כל התשובות לשאלה האם יש חיים בחלל?

האפשרות שקיימים חיים, ואולי אף תרבויות, מחוץ לכדור הארץ ריתקה מאז ומעולם את הדימיון האנושי. המספר האסטרונומי של כוכבים ביקום גורם לנו לתהות אם ייתכן שבין מיליארדי הכוכבים בגלקסיה שלנו, שביל החלב, כדור-הארץ הוא היחיד שהופיעו בו חיים ותבונה. מעת לעת מתפרסמת תגלית מדעית הקשורה לחיים מחוץ לכדור-הארץ, הכובשת את כותרות העיתונים ומציתה את דימיון הציבור.

בשנות ה-90' עלו לכותרות מטאוריט ממאדים שנמצא באנטארקטיקה, ובתוכו תבניות זעירות שהזכירו מאובנים מיקרוסקופיים שנמצאו בכדור-הארץ; וכן עדות להימצאות מים מתחת למעטה הקרח בירח אירופה של כוכב-הלכת צדק. אף שבמשימות המחקר הרבות למאדים לא נמצאה עדות לקיום חיים, נותרו מאדים ואירופה (ואולי גם טיטאן, ירחו של שבתאי) הפינות האחרונות במערכת השמש שבהן יש עדיין סיכוי למצוא חיים ביולוגיים, אף אם פשוטים.

ב-24 באפריל 2007 עלה לכותרות גילוי כוכב-לכת דמוי-ארץ, המקיף שמש אדומה עמומה ב

מרחק של כעשרים שנות אור מכדור-הארץ. אף שלכאורה, תגלית זו אינה מהווה הוכחה ישירה לקיום חיים, היא גורמת להתרגשות רבה בקרב האסטרונומים. מציאת כוכבי-לכת מחוץ למערכת השמש, ובפרט כוכב-לכת שהתנאים בו דומים לתנאים השוררים בכדור-הארץ, פירושה עליית מדרגה בבחינת השאלה "האם אנחנו לבד?".

אין ספק שמציאת צורת חיים נוכרית, ולו פרימיטיבית, קל וחומר תרבות מתקדמת - תהיה אחת התגליות החשובות ביותר בהיסטוריה האנושית, ובעלת השלכות מרחיקות לכת על תפישתנו את מקומו של המין האנושי ביקום, ואולי גם על התפתחותו העתידית.

במאמר זה ננסה להעריך בכלים מדעיים את התנאים וההסתברות להתפתחות חיים ותרבות מחוץ לכדור-הארץ, ואת האמצעים והסיכויים לגלותם.

התנאים להתפתחות חיים

חיים נוכריים (alien life) עשויים להיות שונים מאוד בצורתם ואף במהותם מהחיים המוכרים לנו. אפילו על פני כדור-הארץ קיים מגוון עצום, כגון חיידקים, צמחים, חרקים ויונקים.

חיים נוכריים בעולמות אחרים עשויים להיות שונים עוד יותר - לא רק בצורתם אלא אף במהותם, למשל,

 חיים המבוססים לא על היסוד פחמן אלא על יסוד אחר, דוגמת צורן, שלו מבנה אלקטרוני הדומה לזה של הפחמן, או חיים המשתמשים לא במים, אלא בממס ביוכימי אחר, כגון אמוניה (NH3), מתאן (CH4) או אתאן (C2H6), הנמצאים במצב נוזלי בטמפרטורות נמוכות בהרבה מאלה הנחשבות בעינינו כמתאימות לקיום חיים.

גשושית המחקר הויגנס (Huygens), ששוגרה ב-2006 מהחללית קסיני (Cassini), החוקרת את כוכב-הלכת שבתאי, גילתה על פני ירחו טיטאן אגמים ונחלים של מתאן, ועדויות לקיום תערובת של מים ואמוניה מתחת לפני השטח.

הגדרת התנאים לקיום חיים תלויה כמובן בשאלה, באיזה סוג של חיים מדובר. להתפתחות חיים הדומים לחיים שאנו מכירים בכדור-הארץ (המבוססים על מולקולות אורגניות), נחוץ טווח טמפרטורות צר יחסית, בערך בין נקודת הקיפאון של המים לבין מעט מעל נקודת הרתיחה (חיידקים תרמופיליים - "אוהבי חום" - נמצאו במעיינות חמים בקרקעית האוקיינוסים בטמפרטורות של 120 מעלות צלזיוס ואף יותר).

מקובל להניח שהתנאי הבסיסי להתפתחות חיים הוא נוכחות מים נוזליים, ולכן בכוכבים אחרים נדרשת הימצאות של כוכבי-לכת באזור המתאים. האזור שבו הטמפרטורה על פני כוכבי-הלכת מאפשרת נוכחות מים נוזליים נקרא "האזור הישיב" (המאפשר חיים, המתאים למחיה או ליישוב, באנגלית habitable zone). גודלו ומיקומו של ה"אזור הישיב" תלויים בעוצמת הקרינה של כוכב-האם (ה"שמש") ובמרחקו של כוכב-הלכת מכוכב-האם, כמתואר בתרשים.

היכן ייתכנו חיים במערכת השמש?

כאמור, הטמפרטורה על פני כוכב-לכת תלויה בראש ובראשונה במרחקו מהשמש שלו. במערכת השמש שלנו משתרע האזור הישיב בערך בתחום שבין נוגה למאדים. ואולם, בפועל קיימים מים נוזליים רק על פני כדור-הארץ, כיוון שהטמפרטורה על פני כוכב-לכת תלויה לא רק במרחקו מן השמש, אלא גם בתכונות האטמוספרה שלו ובגורמים אחרים.

בנוגה, למשל, גורמת האטמוספרה, המורכבת ברובה מ-CO2 והדחוסה פי מאה מזו של כדור-הארץ, לאפקט חממה חזק, המעלה את הטמפרטורה ל-500 מעלות צלזיוס, הרבה מעבר לתחום המאפשר קיום חיים אורגניים כפי שהם מוכרים לנו. מאדים, לעומת זאת, איבד מזמן את רוב האטמוספרה והמים שלו בשל כבידתו הנמוכה, והטמפרטורה הממוצעת על פניו נמצאת הרבה מתחת לנקודת הקיפאון של מים. המים שבו נמצאים דרך קבע במצב קפוא, בקרקע ובקטבים.

משימות מחקר רבות למאדים ניסו לחשוף חיים בכוכב-הלכת האדום, אך עד כה נמצאו בעיקר עדויות לקיום מים נוזליים בכמויות גדולות על פני מאדים בעבר הרחוק. תצלומים מפורטים של פני השטח מראים סימני זרימה, ערוצי נחלים יבשים ומניפות סחף. שתי חלליות ויקינג שנחתו על פני מאדים בשנות השבעים ביצעו בדיקות ביוכימיות של דגימות קרקע, בחיפוש אחר עדויות לחילוף חומרים, קרי, לפעילות של מיקרואורגניזמים.

בחלק מהניסויים אמנם נמצאה עדות לחילוף חומרים, אך ניסוי נוסף (ספקטרוגרף מסות) הראה שאין בקרקע חומרים אורגניים, כך שהפעילות שנמצאה היתה כנראה אי-אורגנית.

לאחרונה נמצאו עדויות להימצאות מים על פני המאדים בתקופתנו, כמו ערוצי הזרימה במכתש ניוטון (ראו תמונה). אחת הסברות היא, שערוצים אלה נוצרו בשל המסה עונתית של מים שהיו קפואים בקרקע. ב-4 באוגוסט 2007 שיגרה נאסא חללית בשם פניקס, שתנחית באזור הקוטב הצפוני של מאדים רובוט מחקר שיתור אחר סימני חיים בכיסוי הקרח.

המיוחד בפרויקט זה הוא שבניגוד לפרויקטים הקודמים, שנועדו בעיקר למיפוי פני השטח ומחקרים בעלי אופי גאולוגי, המשימה העיקרית של פניקס היא למצוא מים, וזאת בעזרת זרוע רובוטית שתחפור בקרקע הקפואה באזור הקוטב. פניקס תנסה לאשש ממצאים של החללית מארס אודיסיי (Mars Odyssey) מ-2002, התומכים בתיאוריה שכמויות גדולות של מים קפואים נמצאים סמוך לפני השטח במישורים הארקטיים של מאדים, והמסה עונתית עשויה ליצור תנאים מתאימים להתפתחות מיקרואורגניזמים.

חיים במערכות שמש אחרות

גם על פני כוכבי-לכת המקיפים כוכבים (שמשות) רחוקים יכולים להתקיים מים נוזליים, אם הם נמצאים בתחומי האזור הישיב שלהם. בגלקסיה שלנו יש למעלה ממאה מיליארד כוכבים. כיום אנו יודעים כי לפחות לחלקם יש כוכבי-לכת, מכיוון שלמעלה ממאתיים כוכבי-לכת התגלו בעשור האחרון סביב הכוכבים הסמוכים אלינו.

ההערכה המקובלת כיום היא שלפחות 10% מכלל הכוכבים הם בעלי כוכבי-לכת, אך אפילו אם רק לחלק קטן בהרבה מהכוכבים בגלקסיה יש כוכבי-לכת ששוררים בהם תנאים הדומים לאלה שבכדור-הארץ, סביר להניח שחיים בצורה כלשהי התפתחו בכוכבי-לכת רבים.

החיפוש אחר חיים

מסעות חלל לכוכבים אחרים בנוסח "מסע בין כוכבים" אינם בהישג ידנו (בחלליות הקיימות כיום, מסע אפילו אל הכוכב הקרוב אלינו ביותר, פרוקסימה קנטאורי, הנמצא במרחק של כ-4 שנות אור, יימשך עשרות אלפי שנים!).

אמנם, הוצעו תכניות לבניית חלליות עתידיות בעלות שיטות הנעה מתקדמות, כמו פרויקט "דדלוס" (Daedalus) - חללית בעלת מנוע היתוך גרעיני, שתוכננה להגיע למהירות של 40,000 קילומטרים בשנייה (12% ממהירות האור), אך תכניות אלו לא עזבו את שולחן השרטוט, וגם אם ימומשו בעתיד, מסעות חלל, אפילו לכוכבים הקרובים ביותר לכדור-הארץ, יימשכו עשרות ומאות שנים.

במגבלות הטכנולוגיה הנוכחית, קיימות שתי שיטות עיקריות לחיפוש חיים במערכות שמש אחרות: ניסיון לגלות אותות (שידורי רדיו) תבוניים מחוץ לכדור-הארץ (SETI, שיטה שתתואר בהמשך), וחיפוש כוכבי-לכת מחוץ למערכת השמש. בשיטה זו מנסים האסטרונומים לגלות כוכבי-לכת סביב כוכבים) שמשות) רחוקים, ולאחר שנתגלו, לחפש עדויות עקיפות לקיום חיים על פניהם – למשל, קווי ספקטרום של גזים הנוצרים במערכות ביולוגיות (דוגמת חמצן העשוי להעיד על קיום פוטוסינתזה, או מתאן הנפלט גם בתהליכים ביולוגיים).

כוכבי-לכת חוץ-שמשיים

כוכבי-לכת מחוץ למערכת השמש (planets extra-solar) חגים סביב כוכבים המרוחקים שנות אור מהשמש שלנו. קשה מאוד לגלותם, הן בשל המרחק והן משום שאינם פולטים אור מכוח עצמם, אלא רק מחזירים את האור הנופל עליהם מכוכב-האם, כך שהם מהווים מקורות אור חלשים בסמיכות רבה למקור אור חזק בהרבה (וראו: טל ענבר, "כוכבי-לכת דמויי-ארץ מחוץ למערכת השמש", "גליליאו" 109). הדבר שקול לניסיון להבחין במטבע הנמצא במרחק של מטר ממגדלור במרחק 100 ק"מ.

כיוון שבטכנולוגיה העכשווית אי-אפשר לגלות את כוכבי-הלכת הללו בצפייה ישירה, משתמשים האסטרונומים בשיטות עקיפות; העיקריות שבהן הן שיטת המהירות הרדיאלית (אפקט דופלר) ושיטת המעבר (טרנזיט) המתוארות להלן. פרויקטים עתידיים שישתמשו באינטרפרומטריה בחלל (כמו SIMו- TPF, המתוארים בהמשך) מתוכננים לתת תמונה ישירה של כוכבי-לכת.

שיטת המהירות הרדיאלית מבוססת על השפעת הכבידה של כוכבי-הלכת על כוכב-האם. למעשה, כוכב-הלכת והשמש שלו סובבים סביב מרכז המסות שלהם, הקרוב מאוד למרכזו של כוכב-האם (שמסתו גדולה בהרבה). התוצאה היא תנועה מחזורית של כוכב-האם, הגורמת לאפקט דופלר - שינוי באורך הגל של האור המגיע ממנו, כפי שהוא נראה על-ידי הצופה.

את האפקט הזה יכולים לגלות מכשירי מדידה רגישים, בתנאי שהאפקט גדול מספיק (כיום רגישות המדידה מגיעה לשינויי

מהירות של מטרים בשנייה). נכון לזמן כתיבת מאמר זה, ידועים כ-230 כוכבי-לכת כאלה, אך כמעט כולם כוכבי-לכת ענקיים הדומים לצדק ולא לכדור-הארץ, ונמצאים קרוב מאוד לכוכב-האם (השמש) שלהם.

הסיבה לכך נעוצה בשיטת הגילוי של כוכבי-הלכת האלה, שתוארה לעיל. עד לאחרונה, רגישות מכשירי המדידה היתה נמוכה מכדי לגלות כוכבי-לכת בעלי נתונים הדומים לכדור-הארץ. מכיוון שעוצמת הכבידה מתכונתית למסת כוכב-הלכת ויורדת כריבוע המרחק מכוכב-האם, עד לאחרונה התגלו רק כוכבי-לכת גדולים בהרבה מכדור-הארץ וקרובים מאוד לכוכב-האם. קרבה זו מתבטאת בדרך-כלל בטמפרטורה גבוהה בהרבה מנקודת הרתיחה של המים, ולכן כוכבי-הלכת שנמצאו עד כה אינם מתאימים להתפתחות חיים ביולוגיים כפי שאנו מכירים אותם.

כדי למצוא כוכבי-לכת חוץ-שמשיים, ובפרט דמויי-ארץ, נערכו תצפיות בטלסקופים גדולים על פני כדור-הארץ. נבנו גם מכשירי מדידה רגישים יותר שהורכבו על טלסקופים על פני כדור-הארץ, כמו ספקטרומטר ה-HARPS (High Accuracy Radial Velocity Planet Searcher), שהורכב על טלסקופ בקוטר 3.6 מטרים בצ'ילה. באמצעותו התגלה - כאמור בפתח המאמר - באפריל 2007 כוכב-לכת דמוי-ארץ הנמצא בתוך האזור הישיב של השמש שלו, וייתכן, לפיכך, שיש על פניו מים במצב נוזלי.

כוכב-לכת זה, Gliese581c, שקוטרו גדול רק ב-50% מקוטר כדור-הארץ, נמצא קרוב מאוד לכוכב-האם שלו, במרחק הקטן פי 14 ממרחק כדור-הארץ מהשמש – כה קרוב שהקפה שלמה, המקבילה לשנה בכדור-הארץ, נמשכת רק 13 יום. אף על פי כן, הטמפרטורה המשוערת על פניו נמוכה יחסית (כ-40 מעלות צלזיוס), מאחר שכוכב-האם הוא כוכב מסוג ננס אדום, שעוצמת קרינתו נמוכה פי חמישים מזו של השמש שלנו.

שיטת המעבר

שיטה אחת לגילוי כוכבי-לכת חוץ-שמשיים היא שיטת המעבר. שיטה זו, שבה התגלה עד כה מספר קטן של כוכבי-לכת כאלה, מבוססת על הירידה בעוצמת האור של כוכב-האם כאשר כוכב-הלכת חולף על פניו ומסתיר חלק מן האור המגיע ממנו.

מובן ששיטה זו ישימה רק למערכות פלנטריות שאנו רואים בדיוק "מן הצד", כלומר, שבהן מסלול כוכב-הלכת עובר בדיוק בין כוכב-האם וכדור-הארץ. מאחר שכוכבי-הלכת קטנים בהרבה מכוכב-האם (לדוגמה, קוטרו של צדק קטן בערך פי עשרה מקוטר השמש, וקוטר כדור-הארץ – פי מאה), הירידה בכמות האור (המתכונתית ליחס השטחים) קטנה ביותר (כאחוז במקרה של צדק, ומאית האחוז עבור כדור-הארץ). אך יש כיום מכשירים המסוגלים לגלות שינוי כה קטן, ומגודל השינוי, וכן מצורת התחלת הליקוי וסיומו, אפשר אף לחשב את גודל כוכב-הלכת.

תוכננו כמה פרויקטים המשתמשים בשיטת המעבר לגילוי כוכבי-לכת חוץ-שמשיים באמצעות טלסקופים ייעודיים בחלל - דוגמת הטלסקופ קוֹרוֹט (COROT) הצרפתי-אירופי-ברזילאי, ששוגר בדצמבר 2006 (ובמאי 2007 גילה את כוכב-הלכת החוץ-שמשי הראשון שלו), וטלסקופ קפלר (Kepler) של נאס"א, המתוכנן לשיגור בפברואר 2009. קפלר (ראו תמונה) צפוי לגלות מאות כוכבי-לכת דמויי-ארץ באזור הגלקסיה הסמוך למערכת השמש (זרוע אוריון), במרחק של עד 3,000 שנות אור

מכדור-הארץ.

בטווח רחוק יותר, מתכננת נאס"א שתי משימות נוספות המתבססות על אינטרפרומטריה (צירוף בבואות של כמה טלסקופים המרוחקים זה מזה, וראו: יורם אורעד, "לראות את פניהן של השמשות", "גליליאו" 107). משימה אחת היא SIM (Space Interferometry Mission, אינטרפרומטר אופטי בחלל), הצפוי לגלות כמאה כוכבי-לכת בעלי מסה של כמה פעמים מסת כדור-הארץ. המשימה האחרת היא גרסה מתקדמת יותר –TPF (Terrestrial Planet Finder), מערך טלסקופים בחלל שבו ייעשה שימוש באינטרפרומטריה ובשיטות אופטיות אחרות – התאבכות ואיפוס - לקבלת תמונה ישירה של כוכבי-לכת דמויי-ארץ, דבר שיאפשר לקבל נתונים על הרכב האטמוספרה שלהם.

חיפוש אחר סימני חיים

התנאי שכוכב-לכת נמצא בתוך האזור הישיב אינו מבטיח קיום חיים על פניו, כפי שמעידות הדוגמאות של נוגה ומאדים במערכת השמש (וגם להפך, מים במצב נוזלי עשויים להתקיים גם מחוץ לאזור הישיב, כמו באירופה). במילים אחרות, אף אם הטמפרטורה נמצאת בטווח המתאים, ייתכן שחיים לא התפתחו מסיבות שאינן ידועות לנו, או שהתקיימו זמן מה ונעלמו. כיצד נוכל לגלות "סימני חיים" בכוכבי-לכת בעלי פוטנציאל להתפתחות חיים, כמוGliese581c שהוזכר קודם?

אם אנו מחפשים אחר חיים אורגניים הדומים לחיים על פני כדור-הארץ, נוכל לחפש אחר "חתימת החיים" – כמו שינויים בהרכב האטמוספרה האופייניים למערכות ביולוגיות. בכדור-הארץ היתה לביוספרה השפעה גדולה על הרכב האטמוספרה בתהליך הפוטוסינתזה, שגרמה להופעת אחוז גבוה של חמצן חופשי.

באטמוספרה הקדומה של כדור-הארץ, כמו גם באטמוספירות של כוכבי-לכת אחרים במערכת השמש, כמעט אין חמצן חופשי, מכיוון שהחמצן פעיל מאוד מבחינה כימית, ואם מלאי החמצן אינו מתחדש באופן קבוע בתהליך הפוטוסינתזה, הוא מגיב עם חומרים הנמצאים בקרקע. לכן כמויות גדולות של חמצן מולקולרי (וכן של אוזון, O3, הנוצר מחמצן על-ידי אור השמש) באטמוספירה של כוכב-לכת, הניתנות לגילוי בבדיקת ספקטרום הקרינה המוחזרת ממנו, יכולות להעיד על קיום חיים ביולוגיים (כמויות קטנות של חמצן יכולות להיווצר בתהליכים פוטו-כימיים, כמו במאדים ונוגה).

כך גם הימצאותו של הגז מתאן, הנוצר גם בתהליכי פירוק וריקבון אורגניים על-ידי מיקרואורגניזמים. מסיבה זו יש מדענים הסבורים כי הכמות הזעירה של מתאן שנמצאה לאחרונה באטמוספרה של מאדים מעידה על קיום מיקרואורגניזמים מתחת לפני הקרקע.

לכתבה הבאה: איך יוצרים קשר עם צורות חיים אחרות

ד"ר עמרי ונדל הוא אסטרופיזיקאי במכון רקח לפיזיקה באוניברסיטה העברית, ירושלים. יוצר ומרצה הקורס "אסטרופיזיקה והחיים ביקום", שבו למדו מעל אלף סטודנטים משנת 1999. פרופסור אורח באוניברסיטת לוס אנג'לס (UCLA), שם לימד בין השאר את הקורס הנ"ל. נושאי המחקר העיקריים שלו הם חורים שחורים, קווזארים וגלקסיות פעילות. בשעות הפנאי עוסק בניווט ספורטיבי, צילום ושפת האספרנטו. פורסם במקור במגזין "גלילאו"