כוכב חמה: כוכב הלכת שלא היה אמור להתקיים

הוא קטן בהרבה וקרוב לשמש הרבה יותר ממה שהוא אמור להיות; כוכב חמה מבלבל אסטרונומים מזה זמן רב מכיוון שהוא קורא תיגר על חלק גדול ממה שאנו יודעים על היווצרות כוכבי לכת • משימת חלל חדשה שתגיע בשנת 2026 עשויה לפתור את התעלומה.

במבט חטוף, כוכב חמה עשוי להיראות ככוכב הלכת המשעמם ביותר במערכת השמש. על פני השטח השוממים שלו יש מעט מאפיינים בולטים, אין עדויות למים בעברו, והאטמוספירה הקלילה של כוכב הלכת היא דלילה במקרה הטוב. הסבירות למציאת חיים בין המכתשים החרוכים שלו אינה קיימת. עם זאת, מבט מקרוב מגלה שכוכב חמה הוא עולם מרתק ובלתי סביר האפוף במסתורין.

מדעני פלנטולוגיה (מדע כוכבי הלכת) נותרו מבולבלים מעצם קיומו של כוכב הלכת הקרוב ביותר לשמש שלנו. כוכב הלכת המוזר הזה הוא זעיר, בעל מסה קטנה פי 20 מזו של כדור הארץ ובקושי רחב יותר מאוסטרליה. ובכל זאת, כוכב חמה הוא כוכב הלכת השני בצפיפותו במערכת השמש שלנו אחרי כדור הארץ וזאת בשל ליבה מתכתית גדולה המהווה את רוב המסה שלו. מסלולו של כוכב חמה – הנצמד קרוב לשמש שלנו – נמצא גם הוא במיקום מוזר שאסטרונומים אינם יכולים להסביר לגמרי. כל זה מתחבר לנקודה מכרעת אחת: אין לנו מושג איך כוכב חמה נוצר. ככל הידוע לנו, כוכב הלכת פשוט לא אמור להתקיים.

"זה סוג של מבוכה," אומר שון ריימונד, מומחה להיווצרות ודינמיקה של כוכבי לכת באוניברסיטת בורדו בצרפת. "יש איזה עידון מרכזי שחסר לנו."

התעלומה מניין הגיע כוכב חמה, כיצד נוצר ומדוע הוא נראה כפי שהוא נראה היום, היא אחת התעלומות הגדולות ביותר במערכת השמש. עם זאת, ייתכן שחלק מהתשובות נראות באופק. משימה משותפת אירופאית ויפנית בשם BepiColombo שוגרה בשנת 2018 ונמצאת כעת בדרכה לכוכב חמה. הגשושית תהיה המבקרת הראשונה  בכוכב הלכת מזה יותר מעשור. כשהיא תיכנס למסלול בנובמבר 2026, לאחר שבעיה במנוע עיכבה את מסעה, אחת המטרות המרכזיות שלה היא לנסות להבין בדיוק מניין הגיע כוכב חמה.

פענוח אופן היווצרותו של כוכב חמה אינו חשוב רק להבנת מקורותיה של מערכת השמש שלנו, אלא גם לחקר כוכבי לכת סביב כוכבים אחרים המכונים כוכבי לכת חוץ-שמשיים (אקזופלנט, Exoplanet).

"כוכב חמה הוא כנראה כוכב הלכת הקרוב ביותר שיש לנו לכוכב לכת חוץ-שמשי", בשל היווצרותו הבלתי רגילה, אומר סאווריו קמביוני, מדען פלנטרי מהמכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס (MIT) בארה"ב. "זהו עולם מרתק."

אסטרונומים הבינו לראשונה שמשהו אינו כשורה בכוכב חמה לאחר שחללית מארינר 10 של נאס"א חלפה על פני כוכב הלכת שלוש פעמים בשנים 1974 ו-1975, שהיו הביקורים הראשונים של האנושות בעולם הפנימי ביותר של מערכת השמש. משימות אלו סיפקו מדידות כבידה ראשוניות של כוכב הלכת, שאיפשרו הצצה לתוך כוכב חמה לראשונה וחשפו את קרביו המוזרים.

לכדור הארץ, נוגה ומאדים יש לבות עשירות בברזל המהוות כמחצית מהרדיוס שלהם. בכדור הארץ, הליבה מחולקת לליבה פנימית מוצקה וליבה חיצונית נוזלית, המסתחררת כדי ליצור את השדה המגנטי המגן של עולמנו. מעל נמצאת המעטפת ואז הקרום, עליו אנו חיים. כוכב חמה שונה לחלוטין. כאן ליבת כוכב הלכת מהווה כ-85% מהרדיוס שלו, עם מעטפת סלעית וקרום דקים בלבד מעל. זה מה שעומד מאחורי הצפיפות המדהימה של כוכב הלכת, אך מדוע המבנה שלו הסתיים כך לא לגמרי ברור.

"היווצרות כוכב חמה היא בעיה גדולה," אומר ניקולה טוסי, מדען פלנטרי במרכז הגרמני למדעי התעופה והחלל בברלין. "עדיין לא ברור למה כוכב חמה נראה כפי שהוא נראה."

משימה מאוחרת יותר לכוכב חמה, משימת "מסנג'ר" (Messenger) של נאס"א שהקיפה את העולם בין 2011 ל-2015, רק עוררה שאלות נוספות. במסלול של 60 מיליון ק"מ בלבד מהשמש, הטמפרטורות במהלך היום בכוכב חמה יכולות להגיע לשיאים של עד 430 מעלות צלזיוס, בעוד שבלילה הן יכולות לצנוח עד למינוס 180 מעלות צלזיוס. ובכל זאת, למרות הטמפרטורות הקיצוניות הללו, "מסנג'ר" מצאה שלכוכב חמה יש יסודות נדיפים כמו אשלגן ותוריום רדיואקטיבי על פני השטח שלו, שהיו אמורים להתאדות מקרינת השמש מזמן. התגלה כי מולקולות מורכבות כמו כלור ואפילו קרח מים הלכודים במכתשים הקוטביים המוצלים של כוכב הלכת, מסתתרים גם הם על פני השטח.

"זה קוץ בתחת. אתה מקבל אפס כוכבי חמה"
– שון ריימונד

תגליות כאלה חיזקו את הסברה שכוכב חמה אינו שייך באמת למיקום הנוכחי סביב השמש. אסטרונומים תהו זמן רב לגבי מיקומו של כוכב חמה במערכת השמש, באזור שבו אנו לא חושבים שכוכב לכת כמו כוכב חמה יכול להיווצר בקלות.

אנו יודעים שמערכות שמש כמו שלנו מתחילות כדיסקית של אבק וגז סביב כוכבים. לאט לאט, כוכבי לכת חוצבים רווחים בדיסקית הזו וגדלים ככל שהם אוספים חומר נוסף. אך כוכב חמה רחוק מדי מנוגה מכדי שזה יהיה הגיוני, בהתבסס על מודלים של אופן היווצרות כוכבי הלכת. לא משנה אילו פרמטרים משנים, אנו פשוט לא מצליחים לגרום לכוכב חמה כפי שאנו רואים אותו היום לעבוד. "זה קוץ בתחת," אומר ריימונד. "אתה מקבל אפס כוכבי חמה."

אסטרונומים השקיעו שנים בשיפור מודלים ובבחינת רעיונות לאופן שבו כוכב חמה יכול היה להיווצר וישנם כמה תרחישים מובילים. אחד הנדונים ביותר הוא הרעיון שכוכב חמה היה פעם גדול הרבה יותר, אולי פי שניים מהנפח הנוכחי שלו וכמעט בגודל של מאדים. ייתכן שהוא גם הקיף את השמש במרחק רב יותר. רעיון זה נתמך על ידי רמות האשלגן והתוריום שזוהו בכוכב חמה, הדומות הרבה יותר לאלו שבמאדים, כוכב לכת שנוצר רחוק יותר מהשמש.

התיאוריה היא שבשלב כלשהו ב-10 מיליון השנים הראשונות לקיומו, ה"פרוטו-חמה" הזה נפגע על ידי עצם מסיבי, אולי כוכב לכת אחר בגודל מאדים. ההתנגשות פשטה מכוכב הלכת את שכבותיו החיצוניות – הקרום והמעטפת – והותירה רק את הליבה הצפופה העשירה בברזל המהווה את רוב העולם שאנו רואים כיום. הסבר זה הוא אולי המועדף ביותר על אסטרונומים כיום, אומר אלסנדרו מורבידלי, דינמיקאי פלנטרי במצפה הכוכבים קוט ד'אזור בניס, צרפת. "הפרשנות הכללית היא שכוכב חמה ספג פגיעה ענקית שהסירה את רוב המעטפת," הוא אומר.

זו הייתה צריכה להיות פגיעה "משיקה" (grazing impact), כדי לא להשמיד את כוכב חמה לחלוטין. עם זאת, בעוד שהתנגשויות היו נפוצות במערכת השמש המוקדמת, הסרת כמות כה גדולה של חומר מכוכב חמה תדרוש ריסוק אלים במהירויות של יותר מ-224,000 מייל לשעה (100 ק"מ לשנייה), אומר קמביוני, תרחיש שנחשב לבלתי סביר מכיוון שרוב העצמים היו נעים סביב השמש בכיוונים דומים ובמהירויות דומות זה לזה, כמו מכוניות בכיכר.

פגיעה כזו הייתה צריכה גם לפשוט מכוכב חמה את היסודות הנדיפים שלו, כולל תוריום, מה שהופך את הזיהוי שלהם על ידי "מסנג'ר" למבלבל באותה מידה. כיצד הם שרדו אירוע נפיץ שכזה?

גם ללא פגיעה, לא ברור איך היסודות האלו עדיין נמצאים בכוכב חמה. "משהו כל כך קרוב לשמש לא אמור להיות עשיר בחומרים נדיפים," אומר דייוויד רות'רי, גאו-מדען פלנטרי באוניברסיטה הפתוחה בבריטניה, השותף לניהול מכשיר ה-MIXS של BepiColombo שיחקור את החומרים הנדיפים של כוכב הלכת. "אז האם כוכב חמה התחיל רחוק יותר, או שהדברים שהתקבצו ליצירת כוכב חמה התחילו רחוק יותר?"

אולי כוכב חמה לא ספג פגיעה, אלא היה הפוגע בעצמו, והתנגש בעולם אחר – כמו נוגה – לפני שהסתיים במיקומו הנוכחי. זהו רעיון מבטיח כי ייתכן שקל יותר לפשוט את המעטפת של כוכב חמה בהתנגשות "פגע וברח" שכזו. "קל יותר להסביר את כוכב חמה אם הוא היה הגוף הפוגע ולא הנפגע," אומר אוליבייה נאמור, גאולוג פלנטרי באוניברסיטה הקתולית של לובן בבלגיה.

הוא לא היה כדור התותח היחיד בגודל כוכב לכת שטס במערכת השמש המוקדמת. הירח שלנו עצמו נחשב להיווצר כאשר עצם בגודל מאדים בשם "תיאה" התנגש בכדור הארץ הקדום וכרת ממנו גוש ענק.

בכל אחד מתרחישי הפגיעה של כוכב חמה, לא ברור מדוע פסולת הסלע שהושלכה לחלל לא נפלה חזרה על כוכב הלכת או יצרה ירחים משלו (לכוכב חמה אין ירחים). אפשרות אחת עשויה להיות תהליך הנקרא "שחיקה התנגשותית" (collisional grinding), שבו החומר שנפלט מכוכב חמה פורק לאבק שנושף לאחר מכן על ידי מטח רוח השמש. "שחיקה התנגשותית היא הפסולת עצמה שנשחקת לנתחים קטנים יותר ויותר," אומרת ג'ניפר סקורה, מומחית להיווצרות כוכבי לכת באוניברסיטת טורונטו בקנדה. "אתה מסיים עם כוכב חמה קטן יותר וגם צפוף יותר." אך קצב השחיקה הנדרש כדי שזה יעבוד הוא גבוה, אולי יותר ממה שאנו מצפים שיקרה, היא אומרת.

תרחיש אחר הוא שלא הייתה פגיעה ענקית כלל, אלא שכוכב חמה באמת נוצר מחומר קרוב יותר לשמש שהיה עשיר יותר בברזל. במצב זה, המועדף על ידי אנדרס יוהנסן, מומחה להיווצרות כוכבי לכת באוניברסיטת קופנהגן בדנמרק ובאוניברסיטת לונד בשוודיה, כוכב חמה נוצר באזור של מערכת השמש שהיה חם הרבה יותר משאר כוכבי הלכת, כאשר התפרצויות מהשמש הצעירה אידו למעשה את רוב האבק הקל יותר במיקומו של כוכב חמה והותירו רק חומר כבד עשיר בברזל להתלכד יחד. "אז היית יכול ליצור כוכב לכת עשיר בברזל," אומר יוהנסן.

שוב, יש בעיות. אם זה היה נכון, מדוע כוכב חמה הפסיק לגדול בגודלו הנוכחי, במקום להמשיך ולצבור חומר עשיר בברזל? "יהיה הרבה חומר מסביב," אומר יוהנסן, כך שלא ברור מדוע נשארנו עם כוכב הלכת הקטן שאנו רואים היום.

סביב כוכבים אחרים אנו רואים עדויות לגרסאות גדולות יותר של כוכב חמה, המכונות "סופר-מרקורי" (Super Mercuries), כוכבי לכת צפופים עשירים בברזל, מסיביים וגדולים יותר מכדור הארץ אך עדיין בעלי ליבת ברזל גדולה. הסיבה לכך שטרם גילינו כוכבי לכת בגודל של כוכב חמה היא שהם פשוט קטנים מדי מכדי להבחין בהם מול הבוהק והמשקל הכבידתי של הכוכב המארח שלהם.

תצפיות על כוכבים אחרים מצביעות על כך שסופר-מרקורי עשויים להיות נפוצים למדי בגלקסיה שלנו, אומר קמביוני, ומהווים אולי 10% עד 20% מכלל כוכבי הלכת שם בחוץ. זוהי בעיה מסוימת כיוון שכמו כוכב חמה, איננו יודעים כיצד הם נוצרים – הם גדולים מדי מכדי להיווצר באמצעות תרחיש התנגשות כלשהו, למשל. "הם נפוצים באופן מטריד," אומר קמביוני.

ישנה תיאוריה נוספת לאופן שבו כוכב חמה נוצר – כזו שבה כוכבי הלכת הפנימיים לא נוצרו היכן שהם נמצאים כעת, אלא נדדו מעט. במודל אחד של מערכת השמש, כוכבי הלכת הפנימיים כוכב חמה, נוגה, כדור הארץ ומאדים עשויים היו להיווצר בשתי טבעות נפרדות של חומר סביב השמש. כדור הארץ ונוגה נוצרו לצד כוכב חמה בטבעת הפנימית, לפני שהם "נדדו משם והותירו את כוכב חמה מאחור", אומר ריימונד, בגלל המסה הנמוכה שלו.

מודל של מאט קלמנט, חוקר כוכבי לכת באוניברסיטת אוקספורד בבריטניה, מצביע על כך שכוכבי הלכת הסלעיים היו יכולים כולם להיווצר הרבה יותר קרוב לשמש, בתוך המסלול הנוכחי של כוכב חמה, לפני שעברו החוצה. "כוכב חמה נבעט אל מחוץ לאקשן ונגמר לו החומר," הוא אומר. הרעיון אינו פותר לגמרי מדוע לכוכב חמה תהיה ליבה כה גדולה, אלא אם כן הוא עבר לאזור של מערכת השמש שהיה עשיר יותר בברזל, אך הוא פותר את השאלה מדוע כוכב הלכת הוא בגודלו הנוכחי ואת המרחק שלו מנוגה. "אני חושב שצריך נדידה," אומר קלמנט.

ישנם גם כמה רעיונות יוצאי דופן יותר. מה אם כוכב חמה אינו כוכב לכת סלעי כשלעצמו, אלא הליבה החשופה של כוכב לכת ענק גזי כמו צדק שהאטמוספירה שלו נקרעה ממנו? בעוד שרעיון כזה הועלה, קמביוני חושב שהוא לא סביר. "קשה מאוד להסיר את האטמוספירה של כוכב לכת בגודל צדק," הוא אומר, בשל כוח הכבידה העצום שלהם. כל זה מספק לאסטרונומים רמזים רבים אך אין קונצנזוס לגבי האופן שבו נוצר כוכב חמה. BepiColombo עשויה לספק כמה תשובות.

כאשר המשימה – שהיא למעשה שתי חלליות המופעלות על ידי סוכנות החלל האירופית (Esa) וסוכנות החלל היפנית (Jaxa) המחוברות יחד – תיכנס למסלול סביב כוכב חמה, שני הכלים ייפרדו. לאחר מכן הם ישתמשו במכשירים שלהם כדי למפות את הרכב פני השטח של כוכב חמה תוך לימוד כוח הכבידה והשדה המגנטי החלש של כוכב הלכת, בין שאר התצפיות. "BepiColombo תבצע מדידות נוספות שיוכלו לספר לנו על מקור כוכב הלכת," אומר טוסי. עניין מיוחד יהיה לגלות ממה עשויים פני השטח ותת-הקרקע של כוכב הלכת. "הכרת ההרכב הזה מציבה מגבלות על היווצרות כוכב הלכת," אומר טוסי.

אם כוכב חמה היה פעם גדול בהרבה אך לאחר מכן פושט, הוא היה אמור ליצור מעטפת מותכת זמנית, אוקיינוס עצום של מאגמה שנוכל לראות עדויות לו כיום. "זה מתמצק בצורה מסוימת," אומר טוסי, עדויות ש-BepiColombo יכולה לחפש.

תמונות ראשונות ששידרה החללית כשביצעה יעף על פני כוכב חמה בתחילת שנה זו טרם חשפו עדויות לאוקיינוס המאגמה העתיק הזה. אך הן הראו פני כוכב לכת מצולקים במכתשי פגיעה ומחורצים מזרימות לבה עתיקות. ניתן היה לראות גם שרידים של שיטפון לבה מלפני כ-3.7 מיליארד שנים, שם הוא התקשה למרחבים גדולים של פני שטח "חלקים" ומילא מכתשים ישנים יותר. למרות שהם הרבה יותר מאוחרים מאוקיינוס המאגמה שאולי היה קיים, קמטים ייחודיים על פני השטח החלקים מצביעים על כך שכוכב הלכת מתכווץ באופן דרמטי מאז שהתקרר במשך מיליארדי שנים.

מדידות הכבידה של החללית, המעקבות אחר המידה שבה כוכב הלכת מתעוות בתגובה לכבידה של השמש על ידי הקפצת לייזר מעל פני השטח שלו, צריכות גם הן לתת למדענים הבנה טובה יותר של מבנה הליבה, פיסת מידע חשובה נוספת בהיסטוריה של כוכב הלכת. "הכרת הרכב הליבה תעזור גם לשחזר מניין הגיע כוכב חמה," אומר טוסי.

משימת BepiColombo אמורה גם לחשוף יותר על היסודות הנדיפים בכוכב חמה, שנותרו מבלבלים. "אנו יודעים שכוכב חמה עשיר בחומרים נדיפים אבל אנחנו לא יודעים מהם כל החומרים הנדיפים," אומר רות'רי. זה יכול גם לעזור לפתור תעלומות אחרות לגבי כוכב חמה – כמו מדוע פני השטח שלו עמוסי המכתשים כל כך כהים. כוכב הלכת מחזיר רק כשני שלישים מכמות האור שמחזיר הירח של כדור הארץ, מה שמרמז על כך שעשויה להיות שכבה של חומר כהה כמו גרפיט המכסה את פני השטח.

עם זאת, כדי להבין באמת את מקורו של כוכב חמה, מדענים חולמים לנחות יום אחד על כוכב הלכת – משהו שהיה במקור חלק מההצעה של BepiColombo אך בוטל בשלב מוקדם בגלל עלות ומורכבות – ואולי אפילו להחזיר דגימות לכדור הארץ. "מה שאנחנו באמת רוצים זו דגימה מכוכב חמה," אומר רות'רי, שתאפשר לנו לפרק ולהבין בדיוק ממה עשוי כוכב הלכת.

שום משימה כזו אינה מתוכננת לעתיד הנראה לעין, אך היו כמה הצעות. במקום נחתת, "התקווה הטובה ביותר שלנו היא למצוא מטאוריט שמקורו בכוכב חמה", אומר רות'רי, דבר שאינו מעבר לגדר האפשר. מאות מטאוריטים ממאדים נמצאו על כדור הארץ, אך אף אחד מהם לא הוכח בוודאות ככזה שהגיע מכוכב חמה (או נוגה, לצורך העניין).

עלתה סברה כי מחלקה נדירה של מטאוריטים על כדור הארץ, הנקראים אובריטים (aubrites), הם חלקים מה"פרוטו-חמה" המשוער, כוכב הלכת הראשוני הגדול יותר שנפגע על ידי גוף אחר. הרעיון נותר "ספקולציה פרועה" אומר מורבידלי, אך מושך בכל זאת בגלל הכימיה והמינרלוגיה הדומות שלהם למה שאנו חושבים שפרוטו-חמה היה נראה.

קמיל קרטייה, פטרולוגית מאוניברסיטת לוריין בצרפת, מובילה מחקר על אובריטים כדי לחקור אפשרות זו במהלך השנתיים הקרובות. "יש לנו אוסף מעולה" של מטאוריטים אובריטים, היא אומרת, כשהצוות שלה אוסף דגימות מכ-20 אובריטים שונים. כעת הם יחקרו אותם במעבדה כדי לבדוק אם הם באמת חלקים מכוכב חמה. "אמורות להיות לנו ראיות חזקות בעד או נגד ההיפותזה הזו," אומרת קרטייה.

מה שמוטל על הכף בהבנת היווצרות כוכב חמה הוא הבנת תהליך היווצרות כוכבי לכת עצמו. האם כוכב הלכת היה רק מקרה של מזל, תוצאה של התנגשות מקרית במהירות גבוהה במערכת השמש שלנו, או משהו נפוץ יותר? "אולי כוכב חמה אינו עצם כה נדיר והוא תוצאה טבעית של היווצרות כוכבי לכת," אומר טוסי.

לעת עתה, חידת מקורו של כוכב חמה נמשכת. מדוע יש לנו את כוכב הלכת הקטן והסופר-מתכתי המוזר הזה במערכת השמש שלנו, והאם לכוכבים אחרים יש "כוכבי חמה" משלהם? על פני השטח שלו כוכב חמה עשוי להיות עולם אפור ומצולק נטול עניין ברור, אבל עמוק בפנים העולם האניגמטי הזה עשוי להיות פשוט אחד המקומות המרתקים ביותר במערכת השמש.

"ייתכן שכוכב חמה הוא פשוט כוכב לכת בלתי סביר," אומרת סקורה, כזה שברוב ציר הזמן פשוט לא היה אמור להתקיים, אבל בשלנו הוא קיים.