מחקר חדש מאשר כי שלושה כוכבי לכת במערכת שמש מרוחקת הם בעלי צפיפות ממוצעת זעירה, ככל הנראה בגלל אטמוספרה עבה מאוד
כוכבי לכת מחולקים לשלוש קטגוריות: כוכבי לכת סלעיים, כמו כדור הארץ או מאדים, אשר מורכבים בעיקר ממתכות וסלעים. אלו כוכבי הלכת הקטנים והדחוסים ביותר. הסוג השני הוא ענקי קרח, כמו נפטון ואוראנוס, הגדולים מכוכבי הלכת הסלעיים ומורכבים בעיקר ממים קפואים, מתאן ואמוניה. בנוסף, יש ענקי גז, כמו צדק ושבתאי, המורכבים בעיקר מגזי מימן והליום. אלו כוכבי הלכת הגדולים ביותר והכי פחות דחוסים. הצפיפות הממוצעת של שבתאי כה נמוכה, שאם נשים אותו באמבט מים ענקי - הוא יצוף. במחקר חדש אישרו חוקרים מארצות הברית ומהולנד תצפית שנעשתה ב-2012, שלושה כוכבי לכת בעלי צפיפות דומה לזו של צמר גפן מתוק. "הם מאד מוזרים", אמרה ג'סיקה ליבי-רוברטס (Libby-Roberts) מאוניברסיטת בולדר, קולורדו, שחוקרת את השלושה.
צפיפות מוגדרת כיחס בין המסה לנפח. הצפיפות של כוכב לכת שונה באזורים שונים שלו – היא קטנה מאוד בקצה האטמוספירה או על פני השטח, וגדולה מאד במרכז כוכב הלכת. לכן, להגיד ששבתאי היה צף באמבט מים זה קצת מטעה. לו המסה של שבתאי הייתה מפוזרת בצורה אחידה בכל הנפח שלו, אז הוא היה צף במים. באותו אופן, הצפיפות הממוצעת של כוכבי הלכת שהתגלו היא כשל צמר גפן מתוק, אם כי יש בהם גם אזורים דחוסים יותר.
צפיפות ממוצעת אינה רק גודל שאפשר לעשות איתו השוואות משעשעות. היא יכולה גם לחשוף מידע על המבנה הפנימי של כוכב הלכת. כדוגמה פשטנית מאד, הבה נסתכל על כוכב לכת בעל ליבת ברזל או ליבה סלעית. ברזל צפוף יותר, ולכן אם מודדים צפיפות ממוצעת גבוהה, אנו נוטים להאמין שהליבה מורכבת מברזל.
ענקים אווריריים. שלושת כוכבי הלכת של מערכת קפלר-51 בהשוואה לכדור הארץ ולענקי המערכת שלנו | מקור: NASA/ESA/STScI
נחסמו בעננים
כוכבי הלכת נצפו במערכת קפלר 51, המרוחקת כ-2,600 שנות אור מאיתנו. זו מערכת צעירה יחסית, בת 500 מיליון שנה (מערכת השמש שלנו היא בת 4.5 מיליארד שנה). שלושת כוכבי הלכת הם מסוג תת-נפטון, ענקי קרח עם מסה ורדיוס גדול פי כמה משל כדור הארץ. ההסבר המוביל לצפיפות הנמוכה שלהם הוא שהם בעלי אטמוספרה עבה של מימן והליום, כתוצאה מכך שהם נוצרו הרחק מהשמש שלהם, שם שטף החום קטן יותר. החלקיקים ספגו פחות אנרגיה (חום) ולא הצליחו "לברוח" מכוכב הלכת, כך שנוצרה אטמוספרה.
מאז היווצרם התקרבו כוכבי הלכת לשמש שלהם בשל הכבידה. כך הם מתחממים ומאבדים בהדרגה נפח גדול מהאטמוספירה שלהם. ההערכה היא שכוכב הלכת הפנימי, הקרוב יותר לשמש, מאבד עשרות מיליארדי טונות של חומר לחלל כל שנייה. לכן סביר להניח שבעתיד הרחוק, לאחר שיאבדו הרבה חומר, כוכבי הלכת הללו לא יהיו שונים כל כך מתת-נפטונים אחרים, הנפוצים במערכות שמש אחרות.
מלבד אימות הצפיפויות הנמוכות שלהם, חיפשו החוקרים גם נוכחות של מים באטמוספרה, אך הופתעו לגלות שאין, כנראה מפני ששכבת עננים גבוהה מסתירה אותם. "זה היה לגמרי לא צפוי", אמרה ליבי-רוברטס. "ציפינו לראות הוכחות למים, אך הן לא היו שם. נחסמנו על ידי עננים". בשונה מכדור הארץ, אלו לא היו ענני מים, אלא גבישי מלח או מתאן.
בעתיד, באמצעות הטלסקופ החדש של נאסא שישוגר ב-2021, מקווים המדענים שיוכלו לנתח יותר טוב את הרכב האטמוספירה של כוכבי הלכת הללו.
