רוח הרפאים של מערכת השמש

אז בפוסט הקודם למדנו על ההשערה בדבר קיומו של "חומר אפל", חומר בלתי נראה שאולי ממלא את הגלקסיה שלנו ומונע ממנה להתפרק. את החומר האקזוטי הנ"ל עדיין לא גילינו, וקל מאוד לפקפק – ואולי אפילו לזלזל – בעצם הרעיון שהוא קיים.

אז רגע לפני שאתם מרימים גבה ומצקצקים בלשונכם, דעו לכם כי לפיזיקאים יש תקדים היסטורי שבו השערות מהסוג הזה דווקא התבררו כסיפור הצלחה די גדול.

אפשר לומר כי פיזיקאים נותנים אמון בהשערת החומר האפל כי איך אומרים: כבר היינו בסרט הזה… כפי שנראה להלן, בפעם הקודמת אמנם לא היה מדובר באובייקט בלתי נראה בגלקסיה אלא בתוך מערכת השמש, אבל נראה כי מדובר באותה גברת בשינוי אדרת.

אז כדי להבין את מהות הבעיה ומה הפתרון האפשרי, בואו ונחזור לרגע אחורה בזמן, כי פיזיקאים כבר הוכיחו בעבר שהם בלשים לא רעים בכלל.

איך למצוא כוכב לכת

בשנת 1820, אסטרונום צרפתי בשם אלכסיס בובאר (Alexis Bouvard) שם לב שהמסלול הנצפה של כוכב הלכת אורנוס – כוכב לכת השביעי במערכת השמש – לא מציית למסלול התיאורטי כפי שחוזה המתמטיקה של המכניקה הניוטונית. בפועל, נראה כי אורנוס "מזגזג" מעט, כאילו משהו מושך אותו קצת לכאן ולשם.

בשלב זה נכנס לתמונה אסטרונום צרפתי נוסף בשם אורבן לה-ורייה (Urbain Le Verrier), שהחליט לקחת דף ועיפרון ולנסות להבין מה או מי יכול לגרום למסלול של אורנוס להשתנות. לה-ורייה הגיע למסקנה שאם קיים כוכב לכת נוסף במערכת השמש, כוכב לכת שמיני שעדיין לא נתגלה, קיומו יכול להסביר את הסטיות במסלול של אורנוס. לה-ורייה הצליח ממש לחזות איפה אמור להיות אותו כוכב לכת נעלם, ומה צריך להיות המסלול שלו כדי להסביר את תנועתו של אורנוס.

בשנת 1846 לה-ורייה שלח את חישוביו לאסטרונום הגרמני יוהאן גוטפריד גאלה (Johann Gottfried Galle) במצפה הכוכבים בברלין. לא יאומן כי יסופר, אבל גאלה מצא את נפטון כבר בלילה הראשון של התצפיות, במרחק של מעלה אחת בלבד מהמיקום שחזה לה-ורייה.

חייבים להודות: מדובר בסיפור הצלחה קלאסי, ישר מתוך ספר האגדות של הפיזיקה. אין דברים כאלה, באמת. אבל מה אתם יודעים… עוד באותה שנה שבה נפטון נצפה, שנת 1846, מיד התגלו חריגות במסלולו של נפטון עצמו, והאסטרונום האמריקאי פרסיוול לוול (Percival Lowell) הציע כי קיים כוכב לכת נוסף, וכך נתגלה פלוטו (שלימים שונמך לדרגת כוכב לכת ננסי).¹ איך אומרים: בום! Drop the Mic…

כל זה קרה מזמן, אבל על הרכבת הזו תפסו טרמפ שני אסטרונומים מהמכון הטכנולוגי של קליפורניה: קונסטנטין באטיגין (Konstantin Batygin) ומייקל בראון (Michael E. Brown). בשנת 2016, הם נכנסו לנעליים של אלכסיס בובאר ואורבן לה-ורייה, והכריזו כי יש בידיהם ראיות מוצקות לגבי קיומו של כוכב לכת תשיעי. הם לא ראו אותו ישירות בטלסקופ (עדיין לא…) אבל הם בהחלט ראו את "טביעות האצבע" שלו על גופים רחוקים אחרים.²

מדובר בחדשות מרעישות: ייתכן וקיים כוכב לכת תשיעי במערכת השמש. יש להדגיש כי לא מדובר על פלוטו, שעוד בשנת 2006 הוחלט כי הוא אינו כוכב לכת "תקני", אלא רק כוכב לכת "ננסי". אני מדבר על כוכב לכת די גדול (או כך לפחות אנו חושבים) שמתחבא אי שם בחשיכה המוחלטת של קצה מערכת השמש, וגורם לכל השכנים שלו לרקוד לפי החליל שלו.

הייתכן? האמנם? האם אנחנו עומדים בפני תגלית של פעם בדור? בואו ונצלול פנימה ונראה מה המכניקה השמימית מנסה לומר לנו.

פרופיל של ענק

אוקיי, אז אחרי שהבנו שאולי יש מישהו שמושך בחוטים בקצה השכונה, בואו ננסה להבין עם מי יש לנו עסק.

על פי המודלים המתמטיים של באטיגין ובראון, מדובר בכוכב לכת בעל מסה של פי 5 עד 10 מזו של כדור הארץ. מבחינת הגודל הפיזי שלו, הרדיוס שלו מוערך בפי 2 עד 4 מזה של כדור הארץ. ההנחה היא כי מדובר בענק קרח, הדומה בהרכבו לנפטון ולאורנוס. אבל מה שבאמת הופך את כוכב לכת 9 למיוחד זה המסלול שלו:

• מרחק עצום: כוכב לכת 9 נמצא במרחק ממוצע שגדול פי 20 מהמרחק של נפטון מהשמש, כלומר: המרחק הממוצע שלו הוא 90 מיליארד ק"מ (לשם השוואה: נפטון נמצא במרחק ממוצע של 4.5 מיליארד ק"מ).
• מסלול אליפטי: כוכב לכת 9 לא מסתובב סביב השמש בעיגול יפה כמו כדור הארץ; המסלול שלו הוא אליפסה מוארכת, כך שלפעמים הוא "קרוב" יחסית (45 מיליארד ק"מ מהשמש) ולפעמים הוא רחוק מאוד (150 מיליארד ק"מ).
• שנה ארוכה: בגלל המרחק והמסלול העצום שלו, לוקח לו בערך 15,000 שנים להשלים הקפה אחת סביב השמש. בפעם האחרונה שהוא היה באותה נקודה במסלול, בני האדם רק התחילו ללמוד איך לגדל חיטה.

ניתן לומר כי כוכב לכת 9 – אם הוא אכן קיים – הוא למעשה הכוכב לכת – בה"א הידיעה – של כל מערכת השמש, אפילו יותר מצדק. מדוע? כי כוכב לכת 9 הוא הבוס הבלתי מעורער בשכונה שלו, ומסתבר כי "שטח השליטה" שלו אפילו יותר גדול משל צדק. למה אני בדיוק מתכוון? ואיך זה ייתכן אם צדק הרבה יותר מסיבי ממנו?

ובכן, כדי שכוכב לכת יהיה "בוס בלתי מעורער", הוא צריך שכוח המשיכה שלו יהיה חזק יותר מכוח המשיכה של השמש באותו אזור שבו הוא נמצא. צדק נמצא קרוב יחסית לשמש. בגלל שהשמש כל כך מאסיבית וקרובה אליו יחסית, היא מנצחת את צדק בכל מה שקשור להשפעה על עצמים שנמצאים קצת מעבר לסביבתו המיידית של צדק. לכן "שטח השליטה" של צדק די קטן. כוכב לכת 9 לעומת זאת, נמצא באזור שבו כוח המשיכה של השמש כבר חלש מאוד. לכן, למרות שהמסה שלו קטנה משל צדק, קל לו הרבה יותר להיות הגורם הדומיננטי ביותר ברדיוס של מיליארדי קילומטרים סביבו.

אבל מה גורם לנו לחשוב שהוא בכלל שם מלכתחילה?

טביעות אצבע גרוויטציוניות

דמיינו לרגע עדר כבשים שצועד בטור מושלם. אתם לא רואים את הרועה, אבל ברור לכם לגמרי שהוא נמצא שם עם המקל שלו. אחרת איך חבורה של כבשים יכולה לצעוד כמו במסדר צבאי? זה בדיוק מה שקורה בקצה מערכת השמש. אמנם באטיגין ובראון לא ראו את כוכב הלכת 9 ישירות בטלסקופ, אבל הם זיהו "טביעות אצבע" שמוכיחות שמישהו מסיבי מאוד עושה שם סדר מאחורי הקלעים.

באטיגין ובראון בחנו שישה עצמים רחוקים מאוד בחגורת קויפר (Kuiper Belt). למי שלא יודע, חגורת קויפר היא איזור במרחב – מעבר לנפטון – שבו קיימים מספר עצמים הדומים לפלוטו, פחות או יותר.³ מדובר בגופים שקטנים יותר מפלוטו, אבל לא קטנים מספיק כדי להיחשב בתור אסטרואידים. לצורך הדיון אפשר לחשוב עליהם כמו כוכבי לכת עובריים. כל אחד מהעצמים האלה נע במסלול אליפטי מוארך מאוד, מסלול שנראה כמו מלפפון. במסלול אליפטי שכזה – בניגוד למסלול מעגלי פשוט – יש זמנים בהם העצם רחוק מאוד מהשמש (זו נקראת: הנקודה הרחוקה) ויש זמנים בהם העצם מתקרב מאוד אל השמש (זו נקראת: הנקודה הקרובה).

מה שהפתיע את החוקרים הוא כי המסלולים האליפטיים שלהם מצביעים כולם לאותו כיוון; במילים פשוטות: כל האליפסות פונות לצד אחד בלבד של מערכת השמש, כמו פרח עם עלי כותרת שכולם פונים רק לצד אחד בלבד. זה לא הכל: התברר גם כי המסלולים שלהם מוטים בזווית דומה – בערך 30 מעלות – יחסית למישור שבו שאר כוכבי הלכת מסתובבים סביב השמש. ההסתברות כי שתי התופעות האלה (הכיוון והנטייה) נוצרו במקרה הוא מאוד נמוך. הסימולציות של באטיגין ובראון הראו כי קיומו של כוכב לכת תשיעי יכול להסביר את התופעות האלה. המשימה העיקרית כעת, היא לחשב מה צריכים להיות המסה והמסלול של כוכב לכת 9 כדי להסביר את המסלולים של העצמים האחרים:

בנקודה זו יש להדגיש: גם אם קיומו של כוכב לכת 9 יכול להסביר את המסלולים המוזרים של העצמים בחגורת קויפר, עדיין צריך לבדוק האם יש לנו הסבר הגיוני מאיפה לעזאזל הכוכב הזה הגיע. במילים אחרות: אי אפשר סתם לשלוף כוכב לכת מהכובע ולשים אותו איפה שבא לנו במערכת השמש, אם אין הסבר מניח את הדעת איך הוא הגיע לשם. בכל מקרה כוכב לכת 9 לא יכול היה להיווצר במרחקים העצומים שבהם הוא נמצא כיום, כי פשוט אין שם מספיק חומר. לכן בגדול, יש שתי אפשרויות:

1. ייתכן כי כוכב לכת 9 נוצר מלכתחילה באזור של אורנוס ונפטון והועף החוצה ממערכת השמש עקב אינטראקציה כבידתית עם צדק או שבתאי. אם זה מה שקרה, אז סביר להניח שהוא "ענק קרח", כלומר הרכבו דומה פחות או יותר לשכנים שלו לשעבר – שפע של מים, אמוניה ומתאן שקפאו לקרח.
2. אפשרות נוספת היא כי ייתכן ומדובר במהגר; כלומר כוכב לכת 9 הוא "כוכב לכת נווד" (Rogue Planet): גוף שנוצר במערכת שמש אחרת לגמרי, נזרק ממנה לחלל הבין-כוכבי, ונלכד על ידי כוח המשיכה של השמש שלנו כאשר היא חלפה לידו בימיה הראשונים.

כך או כך, אלה בעיות פחות חמורות; המטרה העליונה היא קודם כל למצוא אותו. אם יוכח שהוא קיים, לא נראה כי תהיה בעיה עקרונית להסביר מנין הגיע. הבעיה היא שכוכב לכת 9 מאוד רחוק, והאנימציה הבאה ממחישה זאת: בהתחלה ניתן לראות את המסלולים של כוכבי הלכת הפנימיים, עד מאדים. לאחר מכן, את המסלולים של כוכבי הלכת הגדולים, מצדק ועד נפטון. אם ממשיכים לעשות זום-אאוט, ניתן לראות את המסלולים האליפטיים של העצמים בחגורת קויפר, ולבסוף את המסלול המשוער של כוכב לכת 9.

המצוד

אוקיי, אז אם הוא כזה ענק ומסיבי, איך זה שעדיין לא ראינו אותו?

ובכן, התשובה הקצרה היא זו: מערכת השמש שלנו היא מקום די חשוך, ועובדה זו נראית קצת מוזר למי שנמצא קרוב אליה, כלומר: אנחנו.

הבעיה המרכזית בלזהות את כוכב לכת 9 ישירות, נובעת מכך שעוצמת אור השמש דועכת כמו המרחק בריבוע. במילים פשוטות: כדי שנוכל לראות את כוכב לכת 9, האור מהשמש צריך לנסוע עד אליו (ותוך כדי כך עוצמתו קטנה ע"פ ריבוע המרחק), לפגוע בו, ואז לחזור את כל הדרך חזרה אלינו (ושוב העוצמה קטנה ע"פ ריבוע המרחק). התוצאה היא שעוצמת האור המוחזר אלינו מכוכב הלכת 9 מזערית ממש. בגלל המרחק העצום שלו מהשמש, מתקבל מצב בו יש מעט מאוד אור שמגיע אלינו מכוכב לכת 9, וזאת אפילו כאשר הוא בנקודה הקרובה ביותר שלו אל השמש.

בשלב זה מתווסף לעסק גם קצת "מזל רע", כיצד?

יש לדעת כי את המסלולים של העצמים הקטנים בחגורת קויפר – אלה שעליהם כוכב לכת 9 משפיע – הצלחנו לגלות רק כי במקרה הם עכשיו קרובים יחסית לשמש (באיזור הנקודה הקרובה שלהם). זכרו כי המסלולים שלהם מאוד אליפטיים ולכן הם מתקרבים ומתרחקים מהשמש לסירוגין; אנחנו מצליחים לגלות אותם רק כשהם מבקרים בשכונה שלנו, אך ברגע שהם ממשיכים במסלולם ומתרחקים, הם באמת נעלמים מהעין של הטלסקופים הנוכחיים שלנו. על קיומו של כוכב לכת 9 אנו מסיקים על סמך הקומץ הקטן של העצמים שגילינו בזמן שהם היו קרובים אלינו.

אלא שהמסלול של כוכב לכת 9 כל כך רחב, שגם כאשר הוא נמצא בנקודה הקרובה ביותר שלו לשמש, הוא עדיין רחוק פי כמה וכמה מהעצמים הקטנים שראינו. אך לרוע המזל, על פי המודלים של באטיגין ובראון, כוכב לכת 9 נמצא עכשיו דווקא באיזור הנקודה הרחוקה שלו על המסלול. תוסיפו לכך את העובדה שהוא נע לאט מאוד (שנה אחת שלו נמשכת כ-15,000 שנים של כדור הארץ), נוצר מצב בו הוא מבלה המון זמן באזורים הרחוקים והאפלים ביותר של המסלול שלו. בפועל, המצב אפילו גרוע יותר כי ממילא אין לנו יכולת לנבא את מיקומו המדויק של כוכב לכת 9, אלא לכל היותר אנו יודעים להגיד מהו האזור המשוער שבו הוא עשוי להימצא (אזור די גדול, דרך אגב).

נו, אז מה עושים? מחכים אלפי שנים? פחחחחחח… תשכחו מזה, לפיזיקאים אין סבלנות. עדיף כבר לגייס כספים ולבנות טלסקופ חזק וטוב שאולי יצליח למצוא מחט בערמת שחת.

אבל רגע אחד – אתם בטח שואלים את עצמכם – מה עם טלסקופ ג'יימס ווב (JWST) ששוגר לחלל בשנים האחרונות? מדובר בטלסקופ החלל העוצמתי ביותר שיצרנו אי פעם, ולא נשתמש בו כדי למצוא את כוכב לכת 9?

ובכן, למרות שג'יימס ווב הוא אכן הטלסקופ החזק ביותר שנבנה אי פעם, הוא לא הכלי המתאים למשימה מסיבה פשוטה: ג'יימס ווב הוא כמו כוונת עוצמתית של רובה צלפים מטורף; הוא יכול לראות פרטים מדהימים בנקודה קטנה מאוד בשמיים, אבל כוכב לכת 9 יכול להיות כמעט בכל מקום ברצועה ענקית בשמיים. לסרוק את כל השטח הזה עם ג'יימס ווב ייקח נצח, וזה פשוט לא מעשי. במילים פשוטות: ג'יימס ווב מצטיין בלהסתכל על אובייקטים שאנחנו כבר יודעים איפה הם נמצאים, אבל לא לסרוק באופן שיטתי איזורים שלמים בחלל (ובכל מקרה זמן התצפית בו יקר מאוד, כולם רוצים להשתמש בו לאלף ואחת מטרות שונות).

נכון להיום הכלי המרכזי של הפיזיקאים הוא טלסקופ סובארו (Subaru) שנמצא בהוואי וסורק בקדחתנות את האזור שבו כוכב לכת 9 אולי נמצא. בנוסף, יש לא מעט חוקרים (וגם אסטרונומים חובבים) שמנסים לנתח נתוני ארכיון; יש לא מעט מידע אסטרונומי שנאסף עד עכשיו מאלף ואחת מדידות שנעשו בעבר לצורך אלף ואחת מטרות שונות ומשונות (בלי קשר לכוכב הלכת 9). מי יודע, יכול להיות שמסתתר שם משהו שאף אחד לא שם לב אליו עד עכשיו. המוטיבציה כמובן ברורה: מי שיהיה חתום על הגילוי יזכה לתהילת עולם.⁴

דרך אגב, בשנה הנוכחית צפוי להיכנס לפעולה טלסקופ חדש בצ'ילה, עוצמתי ביותר עם שדה ראיה רחב מאוד. הטלסקופ ייקרא על שמה של לא אחרת מאשר ורה רובין (Vera Rubin), האסטרונומית מהפוסט הקודם, זוכרים? זו שגילתה לראשונה את התנועה המוזרה של כוכבים בשולי הגלקסיה, גילוי שהוביל להשערת החומר האפל.

העיניים של כולם נשואות לטלסקופ החדש הזה; אסטרונומים מעריכים שברגע שהמפלצת הטכנולוגית הזו תתחיל מדי לילה לסרוק מקטעי ענק באיזור שבו כוכב לכת 9 אמור להיות, לא יהיה לו יותר איפה להתחבא.

עוד פעם MOND?

זוכרים בפוסט הקודם את מרדכי מילגרום, הפיזיקאי הישראלי שהציע כי אין שום חומר אפל, וההסבר לתנועה המוזרה של כוכבים בשולי הגלקסיה הוא שיש לעדכן את חוקי המכניקה הנוכחיים? התיאוריה שלו נקראת MOND, והיא כיום החלופה העיקרית להשערת החומר האפל.

תתפלאו לדעת שגם במקרה של כוכב לכת 9 יש לתיאוריה של מילגרום דריסת רגל; מדהים, אבל ממש לאחרונה יחסית, בסוף שנת 2023, פורסם מאמר שטוען כי חוקי MOND יכולים לשמש גם כהסבר חלופי למסלולים של העצמים בחגורת קויפר.⁵ אך במקרה הזה החוקרים עבדו "הפוך": החוקרים חישבו תחילה מה אמור להיות כיוון המסלולים של אותם עצמים רחוקים תחת חוקי MOND. הם גילו התאמה די טובה בין המסלולים התיאורטיים לבין המסלולים האמיתיים של העצמים כפי שנצפו בפועל.

שמתם לב להבדל? בעוד שהתיאוריה של כוכב לכת 9 הציבה את כוכב הלכת באזור מסוים כדי להסביר את המסלולים בדיעבד, במקרה של MOND זה הפוך: התיאוריה של מילגרום חוזה את המסלולים הנ"ל מראש כתוצאה מהשפעת כוח הכבידה של הגלקסיה כולה. זה יתרון רציני.

סיכום

ללא ספק, אם נצליח לגלות את כוכב לכת 9 אז זו תהיה תגלית באמת אדירה; סיפור הצלחה ענק שיגמד אפילו את הגילוי של נפטון.

אלא שמעבר להצלחה המדעית שצפויה כאן – הצלחה שמבוססת על תחזית, ניבוי ותצפית – הגילוי הזה עשוי להפוך את מערכת השמש שלנו למערכת "נורמלית" יותר. למה הכוונה?

מסתבר כי ברוב מערכות הכוכבים הדומים לשמש שדגמנו, מצאנו לפחות כוכב לכת אחד עם מסה של פי 2 עד 10 מכדור הארץ, ובדרך כלל יותר מאחד. לעומת זאת, במערכת השמש שלנו יש ואקום מוחלט בטווח הזה: אחרי כדור הארץ, הבא בתור הוא אורנוס, שגדול ממנו פי 15 במסה. מערכת השמש שלנו נראית כמו "עוף מוזר", כי חסר לה בדיוק את הסוג הזה של כוכב לכת, וכוכב לכת 9 מתאים לכך בול.

אז האם כוכב לכת 9 קיים? או שמא נצטרך לעדכן את חוקי הפיזיקה על פי המודל של MOND? אין לי מושג. אך בדומה להשערת קיומו של החומר האפל, דבר אחד בטוח: יש פה משהו שאנחנו מפספסים.

1. כיום ידוע שהחישובים של לוול היו מבוססים על נתונים שגויים. המסה של פלוטו קטנה מדי (כ-0.2% ממסת כדור הארץ) מכדי להשפיע באופן מורגש על מסלוליהם של כוכבי לכת ענקיים כמו אורנוס או נפטון. בשנת 1993, ניתוח נתונים מהגשושית "וויאג'ר 2" העלה כי המסה המשוערת של נפטון הייתה שגויה מעט. ברגע שתוקן נתון זה, ה"חריגות" במסלול שלו נעלמו, והתברר שלא היה צורך בכוכב לכת נוסף כדי להסבירן. זאת אומרת שגילוי פלוטו במיקום שנחזה היה למעשה צירוף מקרים מוצלח. [↩]
2. EVIDENCE FOR A DISTANT GIANT PLANET IN THE SOLAR SYSTEM, Konstantin Batygin and Michael E. Brown, The Astronomical Journal, Volume 151, Number 2 [↩]
3. פלוטו עצמו נחשב בתור אחד העצמים הראשונים בחגורת קויפר, כלומר: מאלה הקרובים ביותר לשמש. [↩]
4. במחקר שפורסם במהלך 2025, אסטרונומים הצליבו נתונים משני סקרי שמיים ישנים (של הלוויינים IRAS ו-AKARI) וזיהו עצם חיוור שזז באטיות. המיקום והתנועה שלו מתאימים פחות או יותר לתחזיות המתמטיות של בראון ובטיגין, אך עם זאת נדרשות תצפיות נוספות כדי לאשר שאכן מדובר בכוכב לכת ולא ברעש רקע או גוף אחר. [↩]
5. Modified Newtonian Dynamics as an Alternative to the Planet Nine Hypothesis, Katherine Brown and Harsh Mathur, The Astronomical Journal, Volume 166, Number 4 [↩]