפה על הטבעת יושבות אבני החן, אם אפשר לומר כך".

מטבעת אחידה למפה של השוליים

כשכוכב לכת חולף מול הכוכב שלו, חלק זעיר מאור הכוכב עובר דרך הטבעת הדקה של האטמוספירה שעוטפת את שוליו. מולקולות כמו מים ופחמן דו-חמצני בולעות אורכי גל מסוימים, ומהדפוס הזה אפשר ללמוד ממה האטמוספירה עשויה וכמה היא חמה. עד היום כמעט כל המחקרים התייחסו לטבעת כולה כיחידה אחת, או חילקו אותה לשני חצאים, צד הבוקר וצד הערב. השיטה החדשה, transmission strings, פותחה בבריסטול בידי ד"ר דיוויד גרנט ווייקפורד. היא מתארת את קו המתאר של כוכב הלכת כעקומה גמישה, שנבנית מסכום של גלים, ומתאימה את צורתה לירידה באור הכוכב לאורך המעבר. מתוך העקומה הזאת הפיקו החוקרים ספקטרום נפרד לכל זווית סביב השוליים, בקפיצות של 20 מעלות מקצה הבוקר ועד קצה הערב, ב-24 תחומים של אורכי גל.

הנתונים נאספו בשלושה מכשירים שונים של ווב, שפורשים יחד טווח של 0.6 עד 12 מיקרון באינפרא-אדום, במסגרת תוכנית תצפיות שבראשה עומדת פרופ' ניקול לואיס מקורנל. החוקרים הניחו שחצי הכדור הצפוני והדרומי של כוכב הלכת זהים, על סמך מודלים של זרימת האוויר שמראים סילון רוחות חזק סביב קו המשווה, וכך צמצמו את היקף החישובים. WASP-17b נבחר משום שהאטמוספירה הנפוחה שלו נותנת אות חזק מאוד, והשיטה דורשת אות כזה.

צד הערב תפוח כמעט פי 2

בקצה הבוקר הספקטרום כמעט שטוח, עם סימנים חלשים של גזים, ואילו בקצה הערב בולטים סימנים חזקים של מים, בעיקר בתחום של 1 עד 3 מיקרון, ושל פחמן דו-חמצני. לפי החישובים, הטמפרטורה בצד הבוקר עומדת על כ-860 קלווין, כ-585 מעלות צלזיוס, ובצד הערב על כ-1,520 קלווין, כ-1,250 מעלות. גז חם מתפשט, ולכן עובי האטמוספירה בצד הערב גדול פי 1.8 בערך מזה שבצד הבוקר. ההבדל בקו המתאר עצמו קטן, כ-1% עד 1.6% מרדיוס כוכב הלכת, אבל הוא מספיק כדי שהצורה תהיה מעט ביצית ולא עיגול מושלם.

סילון רוחות חזק סביב קו המשווה נושב מזרחה וסוחף חום מצד היום אל צד הלילה. הגז שמגיע לקצה הערב יצא זה עתה מהצד המואר והוא עדיין לוהט, ואילו הגז בקצה הבוקר מגיע אחרי מסע ארוך בצד החשוך. "התיאוריה צופה הבדל חד בטמפרטורה בין צד הבוקר לצד הערב, ו-WASP-17b משתלב במגמה הזאת יפה מאוד, כמעט בדיוק מה שחשבנו שנמצא", אמרה אלדרסון. לדבריה, היה חשוב גם לראות שכמות המים והפחמן הדו-חמצני כמעט קבועה לאורך כל השוליים.

הפער שנמדד, כ-650 מעלות, גדול מזה שנמצא בשלושה כוכבי לכת אחרים שנבדקו בשיטות קודמות: כ-180 מעלות ב-WASP-39b, כ-100 ב-WASP-107b וכ-280 ב-WASP-94Ab. גם זה תואם את המודלים, כי WASP-17b חם מכולם. הטמפרטורות מתיישבות עם מדידות של הקרינה מצד הלילה של כוכב הלכת ועם מיפוי שנעשה בזמן שהוא נעלם מאחורי הכוכב שלו, ולפי החוקרים זה אחד המבטים המקיפים ביותר שהושגו עד היום על אטמוספירה של כוכב לכת מחוץ למערכת השמש. במפה יש גם רמזים חלשים יותר: ייתכן שיש יותר מתאן ליד הקטבים מאשר ליד קו המשווה, וייתכן שבצד הלילה יש דו-תחמוצת הגופרית, אבל שני הממצאים האלה רחוקים מוודאות.

שוליים מטושטשים ושאלת העננים

כדי להתאים לאור הכוכב צורה גמישה ולא עיגול, השיטה זקוקה לאות חזק במיוחד, והמחיר הוא דיוק נמוך יותר. הספקטרומים שהתקבלו גסים פי 5 בערך מאלה שהפיק בעבר טלסקופ החלל האבל לאותו כוכב לכת, ומרווחי הטעות רחבים. בצד הבוקר, שבו הסימנים חלשים, הטמפרטורה האמיתית יכולה לנוע בין כ-350 לכ-1,000 מעלות צלזיוס. על העננים והאובך החוקרים לא הצליחו לקבוע דבר, משום שהנתונים של ווב מתחילים באורך גל של 0.6 מיקרון, בעוד שהפיזור של אובך בולט בעיקר באורכי גל קצרים יותר, והאות של מכשיר MIRI חלש מדי מעבר ל-5 מיקרון. גם ההנחה שהצפון והדרום של כוכב הלכת זהים טרם נבדקה בתצפית.

• הירח מתכווץ, ועכשיו יודעים בכמה: יותר מ-10,000 שברים צעירים מפוזרים על פניו
• ניוטרון מתעכב: רוקט לאב דוחה את טיסת הבכורה ל־2027 והמניה נופלת

טווח הטמפרטורות שנמדד, בין כ-850 לכ-1,500 קלווין, חוצה לפי המודלים את הגבול שבין עננים של סיליקטים, מינרלים מהסוג שבונה סלעים, לבין עננים של מלחים. ייתכן אפוא שסביב השוליים של WASP-17b מרחפים סוגים שונים של עננים. תצפיות נוספות של ווב במכשיר MIRI, בתוכנית שאחד ממוביליה הוא הדוקטורנט אלייג'ה מולנס מקורנל, אמורות לשפר את הדיוק באורכי הגל הארוכים ולבחון את האפשרות הזאת.

"כוכבי לכת הם עולמות הפכפכים, והאטמוספירות שלהם מורכבות וכאוטיות", אמרה וייקפורד. "העובדה שכל המספרים האלה התחברו והראו לנו מבנה מסודר ודינמי כל כך של עולם ענק, במרחק של יותר מ-1,000 שנות אור, הייתה מרגשת מאוד".

עד היום אושרו יותר מ-6,000 כוכבי לכת מחוץ למערכת השמש, והצוות מתכנן להפעיל את השיטה על כוכבי לכת נוספים, בעיקר כאלה שהאטמוספירה שלהם תפוחה ונותנת אות חזק. ווב, ששוגר בסוף 2021 ועלה כ-10 מיליארד דולר, כבר אינו לבד: נאס"א שיגרה את טלסקופ החלל רומן, בעלות של 4.3 מיליארד דולר, והוא יחפש בין השאר כוכבי לכת רחוקים. במקביל נבחנות דרכים אחרות להכיר עולמות כאלה, ובאחת מהן נקלט לראשונה אות רדיו ישירות מכוכב לכת זר. משימת Ariel של סוכנות החלל האירופית מתוכננת לבחון את האטמוספירות של כאלף כוכבי לכת.