התנגשויות של
ראשית הימים

בקיצור

• גדילה איטית ויציבה, מחלקיקים קטנים ועד לכוכבי לכת גדולים – כך תיארו לעצמם המדענים את התפתחות מערכת השמש עד לפני כעשר שנים.
• ניתוחים שנעשו לאחרונה על מטאוריטים, שרידים מהתקופה שבה מערכת השמש נולדה, מציירים תמונה אחרת – שבה המערכת נוצרה מתוך התנגשויות כאוטיות, התכה ובנייה מחדש.
• כדי לאשש את הרעיון, מדענים מתכננים לשלוח חללית לפסיכה, אסטרואיד מוזר העשוי כולו מתכת, וייתכן שהוא פיסת ליבה חשופה של כוכב לכת קדום.

בדיוק יצאתי מכיתה במכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס (MIT), ושוחחתי עם סטודנטים על האופן שבו כוכבי לכת נוצרים, כשלפתע פתאום צץ לו עמיתי בן וייס וקטע את השיחה. וייס, שחוקר מגנטיות בסלעים מהחלל, היה נרגש. הוא גרר אותי אחריו אל משרדו כדי להראות לי נתונים חדשים הנוגעים לאחד הסלעים הללו, מטאוריט בשם אלנדה (Allende).

המידע שגילה היה עשוי לשנות כמעט את כל מה שהגיאולוגים של כוכבי הלכת חשבו על מערכת השמש. השנה הייתה 2009, ובסתיו של אותה שנה הראה צוות המחקר של וייס שסלע אלנדה – שהגיע לעולמנו ככדור אש עצום שהתרסק במקסיקו בשנת 1969 כשהוא מכיל בתוכו חלק מהחומר הקדום ביותר המוכר לנו במערכת שלנו – מכיל סימנים של שדה מגנטי קדום. התגלית הזאת הייתה מפתיעה. האסטרונומים חשבו ששדה כזה נוצר רק על ידי דינמו מגנטי של מתכת נוזלית חמה מאוד, הזורמת בתוככי כוכב לכת, כפי שהשדה המגנטי של כדור הארץ נוצר על ידי ברזל נוזלי המסתחרר בליבת כוכב הלכת.

אבל אלנדה היה אמור להיות רסיס שנותר מפלנטסימל אב – כוכב לכת מוקדם שזה עתה נולד – שלא היה חם במיוחד. המדענים הניחו שהוא לא התחמם מספיק כדי להתיך את המתכת שבתוכו. כיצד, אפוא, תהה וייס, צבר השבריר העתיק הזה של מערכת השמש שלנו טמפרטורה גבוהה די הצורך ליצירת דינמו מגנטי?

הסטודנטים שלי בדיוק הפציצו אותי אז בשאלות על התפתחות כוכבי לכת, ואתגרו אותי לשקול מחדש תובנות מקובלות מספרי הלימוד, כך שבמקרה היה לי כבר שלד של רעיון חדש שהיה עשוי לסייע למצוא תשובה לשאלה של וייס. ניגשתי ללוח המחיק שלו והתחלתי להתוות את הרעיון.

מזה זמן רב היה ידוע שפלנטסימלים מכילים אטומי אלומיניום לא יציבים וקצרי חיים שמקרינים אנרגיה גרעינית רבה מהרגיל. האיזוטופ הרדיואקטיבי הזה קרוי ²⁶Al, וכאשר הוא מתפרק האנרגיה השופעת הזאת יכולה לחמם פלנטיסמלים. לא מן הנמנע שהחום שהשתחרר מאטומי ה-²⁶Al בגוף המקורי שהכיל את אלנדה היה יכול להיות כה עז עד שהעצם ממש הותך מבפנים החוצה. במקרה כזה, המתכת שבתוך הגוף הייתה נפרדת מהמינרלים הסיליקטיים של שאר הסלע ויוצרת ליבה נוזלית. זו הייתה מתחילה להסתחרר כשהסלע החללי הזה היה חג סביב עצמו, ויוצרת דינמו מגנטי. במקביל, החלק החיצוני של הפלנטסימל היה מצטנן בקור החללי, וחלקיקי סלע ואבק קרים מהדיסקה הבראשיתית של מערכת השמש שלנו היו מצטרפים בהדרגה לקליפה הבלתי מותכת הזאת.

רסיס המטאוריט אלנדה | צילום: דטלב ון ראוונסווי, Science Source; צילום חתך: מייקל אבי

האפשרות שאבני הבניין המוקדמות של מערכת השמש הכילו כל כך הרבה אנרגיה חרגה מהסיפור שלימדו אותי בתיכון. גם כיום ספרי לימוד רבים טוענים שמערכת השמש נוצרה באופן שקט ומכובד. סברו שההיווצרות הזאת, שאירעה לפני 4.567 מיליארדי שנים, הייתה תהליך מסודר ותרבותי, כמו ריקוד מינואט: הגז והאבק מענן מולקולרי התערבלו ויצרו דיסקה סביב כוכב צעיר הולך וגדל, והגז והאבק התגבשו לסלעים קטנים, שכל אחד מהם גדל בהדרגה עד שהגיע לקוטר של מאות קילומטרים. בהמשך, הפלנטסימלים הללו התנגשו בעצמם אלה באלה ויצרו כך גופים גדולים יותר, כנראה פחות או יותר בגודל של מאדים, המכונים עוברים פלנטריים.

רק בהמשך התחילה הטמפרטורה בפעוטון החלל הזה לעלות. העוברים האלה, שצברו עם גדילתם כבידה חזקה דיה כדי להתחיל לנקות את המסלול שלהם מהשיירים הסובבים אותו, התנגשו אלה באלה, גדלו והפכו לכוכבי לכת. בסופו של דבר, הרכיבים של כוכבי הלכת הללו נפרדו ויצרו את המבנה המוכר: ליבה גועשת ומעטפת מבוססת-צורן (סיליקטית) – מקומות חמים ומועדים להתפרצויות געשיות פרועות, הניגוד המוחלט לחיים.

זוהי ההשקפה הישנה. בשעה שווייס ואנוכי התחלנו לתהות על קנקנו של אלנדה, נוספו נתונים אחרים המעידים שמערכת השמש הקדומה הייתה למעשה רוויה שינויים אלימים ומהירים. התמונה שבה אבק הופך לסלעים, שהופכים לפלנטסימלים, שהופכים לעוברים, שהופכים לכוכבי לכת בתהליך צייתני ומנומס – הולכת ומשתנה כעת. בפועל, היווצרות הפלנטסימלים, שבעבר העריכו שארכה מאות מיליוני שנים, נמשכה כשלושה מיליוני שנים בלבד. אם גילה של מערכת השמש שלנו, בקני מידה אנושיים, הוא יום אחד, אזי הגידול הזה התרחש במהלך הדקה הראשונה ממש.

המשמעות של תוספת אנרגיה לרכיבים הקטנים המוקדמים – כמו זו שסיפקו החום שהגיע מהאלומיניום או התנגשויות מוקדמות – היא שהרכיבים הללו לא היו צריכים לחכות עד שיגדלו כדי לפתח שכבות. כך, אפילו בפלנטסימלים זעירים יחסית יכלו להתרחש תהליכים שעד אז סברו שהם יכולים להתרחש רק בכוכבי לכת, החל בהתכה וסילוק של גזים וכלה ביצירת דינמו מגנטי ותהליכים געשיים.

בנוסף, הדברים במערכת הזאת לא התפתחו רק בכיוון הפשוט והישיר – מקטן לגדול. לעיתים קרובות דברים גדולים התפוצצו מחדש לרסיסים קטנים. אם כדורים בגודל של כוכב לכת נוצרו באותם ימים קדומים על ידי התנגשויות בין גופים קטנים יותר ועתירי אנרגיה, אזי מהלומות זוויתיות בשיטת פגע וברח יכלו לפעמים "לגלח" או להשמיד אותם במקום להגדילם. השיירים שלהם יכלו לפגוע בכדורים אחרים ולהביא אותם לגודל של כוכבי לכת. כוכבי לכת יכלו להיבנות, להיקרע לגזרים ולהיבנות מחדש תוך עשרה מיליוני שנים בלבד, או אפילו למטה מכך.

הדיסקה הנעלמת

מדעני כוכבי לכת כמוני הרכיבו את התמונה החדשנית והמסחררת הזאת של מערכת השמש הצעירה והפעילה. הם נעזרו רבות לשם כך בכלים חדשים לחישוב גילם של מטאוריטים ושל ענני אבק פלנטריים – הדומים למערכת השמש הבראשיתית שלנו – במקומות אחרים ביקום.

במרוצת 15-10 השנים האחרונות פיתחו מדענים מכשירים שמסוגלים למדוד את היסודות שמהם מורכבים סלעים מהחלל עד לשיעור של חלקיקים ספורים למיליון או אפילו למטה מכך. אנחנו יודעים לא רע כמה זמן נדרש ליסודות רדיואקטיביים להתפרק ליסודות הבת שלהם, כך שמדידות כאלה מאפשרות לנו לתארך מתי נוצרו ומתי השתנו כוכבי הלכת והפלנטסימלים שמהם נקרעו הרסיסים האלו.

צוותים בכל רחבי העולם – בפרט צוותו של אלכס האלידיי (Halliday), לשעבר מהמכון הטכנולוגי הפדרלי של שווייץ וכיום באוניברסיטת אוקספורד; צוותו של תורסטן קליין (Kleine) מאוניברסיטת מינסטר בגרמניה; צוותו של סטיין ג'קובסן (Jacobsen) מאוניברסיטת הרווארד; צוותם של מרי הוראן (Horan) וריק קרלסון (Carlson) ממכון קרנגי למדע; וצוותו של ריצ'רד ווקר (Walker) מאוניברסיטת מרילנד – התחילו למדוד אוספי מטאוריטים. עבודתם הבהירה שהפלנטסימלים נוצרו בתוך כמה מיליוני שנים מרגע שדיסקת האבק החלה להתקרר, שרבים מכוכבי הלכת הסלעיים שלנו יכלו להיווצר בעשרת מיליוני השנים הראשונות, ושככל הנראה אפילו רוב כדור הארץ נוצר והתחלק לליבה ומעטפת תוך כמה עשרות מיליוני שנים.

מערכת השמש הבראשיתית | איור: Science photo library

מסלולי מחקר אחרים הניבו תוצאות דומות. בעזרת טלסקופים שהולכים ומשתפרים אנחנו יכולים לראות כוכבים צעירים גדלים בחלקים אחרים של גלקסיית שביל החלב שלנו, ובמקרים מסוימים אנחנו חוזים בדיסקת הגז והאבק שממנה צומחים כוכב וכוכבי הלכת שלו. אומדן של גילי הכוכבים שחגים סביבם כוכבי לכת, והשוואת המדידות האלו לאומדנים הנוגעים לכוכבים המוקפים רק בדיסקות של אבק וגז, אִפשר לחוקרים לקבוע לפני כעשר שנים שהדיסקות האלו מתקיימות, בממוצע, רק כשלושה מיליוני שנים.

אם כן, לרשות הפלנטסימלים עומדים בממוצע רק שלושה מיליוני שנים לגדול. כל חלקיקי האבק והגז שלא יסופחו עד אז לסלעים יאבדו לתוך הכוכב או החוצה לחלל, ולא יישאר עוד חומר זמין לבניית כוכבי לכת. בהתחשב בזה שהתיאורטיקנים סברו עד כה שתהליך סיפוח החומר נמשך מאות מיליוני שנים, העסק צבר תאוצה רצינית!

ראיות נוספות ללוח הזמנים הזה מגיעות מהשימוש שנעשה בהתפרקות יסודות רדיואקטיביים כמעין שעון, שמתקתק בקצב קבוע בשעה שיסוד אחד הופך לאחר. המכשירים החדשים סיפקו לצוותים ברחבי אירופה וארצות הברית דיוק שמאפשר למדוד את היסודות הללו, ולהסיק מכך כמה זמן השעון הזה מתקתק. מטאוריטים שנפלו לכדור הארץ מכילים את היסודות הללו. רובם הם חלקי אסטרואידים, שהם עצמם שאריות קדומות של פלנטסימלים. (יש גם מטאוריטים שמגיעים מהירח, ואחרים ממאדים או מגופים שטרם זוהו).

אחד האיזוטופים הרדיואקטיביים של היסוד הפניום מעדיף להישאר במינרלים מבוססי צורן, הדומים לאלה שבמעטפת כדור הארץ. אולם הוא מתפרק לאיזוטופ של טונגסטן, שמשתלב בקלות עם מתכות המרכיבות ליבות של כוכבי לכת. ההתפרקות הזאת מתנהלת על פי לוח זמנים קבוע: מחצית מההפניום הופכת לטונגסטן בתוך תשעה מיליוני שנים.

המערכת הזאת מספקת לנו את סדרי הגודל של הזמן הנחוץ להיפרדות מתכת-סיליקט (ליבה-מעטפת) בכוכבי לכת ופלנטסימלים: היווצרות הליבה המתכתית מנקה את המעטפת הסיליקטית מהטונגסטן שבה ומכניסה אותו לתוך הליבה ההולכת וגדלה. כל ההפניום נותר בשלווה במעטפת וממשיך להתפרק לטונגסטן, שלא עוזב את המעטפת הסיליקטית כל עוד לא נוצרת עוד ליבה. כשמדענים מודדים את היחס בין הפניום לטונגסטן במטאוריטים, כמות האיזוטופ הזה של טונגסטן בתוכם חושפת בפנינו את הזמן שחלף מאז יצירת הליבה.

מדידות איזוטופיות כאלה של מטאוריטי ברזל – שרבים מהם נורו אלינו מליבות מתכתיות של פלנטסימלים – מראות שגופי האב שלהם נוצרו בתוך 500 אלף שנה בלבד מאז התעבו המוצקים הראשונים מדיסקת האבק והגז הקדם-פלנטרית שלנו. פרק הזמן הזה הוא פחות מעשר שניות מרגע הולדתה של מערכת השמש הדמיונית שלנו, בת 24 השעות. אם מטאוריטי ברזל הם רסיסי ליבה של פלנטסימלים שהתרסקו בעקבות פגיעות של גופים אחרים, אין מנוס מלהסיק שפלנטסימלים אכן הספיקו להיווצר, לעבור התכה וליצור ליבות ברזל בתוך פרק הזמן הזעיר הזה.

נחשול של גדילה

נתוני הניסויים, שמראים באופן חד-משמעי שמערכת השמש נוצרה הרבה יותר מהר מהתרחיש שתואר בספרי הלימוד, חייבו את המדענים שחוקרים אותה למצוא הסבר להופעתם המהירה כל כך של כוכבי הלכת. הכדור עבר אפוא למגרש של התיאורטיקנים. איך אבק ורסיסי אבן שקוטרם נע בין מיקרונים ספורים לסנטימטרים ושחגים יחד סביב השמש הצעירה שלנו, יכולים להיצמד אלו לאלו וליצור גופים גדולים עד פי 10 מיליון מהם (פלנטסימלים שקוטרם 100 קילומטר) תוך 500 אלף שנה בלבד?

התשובה איננה ברורה מאליה. הפיזיקה הסטנדרטית אומרת שגושי אבק קטנים שמתנגשים זה בזה יכולים להידבק יחד בקלות בזכות כוחות אלקטרומגנטיים, בדומה לאופן שבו חשמל סטטי יוצר גושי אבק בבתינו. האנרגיה שנבלעת עקב הדחיסה ואובדן הספוגיות במהלך ההתנגשויות עוזרת גם היא לגושים להיצמד יחד ולא להינתז או להתפורר.

אולם ככל שהגושים גדלים, הם מגיעים למה שמכונה משוכת המטר. לפני שהם מגיעים לקוטר של מטר, הסלעים הגדלים והולכים הללו נהיים גדולים מדי להיצמד בזכות הכוחות האלקטרומגנטיים וקטנים מדי להיצמד בזכות משיכת הכבידה. פגיעות של גופים אחרים, אפילו במהירויות נמוכות מאוד, גורמות לתלכידים האלה להיהרס במקום לספוח חומר. אבל אנחנו יודעים שהחומרים האלה אכן גדלו מגודל של מטר לגודל של פלנטסימל – כוכב הלכת שאנחנו ניצבים עליו היום הוא העדות לכך. מכאן נובע שפעלו שם תהליכים נוספים.

הועלו כמה רעיונות שנועדו להסביר איך התרחש הגידול שחצה את משוכת המטר. רוב ההשערות כוללות חומר שמתרכז בדיסקה הקדם-פלנטרית בגלל כל מיני מערבולות שמטיחות חלקיקים אלה באלה. ייתכן שאחד הכוחות הערבוליים האלו כרוך בתופעה המכונה מערבולות קלווין-הלמהולץ, שמתפתחות בין הגז ושכבת האבק של הדיסקה ועשויות לגרום בפועל לאזורי חומר שונים להתנגש וליצור גופים גדולים יותר.

האתגר: לחצות את משוכת המטר | איור: Science Photo Library

את רוב העבודה פורצת הדרך הזאת עשה אנדרס יוהנסן (Johansen) מאוניברסיטת לונד בשוודיה. האל לוויסון (Levison) ממכון המחקר סאות'ווסט ויוהנסן עבדו, כל אחד בנפרד, על מודל חדש המכונה "סיפוח חצץ". חישוביו ממחישים שאפילו גושים ופירורי אבק קטנים ביותר עשויים לסטות בעקבות הכבידה על פני כמה מסלולים וכך להצטרף לפלנטסימל הגדל והלך. והם יכולים לעשות את זה מספיק מהר כדי לבנות פלנטסימלים בשלב מוקדם בחייה של מערכת השמש.

התכה בתא הקפאה

עם זאת, שום התרסקות לא יכלה לגרום לפלנטסימלים להיפרד למעטפות ולליבות. אם פלנטסימלים נוצרו לראשונה מחומר של דיסקה בראשיתית שבה מתכות וסיליקטים היו מעורבבים יחד, אזי רק טמפרטורות גבוהות והתכה פנימית, חלקית לפחות, היו עשויות לאפשר למתכת לשקוע אל פנים הפלנטסימל וליצור שם ליבה. חישובים מראים שהטחת הגופים האלה זה בזה, גופים שנחשבים קטנים יחסית, לא תספק די אנרגיה להתיך אותם. לפיכך, החוקרים נותרו עם השאלה – מניין, בתא ההקפאה רחב הידיים של החלל הקר, הגיעה אנרגיית ההתכה הזאת.

כאן צצו הרעיונות בנוגע לאלומיניום הרדיואקטיבי. כל פעם שאחד האטומים האלו מתפרק, הוא משחרר פרץ קטן של חום. קוונטי החום הזעירים הללו היו עשויים להצטרף וליצור מקור אנרגיה רב עוצמה במערכת השמש המוקדמת. מכיוון שאלומיניום נמנה עם ששת היסודות הנפוצים ביותר בחומר סלעי (האחרים הם צורן, מגנזיום, ברזל, חמצן וסידן), הרי ש-²⁶Al, שזמן מחצית החיים שלו עומד על כ-700 אלף שנה, היה יכול בקלות לחמם לפחות פלנטסימלים אחדים עד לטמפרטורת התכה.

אבל מה מנע מהם לעבור התכה מלאה, בהתחשב בכך שהתצפיות החדשות מעידות במידה רבה של ודאות שבצידן החיצוני של זרעי הפלנטות הללו יש קליפה שלא הותכה? חלק מהתשובה טמון בגודל. במקרה של פלנטסימל האב של אלנדה, כדי שהגוף הסלעי יגיע להתכה הייתה צריכה להיות לו מסה גדולה מספיק כדי שחלקו הפנימי יפיק חום בקצב מהיר יותר מהקצב שבו חלקו החיצוני יקרין את החום החוצה. החלק הפנימי של גוף גדול יכול להגיע לטמפרטורות גבוהות יותר מחלקו הפנימי של גוף קטן ממנו, כי הנפח מפיק החום שלו גדול יותר יחסית לשטח הפנים שלו, שדרכו החום משתחרר. אולם בגלל זמן מחצית החיים הקצר של ²⁶Al, הגידול הזה צריך להיות מהיר. כדי שפלנטסימל האב של אלנדה יוכל לשמר מספיק חום עבור דפוס ההתכה שהתווינו בתרחיש שלנו, הוא היה חייב להגיע לרדיוס של 10 קילומטרים ומעלה תוך שני מיליון שנה בערך מרגע הופעת המוצקים הראשונים במערכת השמש (שווה ערך ל-37 השניות הראשונות במערכת השמש בת 24 השעות שלנו). אנחנו חושבים שייתכן שהוא הגיע לרדיוס של 200 קילומטר.

בעבר סברו שאם פלנטסימלים לא הותכו לגמרי, הם נשארו פרימיטיביים, בלי אפשרות ביניים. אבל וייס ואני הצענו גירסה משולבת, שבה החומר הפרימיטיבי ביותר במערכת השמש עטף פלנטסימל שחלקו הפנימי הותך – קליפה חיצונית וליבה מותכת. האפשרות הזאת נשמעה סבירה מכיוון שמטאוריט אלנדה – עם רשמי השדה המגנטי שיש בו, שנוצרו בידי חלק פנימי חם – מורכב אך ורק מחומר פרימיטיבי לא מחומם. המקום היחיד שממנו הוא היה יכול להגיע הוא קליפה חיצונית קרה.

פלנטסימל האב של אלנדה שימר את הקליפה החיצונית הפרימיטיבית והלא מותכת הזאת מכיוון שהוא הצטנן בקור החללי ומכיוון שאבק מהדיסקה הקדם-פלנטרית הקרה המשיך להידבק אליו במשך הזמן. הקליפה, שלא השתנתה בעקבות חום, הייתה מסוגלת לשמר רושם של השדה המגנטי שנוצר על ידי החלק הפנימי של מבנה הפלנטסימל, הליבה המותכת והדינמו המגנטי.

אנחנו לא הראשונים שחשבו על היפרדות חלקית. הגיאולוג ג'ון ווד (Wood) שרטט ידנית מבנה דומה בעבודת הדוקטורט שלו ב-MIT בשנת 1958 – אולם אף אחד לא היה מוכן לכפור בעיקר ולהודות שייתכן שאלנדה, הדוגמה האולטימטיבית למטאוריט פרימיטיבי לא מותך, נוצר כך או שהתהליך הזה היה נפוץ – ולא סתם נפוץ אלא ממש תהליך מעצב – בתחילת ימיה של מערכת השמש שלנו.

כעת נראה שהתהליך הזה אכן נפוץ. חוקרים מצאו שלפחות ארבעה גופי-אב אחרים של מטאוריטים הכילו בליבתם דינמו מגנטי. בתוך כך, מקורות אפשריים אחרים למגנטיזציה הזאת נפסלו: אלנדה ושות' לא מוגנטו על ידי שדה שנוצר בשמש, ולא על ידי דיסקת האבק עצמה, ולא על ידי תמרות אבק קצרות חיים שנוצרו בסביבת פגיעה מגוף אחר. אם במערכת השמש המוקדמת ביותר אכן הסתובבו מאות או אפילו אלפי פלנטסימלים שעברו היפרדות פנימית, טסים אנה ואנה ומייצרים חום עז ומערכות דינמו מגנטיות כמו כדורי ארץ זעירים, הרי שהמערכת שלנו הכילה בימי ינקותה הרבה יותר חום מכפי שהגיאולוגים העלו אי פעם בדעתם.

שדה צפוף

גם רעיונות אחרים תרמו לערעור המושגים המקובלים ביחס לגידול ליניארי של כוכבי לכת, מקטן לגדול. במשך שנים רבות, משיקולי פשטות והקלה על החישובים הנומריים, ההדמיות של היווצרות כוכבי לכת הניחו שבכל התנגשות בין פלנטסימלים, כל החומר משני הגופים המתנגשים משתלב ויוצר גוף חדש וגדול יותר. המיזוג הזה התרחש אפילו כשפלנטסימלים נוצרו מאבק. אולם מחקרו פורץ הדרך של אריק אספוג (Asphaug) מאוניברסיטת אריזונה סטייט סיפק תובנות חדשות וגישות חדשות להדמיית תהליכי התנגשות. אספוג גילה כי חלק מההתנגשויות אכן בונות, ומניבות גופים גדולים יותר. אולם התרסקויות אחרות יכולות להיות הרסניות – כשהגוף הפוגע מגלח חומר מגוף המטרה וממשיך בדרכו, כדי לזרוע הרס בעוד מקומות.

רק בסביבות גיל 10 מיליוני שנים הצליחו גופים לגדול באמת ולהישאר גדולים. מה היה הדבר שנתן להם די יציבות כדי לשרוד? שוב, נראה שהתשובה היא גודל. בשעה שפנלטסימלים התנגשו ויצרו עוברים פלנטריים גדולים יותר, המסה שלהם, וממילא גם הכבידה שלהם, גדלה. הכבידה הייתה גדולה דיה כדי שבכל פעם שהמסלול שלהם הביא אותם לקרבת עצם אחר, אזי או שהעצם הזה נמשך פנימה ונספח אליהם על ידי משיכת הכבידה, או שהוא הושלך הצידה כשמסלולו השתנה.

כך הפלנטסימלים ההולכים וגדלים הללו התחילו לנקות את מסלוליהם, וזה אחד הקריטריונים לכך שיהיו ראויים להיקרא כוכבי לכת. לגופים קטנים יותר נותרו פחות ופחות מקומות מפלט שבהם מסלוליהם יוכלו להישאר יציבים ללא הפרעות שגורמים כוכבי לכת גדלים, וחגורת האסטרואידים הפכה לאחד מנמלי המבטחים שנותרו להם.

משימה לעולם מתכתי

וייס, אספוג, אני ואחרים רוצים ללמוד איך נוצרו המבנה של כוכב הלכת שלנו והרכבו מתוך סביבה כזו – גועשת ולעיתים קרובות כאוטית. אבל למרות המדע הבדיוני שמציעים סרטים פופולריים או ספרי ז'ול ורן, איננו יכולים להביט מקרוב בליבת כדור הארץ. היא עמוקה מדי והלחצים בה גבוהים מכדי שנוכל לדגום אותה במישרין.

אבל אולי אסטרואיד מסוים אחד, שנותר שריד מפלנטסימל עתיק יומין, יוכל לספק תחליף הגון. לפני כשש שנים התחלנו אני וכמה מעמיתיי לתכנן משימת חלל כדי לחקור את האפשרות הזאת. התכנסנו בחדר ניסוח המשימות של מעבדת ההינע הסילוני של נאס"א, המכונה Left Field – מטבע לשון באנגלית שמתאר משהו חריג או בלתי צפוי. ואכן, החדר הזה עוצב במטרה לעודד יצירתיות. יש בו מדפים גדושים בחומרי בנייה וציור, כמו קרטון, גלגלים, חוטי תיל, אבני לגו, נייר, עטי סימון וקלקר. החדר הזה הוא מקום טוב למחשבה על משהו חדש לגמרי, וזה אכן מה שניסינו לעשות. רצינו לחקור מקום שיוכל לאשש השערות או להפוך אותן על פיהן. והחלטנו שהיעד הטוב ביותר לשם כך יהיה עולם עשוי מתכת: האסטרואיד המתכתי פסיכה.

אין שום מקום דומה לזה, או לפחות שום מקום קרוב מספיק שאפשר להגיע אליו בזמן מתקבל על הדעת. פסיכה הוא אחד האסטרואידים הגדולים ביותר, שקוטרו כ-200 קילומטר, והוא נמצא בין מאדים וצדק. כל המדידות הפיזיקליות שיש בידינו – באדיבות טלסקופי רדיו שמשגרים אליו גלים וקולטים את האותות החוזרים ממנו – מעידות שהוא עשוי כמעט אך ורק מברזל וניקל.

האסטרואיד פסיכה: מראה משוער | הדמיה: שאטרסטוק

פסיכה נראה כמו פלנטסימל מקולף שליבתו נותרה חשופה – שארית הפליטה מהתנגשויות פגע וברח שטלטלו גופים בשחר ימיה של מערכת השמש. הכיוון של החלקיקים בפסיכה, כמו מחטי מצפן מגנטיות זעירות, עשוי לספר לנו אם היה בו דינמו מגנטי. עשויים להיות בו גם שיירים של החלק החיצוני הסלעי, שיספרו לנו איך נראתה המעטפת העמוקה של פלנטסימלים. אם היו פגיעות על פני השטח של המתכת החשופה, הנתזים עשויים ליצור צוקי מתכת תלולים שקפאו לפני שהספיקו ליפול בחזרה אל פני השטח.

כל אחד מהאנשים שהתכנסו סביב השולחן בחדר המשימה הגיע מצויד במערכת ייחודית של מיומנויות: וייס הביא את מומחיותו במדידת שדות מגנטיים במטאוריטים; ויליאם פ' בוטקה (Bottke), את הדינמיקות של גופים החגים זה סביב זה; אספוג, את ההשפעות של התנגשויות; ברוס בילז (Bills), חישוב שדה הכבידה של גוף; דניאל ונקרט (Wenkert), ניהול נתונים ופעולות. דיימון לנדאו (Landau) חישב מסלולים; הוא סוכן נסיעות בין-פלנטרי. ג'ון ברופי (Brophy) עשה סדר בטיעונים שלנו, ואני הבאתי את הידע שלי בכל מה שנוגע להרכבים ולתהליכי היפרדות, התמצקות והתכה.

האנרגיה בחדר שברה שיאים חדשים. אף אחד לא בדק את המייל שלו והשיחה לא נקטעה אפילו לרגע. היינו מאוחדים בהתרגשותנו לנוכח מחקר אמיתי: האנושות לא ביקרה מעולם בגוף מתכתי, ואנחנו לא יודעים אפילו איך הוא ייראה.

כעת, שנים לאחר מכן, הימים שבהם שיחקנו בקלקר ובאבני לגו פינו את מקומם לכוח מאורגן שדוחף קדימה, המורכב מצוות שמונה כ-150 איש ועוד היד נטויה. הצענו לבנות חללית בגודל של מגרש טניס ליחידים, המונע על ידי תאים סולריים ומאיצים יוניים ונושא מגנטומטר שנועד לגלות שדות מגנטיים, ספקטרומטר קרני גמא כדי לזהות יסודות ושתי מצלמות. בינואר 2017 התבשרנו שנאס"א בחרה במשימת פסיכה. נשגר את החללית ב-2022 ואנחנו מצפים שהיא תגיע לעצם המוזר הזה, שרידיו של כוכב לכת קדום, בשנת 2026. עולם המתכת ממתין לנו.

פורסם במקור בגיליון המיוחד המוקדש למהפכות במדע של סיינטיפיק אמריקן, סתיו 2018

לקריאה נוספת

• Iron Meteorites as Remnants of Planetesimals Formed in the Terrestrial Planet Region. William F. Bottke in Nature, Vol. 439, pages 821–824; February 16, 2006.
• Asteroids, Meteorites, and Comets. Revised edition. L. T. Elkins-Tanton. Facts On File, 2010.
• The Earth and the Moon. Revised edition. Linda T. Elkins-Tanton. Facts On File, 2010.
• Jupiter and Saturn. Revised edition. Linda T. Elkins-Tanton. Facts On File, 2010.
• Mars. Revised edition. Linda T. Elkins-Tanton. Facts On File, 2010.
• The Sun, Mercury, and Venus. Revised edition. Linda T. Elkins-Tanton. Facts On File, 2010.
• Uranus, Neptune, Pluto, and the Outer Solar System. Revised edition. Linda T. Elkins-Tanton. Facts On File, 2010.
• Vision and Voyages for Planetary Science in the Decade 2013–2022. Committee on the Planetary Science Decadal Survey. National Academies Press, 2011.
• Mercury and Other Iron-Rich Planetary Bodies as Relics of Inefficient Accretion. E. Asphaug and A. Reufer in Nature Geoscience, Vol. 7, No. 8, pages 564–568; August 2014.
• NASA Selects Two Missions to Explore the Early Solar System. Press release. January 4, 2017.