בסביבות תחילת המאה ה-21 החל עידן חדש של גילוי גלקטי.

דרך הטלסקופים העדכניים ביותר ביבשה ובחלל, החלו אסטרונומים לזהות אעושר של כוכבי לכת מחוץ למערכת השמש שלנו, הנקראים כוכבי לכת. בגלקסיית שביל החלב שלנו, מדענים אישרומעל 4,480 כוכבי לכת, עם עוד אלפי מועמדים. חלקם כנראה עולמות סלעיים. רבים מהם הם חלק ממעמד של כוכבי לכת המכונים "על-כדור הארץ", כדוריםפי שניים עד פי עשרה מסיבית מהעולם הכחול והנעים שלנו. אחרים הם ענקי גז כמו צדק המרשים.

יכול להיות הרבה מעל אטריליון כוכבי לכת אקסופלנטיםבגלקסיה שלנו בלבד. אבל אנחנו יודעים עליהם מעט מאוד.

"רק בקושי הצלחנו לגרד את פני השטח", הסביר נסטור אספינוזה, חוקר כוכבי לכת במכון המדע של טלסקופ החלל, המנהל אתהשיקה לאחרונה את טלסקופ החלל ג'יימס ווב, או JWST.

הטלסקופ המיוחל בכיליון עינייםלצלם תמונות חסרות תקדים של כמה מהמחוזות העמוקים ביותר של החלל, שם נוצרו הגלקסיות המוקדמות ביותר. אבל מכשיר החלל החזק יקדיש גם זמן לא מבוטל - רבע שלם מהשנה הראשונה שלו וכנראה יותר זמן לאחר מכן - להצצה בכוכבי לכת חיצוניים כאן בשביל החלב.

JWSTנושא ציוד מיוחד, הנקרא ספקטרומטרים, שתחולל מהפכה בהבנתנו את העולמות הרחוקים הללו. נגלה אם האטמוספרות של כוכבי הלכת האלה, טריליוני קילומטרים משם, מכילות את החומר שמאפשר לחיים (כפי שאנו מכירים אותם) לפרוח: מרכיבים חיוניים כמו מים, פחמן דו חמצני ומתאן. המכשירים לא צפויים לספק תמונות כוכביות מדהימות, אבל הם ישדרו בחזרה שפע של מידע על עולמות שאנחנו עדיין יכולים רק לדמיין.

לראות את הבלתי ניתן לראות

כמה מכוכבי הלכת החיצוניים הנפוצים ביותר הם סופר-כדור הארץ. האקסופלנט קפלר-186f, למשל, הוא קצת יותר גדול מכדור הארץ ומקיף את הכוכב שלו באזור שבו יכולים להתקיים מים נוזליים (הנקרא אזור המגורים). אבל מדענים פלנטריים מחשיבים את כדור הארץ האחר כמקומות חסרי רחמים, כמו K2-131b, שמסתובב כל כך קרוב לכוכב שלו שהוא יכול "לאדות מתכת." אסטרונומים מצאו עד כה למעלה מ-1,500 כדור הארץ המגוונים הללו. אבל הם נותרו מסתוריים.

האם כל אחד מהם כמו כדור הארץ? אנחנו אפילו לא יודעים אם יש להם אווירה.

"ווב יאפשר לנו לבצע את הגילויים האלה", הסביר אספינוזה. נראה אם ​​מישהו מכוכבי הלכת האלה מכיל פחמן דו חמצני ומים כמו זה של כדור הארץ. "זה ענק," הוא אמר.

ווב יתבונן בכוכבי לכת ידועים, בניגוד לשימוש בזמן יקר של טלסקופ על מנת למצוא כוכבים חדשים. רובם התגלו על ידי הקפלר, טלסקופ ציד כוכבי לכת פרודוקטיבי מאוד, שהביט בריכוז בכוכבים בחלונות קטנים של חלל במשך כמעט עשור, בחיפוש אחר נפילות בבהירותם. הטבילות הללו נגרמו לעתים קרובות על ידי כוכבי לכת שעברו מול הכוכבים שלהם. אפילו עבור ה-JWST האדיר - עם מראה בצבע זהב ברוחב של מעל 21 רגל - כדורי-העל הרחוקים הללו יופיעו כנקודות. אבל הטלסקופ עדיין יכול ללמוד כמות עצומה על האטמוספרות של העולמות האלה.

אסטרונומים ישתמשו בטקטיקה חכמה כדי לראות את הבלתי ניתן לראות. הם יחכו לכוכבי לכת שיסעו מול הכוכבים הבהירים שלהם. אור כוכב זה עובר דרך האטמוספירה של כוכב הלכת, אחר כך דרך החלל, ובסופו של דבר לתוך מכשירים הנקראים ספקטרוגרפים על גבי JWST (אסטרטגיה הנקראת "ספקטרוסקופיה מעבר"). הם בעצם פריזמות היי-טק, שמפרידות את האור לקשת של צבעים. הנה הטריק הגדול: מולקולות מסוימות, כמו מים, באטמוספירה סופגות סוגים מסוימים, או צבעים, של אור. "לכל מולקולה יש תזונה ספציפית", הסביר אספינוזה. אז אם הצבע הזה לא מופיע בספקטרום הצבעים שנצפה על ידי ספקטרוגרף Webb, זה אומר שהוא נספג (או "נצרך" על ידי) האטמוספירה של כוכב הלכת החיצוני. במילים אחרות, האלמנט הזה קיים בשמי כוכב הלכת הזה. הספקטרוגרף מייצר קווים (המציינים סוגים שונים של אור), תמונות לא יפות; אבל זה שפע של מידע שלא יסולא בפז.

"נוכל לדעת ממה עשויים [כוכבי הלכת]", אמרה מרסדס לופז-מורלס, חוקרת אקסופלנטה ואסטרופיזיקאית ב-המרכז לאסטרופיזיקה-הרווארד וסמית'סוניאן, קבוצת מחקר שיתופית בין מצפה הכוכבים האסטרופיזי של סמיתסוניאן ומצפה הכוכבים של מכללת הרווארד. לופז-מורלס נמצא בצוות החוקר אטמוספרות של כוכבי לכת עם התצפיות הקרובות של ווב. (הספקטרומטרים יאספו מידע על אטמוספרותבדרכים אחרותגם, אבל ספקטרוסקופיה מעבר היא שיטה עיקרית, היא הסבירה.)

עבור כוכבי לכת גדולים יותר המקיפים הרחק מהכוכבים שלהם, כמו נפטון או יותר, ווב למעשה יצלם תמונות ישירות של העולמות האלה. כוכבי הלכת הגדולים הללו, לרוב מפלצות גזים צעירות וחמות, פולטים הרבה יותר אור מכוכבי לכת קטנים יותר. זֶהוּאור אינפרא אדום, שהעין האנושית לא יכולה לראות,אבל ווב יכול לראות את זה, ובכמויות מספיק גדולות כדילְפַעֲנֵחַזה ממרחק טריליוני קילומטרים.

האם יש חיים בחוץ?

ווב יגיד לנו אם מערכת השמש שלנו מוזרה, או נורמלית. (לחלופין, זה עשוי רק לספר לנובין אם יש נורמלי או לא).

יש הרבה שאלות. איך נראות רוב מערכות השמש? האם כוכב לכת כמו כדור הארץ, מקום שופע מים ומסתובב באזור נעים יחסית למגורים, נדיר? האם לענקיות הגז שלנו, כמו צדק ושבתאי, יש אטמוספרות דומות לאלוהמים אחרים?

"ווב, בפעם הראשונה, יאפשר לנו לשים את מערכת השמש שלנו בהקשר", אמר לופז-מורלס.

אבל זה לא יגיד לנו אם כוכב לכת מארח חיים. לעולם יש אולי את כל המרכיבים הנכונים, אבל זיהוי החיים הוא הרבה מעבר ליכולות של אפילו טלסקופ החלל החזק ביותר שנבנה אי פעם. "יש לזה חיים או אין? זו שאלה מאוד מסובכת", הדגישה אספינוזה.

זה מסובך כי שלל מרכיבים גורמים למגורים. אטמוספירה של כוכב לכת עשויה להיות סמיכה וכבדה במיוחד, כמו זו של נוגה, מה שמכבה את האפשרות של חיים פני השטח. או אולי עולם שטף במים, אבל הוא נשלט על ידי עידני קרח עזים, מה שמותיר מעט סיכויים לאורגניזמים לפרוח. כל זה ידע אינטגרלי. "לטעון על כוכב לכת זה כמו שכדור הארץ דורש הרבה מידע", אמר לופז-מורלס.

אבל, באופן מכריע, התצפיות של ווב יצביעו על מדענים אקסופלנטים בכיוון הנכון. "זה לוקח אותנו לשלב הבא", אמר לופז-מורלס. כוכב לכת עם יסודות ותנאים דומים במידת מה לכדור הארץ יהיה זהב מדעי. עולם כזה "יהפוך מיד למועמד בעדיפות גבוהה" להמשך חקירה, אמרה.

טלסקופים עתידיים מתקדמים אפילו יותר,שוגר פוטנציאלי לחלל בשנות ה-30ותוכנן לחקור טוב יותר כוכבי לכת דמויי כדור הארץ, יוכל אחר כך לרדוף אחר ההובלות המבטיחות של ווב.

אם כי, חשוב מכך, כאשר האנושות מחפשת את הפוטנציאל לחיים בכוכבי לכת חיצוניים הממוקמים באזורים חמים של מערכות שמש, אנו עשויים מטבענו להתעלם ממקומות אחרים שבהם חיים יכולים לפרוח. במערכת השמש הביתית שלנו, מדענים מתלהבים מהסיכויים של צורות חיים לפרוח בים מלוח (על פי החשד).על הירח הרחוק של צדק אירופה. גם ירח שבתאי אנקלדוס,עשוי לארח אוקיינוסמתחת למעטפת של קרח. "המקומות האלה שבהם אנחנו חושבים שהחיים יכולים להתקיים נמצאים כולם מחוץ לאזור המגורים", ציין ג'ייסון סטפן, עוזר פרופסור לפיזיקה באוניברסיטת נבאדה, לאס וגאס, שחוקר כוכבי לכת אקסו-כוכבים. התמקדות באזורים שבהם עולם כמו כדור הארץ עשוי להתקיים עלולה לגרום לנו לסנוורים.

ובכל זאת, JWST ייתן לאנושות תמונה חסרת תקדים (אם כי לא מילולית) של מה שיש שם בחוץ, המקיף כוכבים אחרים בגלקסיה. מי יודע מה נמצא.

"אולי נלמד דברים שמעולם לא חשבנו עליהם", אמר לופז-מורלס.