עמוד הבית > מדעי כדור-הארץ והיקום > אסטרונומיה [מדעי החלל]
אאוריקה : כתב-עת להוראת מדעים וטכנולוגיה


תקציר
המאמר דן בגילוי כוכבי לכת ( פלנטות) מחוץ למערכת השמש שלנו ובשאלה האם יש ביקום מקומות אחרים בהם יכולים להתפתח חיים ובסיכויים לגלות אותם.



חיים שם - האם נזכה לגלותם במאה הבאה?
מחבר: פרופ' חגי נצר


האם ישנם ביקום מקומות אחרים שבהם יכולים להתפתח חיים? האם נוצרו חיים באותם מקומות והאם חיים אלה דומים לחיים שעל פני כדור הארץ?

 

אל המאה ה- 21


השיטפון התקשורתי של סוף שנת 1999 לא פסח גם על עולם המדע, והאמרה הידועה ש"קשה להתנבא, בייחוד לגבי העתיד" נשכחה לזמן מה. זרם ההצהרות בנוגע למה שיהיה כאן בעוד עשור או מאה הקיף את כדור הארץ כולו וכלל שמות חדשים ומוזרים: ננו-טכנולוגיה, ביו-אינפורמטיקה ועוד.
המחשבים החכמים של העתיד, שיתחרו בעוד עשור או שניים ביכולתו של המוח האנושי, היוו כמובן חלק מרכזי ובלתי נפרד משיטפון תקשורתי-עתידי זה.
כאשר מדברים על המהפכות המדעיות של המאה החדשה, רצוי לזכור כי בשטח אחד לפחות המהפכה כבר בעיצומה. היא החלה בשנת 1995, ואם נשפוט על פי קצב התקדמותה, היא עשויה להאפיל אפילו על קצב התפתחות המחשבים. מדובר בגילויין של פלנטות ליד כוכבים אחרים ובשאלה: האם ישנם ביקום מקומות אחרים שבהם יכולים להתפתח חיים? גם השאלה שלאחריה עומדת כבר על הפרק: האם נוצרו חיים באותם המקומות והאם חיים אלה דומים לחיים שעל פני כדור הארץ? שאלה שנייה זו, או לפחות חלקה, תיפתר כנראה בעוד כ- 20 שנה. אם התשובה חיובית, הדבר יוביל, ללא ספק, לסדרת שאלות מעניינות עוד יותר: האם חיים אלו הפכו כבר לחיים תבוניים? האם ניתן לתקשר עמם ואולי אפילו לבקרם? התשובות לשאלות אלו קשורות קשר הדוק להתקדמות המדעית-טכנולוגית בשטחים אחרים, במאה ה- 21 ובמאות שלאחריה.


 

פלנטות תומכות – חיים ופלנטות תומכות – תרבות


החיים, כפי שהם מוכרים לנו וכנראה גם חיים אחרים, יכולים להיווצר ולהתפתח רק על גבי פלנטות, אותם גופים קטנים וקרים דוגמת כדור הארץ. במערכת השמש שלנו יש כוכב אחד (השמש) ותשע פלנטות. אחת מן התשע, הרחוקה ביותר, פלוטו, היא כנראה בת חורגת במשפחה שנסחפה למערכת בשלב מאוחר יותר. שמונה האחרות מתחלקות לשני סוגי הפלנטות הארציות הדומות בהרכבן ובגודלן לכדור הארץ, והפלנטות - צדק, שבתאי, אורנוס ונפטון. על פי הידוע לנו, חיים הדומים לחיים על פני כדור הארץ אינם יכולים להתקיים על פני פלנטות ענקיות. הטמפרטורה והרכב האטמוספרה בהן הדומה יותר להרכבה של אטמוספרת השמש אינם מתאימים. הרכב החומרים של הפלנטות הארציות - כוכב-חמה, נגה, כדור הארץ ומאדים - מתאים הרבה יותר, ויש לשער כי בכולן היו יכולים להיווצר חיים, לו התקיימו שם, בעבר הרחוק לפני כארבעה מיליארדי שנים, תנאים הדומים לאלו שהיו קיימים אז על פני כדור הארץ. אלא שכוכב-חמה קרוב מדי אל השמש וכך גם נגה. הטמפרטורות על פני פלנטות אלו גבוהות מטמפרטורת הרתיחה של המים ואין כל דרך שיתקיימו שם חיים. על פני מאדים המצב שונה. מרחקו הרב מן השמש והרכב האטמוספרה שלו גורמים לכך שהמים שם נמצאים במצב של קרח, ולא ניתן כיום לקיים בו חיים. במערכת השמש שלנו ישנה רק פלנטה אחת "תומכת-חיים" – הפלנטה שלנו.

פלנטה תומכת-חיים היא פלנטה שהתנאים על פניה מתאימים ליצירת חיים. מכיוון שהחיים המוכרים לנו מבוססים על פחמן ועל מים, חייבת הטמפרטורה על פני הפלנטה, בעת היווצרות החיים, להיות כזו שהמים בה הם במצב צבירה נוזלי, לא אדים ולא קרח. הדבר תלוי במרחקה של הפלנטה מן השמש שלה (הקובע את כמות האנרגיה הנופלת על פניה בכל שנייה) ובהרכב האטמוספרה שלה. צפיפות האטמוספרה והרכבה יכולים לשנות במידה משמעותית את טמפרטורת פני הפלנטה עקב תהליכים שונים, כגון: אפקט החממה ותופעת התפשטות הקרחונים. אם התנאים מתאימים, ועל פני הפלנטה קיימים החומרים הדרושים, יכולים להיווצר שם חיים. התהליך של תחילת החיים, כלומר, הדרך המדויקת שבה הפכו מולקולות פשוטות וקצרות למולקולות ארוכות ומורכבות, כאלו המסוגלות לשכפל את עצמן ולהתרבות, אינו מובן עדיין. התהליך כה מורכב שיש ספק אם נבין אותו לחלוטין גם בעוד מאה שנים. יש הסוברים, לכן, כי הסבירות שתהליך כזה יתרחש גם במקומות אחרים, קטנה וזניחה. אם לא נשכיל להבין זאת יותר, ניתן יהיה לענות על סוגיית החיים במקומות אחרים רק בדרך אחת - על ידי ניסיון ובדיקה. הכוכב המרכזי במערכת שמש כלשהי משחק תפקיד חשוב אף יותר לגבי השאלה: איזו פלנטה יכולה להיות "תומכת-תרבות"? פלנטה כזו חייבת להיות כמובן גם תומכת-חיים, אחרת לא יחל התהליך. אלא שליצירת תרבות או חיים תבוניים דרוש, על פי ניסיוננו כאן, פרק זמן ארוך ביותר, של כמעט ארבעה מיליארדי שנים. אם בשלב מסוים תתקרר השמש – מקור האנרגיה של המערכת, יקפאו המים וייכחדו החיים. אם היא תתחמם, או אולי תתפוצץ, יתאדו המים וייכחדו החיים. תרבות הזקוקה להתפתחותה לכמה מיליארדי שנים, יכולה להתפתח רק ליד כוכב שאורך חייו עולה על כמה מיליארדי שנים ואשר מייצר אנרגיה בקצב קבוע שאינו משתנה כמעט במשך כל אותה תקופה. כך הוא המצב לגבי השמש שלנו הקורנת בקצב קבוע, פחות או יותר, כבר 4.5 מיליארדי שנים. כזה הוא גם המצב לגבי מיליארדי כוכבים נוספים בגלקסיה. עם זאת ישנם כוכבים רבים שהם קרים מדי, כך שלא קיים לידם אזור תומך-חיים, או כאלו שאורך חייהם קצר מדי, כך שאין לידם אזור תומך-תרבות.

ההכרה כי ישנם בגלקסיה שלנו כמאה מיליארד כוכבים או שמשות, מקורות אנרגיה אדירים שרבים מהם יכולים לקיים לידם חיים ואפילו חיים תבוניים, הובילה למסקנה כי כדאי לחפש פלנטות כאלו. הדבר מסובך ביותר, משום שפלנטות ארציות, ואפילו פלנטות ענקיות דוגמת צדק, אינן מקורות אור ומקומן, ליד שמשות בהירות, מקשה ביותר על גילויין בתצפיות ישירות מכדור הארץ. הדרך לעשות זאת חייבת להיות בלתי ישירה, והטכניקה הטובה ביותר היא זו המבוססת על מדידת מהירות תנועתו של כוכב-השמש במרחב.

הפיזיקה הניוטונית מלמדת כי שני גופים בחלל הקשורים זה לזה על ידי כוחות כובד סובבים את מרכז המסה המשותף של המערכת, כך שהגוף הקטן והקל מבין השניים מבצע תנועה במסלול ארוך יותר ובמהירות גדולה יותר, היחס בין המהירויות תלוי ביחס המסות שבין הגופים. במערכת הכוללת כוכב הדומה לשמש ופלנטה הדומה לצדק, שהמרחק ביניהם דומה למרחק שמש-צדק, סובב הכוכב את מרכז הכובד המשותף במהירות של 13 מטר לשנייה לערך. זו מהירות קטנטנה שעד לפני כמה שנים לא היה אפשר לגלותה. אלא שאמצעי המדידה של השנים האחרונות התפתחו בצורה מדהימה וכך גם שיטות עיבוד הנתונים, והיום ניתן למדוד בתצפיות מכדור הארץ תנועה כזו של כוכבים הנמצאים עשרות ומאות שנות אור מאתנו; הדבר גרם למהפכה של ממש, והחל משנת 1995 מתגלים סימנים ברורים כי ליד כוכבים רבים קיימות אמנם פלנטות ענקיות. המספר העדכני של המערכות שנתגלו עד עתה עומד על 28, ועד שיופיעו הדברים בדפוס, יהיו כנראה רבות עוד יותר. המחקרים משתכללים ודיוק המדידה הולך ועולה, ויש לשער כי בעוד מספר שנים יגיע מספר מערכות הפלנטות הידועות לנו לכמה מאות וייתכן אף לכמה אלפים. התוצאה החשובה של ראשית שנת אלפיים היא העובדה שבגלקסיה שלנו, ויש לשער כי גם בגלקסיות אחרות, קיימות מערכות של פלנטות רבות. ייתכן מאוד כי כמעט ליד כל כוכב ישנן מספר פלנטות, והמערכת הפרטית שלנו אינה יוצאת דופן מכל בחינה שהיא.



 

היכן הפלנטות הארציות?


עד היום התגלו כאמור 28 פלנטות ענקיות ליד שמשות אחרות. אלא שהדבר אינו מבטיח כי קיימות שם אמנם פלנטות תומכות-חיים, כלומר, פלנטות ארציות בהרכבן ובגודלן הנמצאות באזור המתאים ליצירתם של חיים. גילויין של אלו יחכה כנראה לעשור הבא או אולי לזה שאחריו, משום שהדבר מחייב אמצעי תצפית שאינם קיימים עדיין. מדובר במצפי חלל מתוחכמים הנמצאים בשלבי תכנון מתקדמים אשר יאפשרו חיפוש ישיר של פלנטות ארציות ליד שמשות רחוקות. מכשיר אחד הקרוי אינטרפרומטר חלל יהיה מורכב כנראה ממערך של חמישה או שישה טלסקופים הנמצאים כמה מאות מטרים זה מזה וחגים כולם במסלול משותף בקרבת כדור הארץ. המכשיר יופנה לכיוונן של שמשות שלידן התגלו כבר פלנטות ענקיות, וינסה לבדוק אם ישנן במערכות אלו גם פלנטות קטנות יותר. הרעיון הוא לשלב כושר הפרדה זוויתית גדול במיוחד ותצפיות בתחום קרינת האינפרה-אדום, שם קרינת הכוכב המרכזי (השמש של המערכת) חלשה יותר ולכן מאפילה פחות על הפלנטה החיוורת.

מצפי החלל של שנות ה- 20 של המאה ה- 21 יוכלו כנראה לבדוק גם את השאלה המסקרנת ביותר: האם נוצרו חיים על פני אותן הפלנטות? התקווה כי יהיה ניתן לעשות זאת מבוססת על הקשר ההדוק בין החמצן שבאוויר לבין החיים על פני כדור הארץ. האטמוספרה הראשונית של כדור הארץ הכילה כנראה רק כמויות מזעריות של חמצן. כאשר הופיעו החד-תאיים הראשונים, החל להיווצר החמצן בתהליך ההטמעה (פוטוסינתזה), וכיום הוא מרכיב כ- 20 אחוזים מן המולקולות שבאוויר. על פי גישה זו, סימן מובהק לחיים הדומים לאלו שלנו הוא אטמוספרה עשירה בחמצן. מתברר כי למולקולות החמצן, במיוחד אלו המורכבות משלושה אטומים (האוזון), יש חתימה ספקטרלית ברורה המאפשרת לזהותן גם ממרחק רב. הכוונה היא שתצפיות ספקטרוסקופיות משוכללות יוכלו לגלות מולקולות כאלו גם על גבי פלנטות רחוקות. כדי לבצע זאת יש לשגר לחלל ספקטרוגרף משוכלל שינסה לגלות חמצן כזה. תכנון כל המכשירים העתידיים הללו נמצא כבר בשלב מתקדם, אלא שעדיין לא הוקצבו לכך הכספים הדרושים המסתכמים במיליארדי דולרים. אם נערוך חיוץ (אקסטרפולציה) שמרנית למדי אל העתיד הלא רחוק, ונביא בחשבון את קצב התפתחות האסטרונומיה מן החלל בסוף המאה ה- 20, לא יהיה זה בלתי מתקבל על הדעת לקוות כי תוך 30 שנה, ואולי אף פחות, תהיה בידינו התשובה לשאלה: האם חיים יוצרי חמצן הם תופעה שכיחה ביקום?


 

חיים תקשורתיים ומסעות בין כוכבים


ניתן לשער מה עשוי לקרות, כאשר יתברר, עוד 20 או 30 שנה, כי התגלו חיים ליד כוכבים רחוקים. נקודות הציון של כוכבים אלה יהיו ידועות, כולל המרחק המדויק שיעמוד כנראה על עשרות או מאות שנות אור. סביר לחשוב כי השאלה אם ישנם שם היום, או אולי היו בעבר, חיים תבוניים, תעלה מיד על הפרק, וייתכן גם שיופנו לשם מיד טלסקופי רדיו אדירים במטרה לנסות ולקלוט שידורים ששדרו אלינו ה"יצורים" ההם. אם לא ייקלטו שדרים כאלו (וסביר להניח שכך יקרה, משום שעד עתה נכשלו כל הניסיונות לקלוט שדרים של יצורים תבוניים אחרים), יהיה בוודאי מי שיציע להתחיל מיד בתכנון השלב הבא, ביקור של ממש בפלנטות ההן.

הפיתוי להתנבא מתי יחל המסע הגדול הראשון אל הכוכבים, מסע שמטרתו לנסות ולפגוש אולי יצורים תבוניים אחרים (או לוודא, אחת ולתמיד, כי אין כאלו, ואנחנו כאן לבד בגלקסיה) גדול מאוד. מסע שכזה, אם יתרחש, יעמיד בצל את המסעות הגדולים האחרים של האנושות, מן האודיסיאה ועד מסעותיו של קולומבוס ומסע חלליות "אפולו" אל הירח. שלבי התכנון הראשונים של מסע אמיתי בין כוכבים נערכו זה מכבר, וניתן לכן לשער מה עומד לפנינו, אלו בעיות טכנולוגיות יש לפתור וכמה יעלה כרטיס הטיסה. התשובה לשאלה כיצד ניתן לבצעו תלויה במספר גורמים: מהירות הטיסה האופטימלית בחלל, הסכנות שבדרך, עלות המסע ומי יהיו נוסעי החלל.

בראשית המאה ה- 21 עומדת מהירות הטיסה המקסימלית בחלל על 15 ק"מ לשנייה לערך. בקצב זה יארך המסע אל כוכב שמרחקו מאתנו 10 שנות אור, או אל הפלנטה שלידו, כ- 200 אלף שנים. קשה להאמין כי מסע כזה יצא אי פעם אל הפועל. אלא שמהירות המסע תלך ותגדל עם הזמן, וניתן להעריך, על פי קצב גידול המהירות במאה העשרים, מה היא תהיה בשנת 2100 ואולי גם בשנת 2200. אם נניח כי קצב גידול המהירות הנוכחי, המראה כי המהירות המקסימלית מוכפלת בממוצע כל 12 שנים, יימשך בעתיד, נמצא כי בשנת 2130 לערך נגיע למהירות הדמיונית של 30,000 ק"מ לשנייה, עשירית ממהירות האור. ניתן להמשיך גם מעבר לכך ולתכנן מסע במהירות של 90 אחוזים ממהירות האור או אולי 99 אחוזים ממהירות זו. אלא שתכנונים הנדסיים מראים כי מעבר לעשירית ממהירות האור העלויות הכרוכות בבניית רכבי חלל גדלות בצורה חדה, וקשה להאמין כי יימצאו לכך המשאבים המתאימים. ישנן מספר הצעות קונקרטיות כיצד לנוע במהירויות כאלה תוך כדי שימוש במנועים מסוגים שונים כמו, למשל, מנוע היתוך גרעיני או מנוע אנטי-חומר. כך או כך, מהירות של עשירית ממהירות האור נכללת בהחלט במגוון האפשרויות העתידיות של מאות השנים הבאות. במהירות כזו יארך המסע לאותה הפלנטה כ- 100 שנה, ואל פלנטה שמרחקה 100 שנות אור, אלף שנים. פרקי זמן כאלו הם סבירים ביותר בהתחשב בתוחלת החיים הצפויה של הדורות הבאים.

עלות המסע בחלל, ולו גם של משלחת לא גדולה, היא עצומה, ואפשר לדמיין כי חלק נכבד של המשאבים הכלכליים של תושבי כדור הארץ באותה התקופה (או אולי תושבי מושבות החלל שלידו) יוקצו למטרה זו. רק תרבות עשירה ומפותחת יכולה להפנות משאבים כה גדולים למטרות שאין עמן רווחים מיידיים. תרבות כזו חייבת לעבור בשלום את שלב הסכסוכים הלאומיים והבין-לאומיים, להתגבר בהצלחה על בעיית זיהום הסביבה בכדור הארץ ולפתור את בעיות המחלות, העוני והתפוצצות האוכלוסין. רמת הבגרות והרווחה הכלכלית של תושבי כדור הארץ במאות הבאות היא שתכתיב, לא פחות מן הרמה המדעית-טכנולוגית, מתי יחל המסע.


 

המתנדבים בעם


אם אמנם יתבצע כל זה במאות השנים הבאות, יצא כנראה קול קורא לחיפוש מתנדבים לטיסה. יהיה בוודאי צורך בקבוצה גדולה למדי של גברים ונשים שתוכל לקיים את עצמה שנים רבות, מבחינה כלכלית וחברתית, ותוכל להקים בעת הצורך מושבות או תחנות ביניים על פלנטות מתאימות שייקרו בדרכה.

אלא שזו אינה האפשרות היחידה. יש לזכור כי תוך כמה עשורים יהיו כאן עמנו מחשבים מהירים, שחכמתם ויכולתם אינן נופלות מזו של המין האנושי. תוך מאה שנה או שתיים ייהלכו כנראה בינינו אנשים-רובוטים שבגופם שילוב של חלקים אנושיים עם שתלי סיליקון, שיגבירו את יכולתם השכלית ויאריכו את חייהם. מכונות חכמות יהיו מסוגלות לתפקד בחלל טוב יותר מבני תמותה, ואותה משלחת דמיונית ייתכן שתורכב מרובוטים תבוניים, נציגי המין האנושי לחקר החלל. כיבוש החלל והחיפוש אחר פלנטות שעליהן קיימים אולי חיים תבוניים, סביר שיתבצעו על ידי מכונות חכמות. יש החושבים כי מכונות אלו יהיו קטנטנות, חלק מזערי של גרגר חול קטן, כמו הננו-רובוטים שתכנונם מתחיל כבר היום.

האם יסכימו בני הדורות הבאים, בוני הרובוטים וספינות החלל, שיצירי כפיהם ולא הם יהיו הראשונים לגלות אי שם, ליד כוכב אחר, יצורים תבוניים אחרים?

ואולי היצורים התבוניים שיתגלו בעתיד, אי שם, כאשר תגיע המשלחת הראשונה אל אותה פלנטת יעד, לא יהיו יצורים ביולוגיים של ממש אלא יצירי כפיים (או איברים אחרים?) של יצורים תבוניים קדמונים, שהתפתחו בעבר מחד-תאיים פרימיטיביים, אך נעלמו זה מכבר מפני הפלנטה שאותה אהבו כל כך?



* ספרו של פרופ' חגי נצר מסע אל התבונה: החיפוש אחר חיים ביקום. בשיתוף עם העיתונאי עמי בן בסט. יצא לאור בהוצאת ידיעות אחרונות, בשנת 1999. הספר עוסק בהרחבה במגוון הנושאים שצוינו בכתבה ובנושאים אחרים דוגמת מבנה היקום ויצירת יסודות החיים. מהות החיים והתפתחותם. הסיכוי לחיים במקומות אחרים. מסעות בין כוכבים ושאלת העב"מים.
* פרופסור חגי נצר הוא ראש המכון לאסטרונומיה על שם ריימונד ובברלי סאקלר באוניברסיטת תל-אביב.




ביבליוגרפיה:
כותר: חיים שם - האם נזכה לגלותם במאה הבאה?
מחבר: נצר, חגי (פרופ')
תאריך: יולי 2000 , גליון 10
שם כתב העת: אאוריקה : כתב-עת להוראת מדעים וטכנולוגיה
בעלי זכויות : רמות; אוניברסיטת תל אביב
הוצאה לאור: אוניברסיטת תל אביב; רמות
הערות: 1. כתב העת יוצא ביוזמת למדע: מרכז מורים ארצי להוראת מדע וטכנולוגיה בבתי הספר היסודיים.
הערות לפריט זה: יוצא ביוזמת למדע: מרכז מורים ארצי להוראת מדע וטכנולוגיה בבתי הספר היסודיים.
הספרייה הוירטואלית מטח - המרכז לטכנולוגיה חינוכית