בעומק ליבם של עולמות זרים נוצרים גבישים בלחצים עזים פי 40 מיליון יותר מהלחץ האטמוספרי על כדור הארץ, ועוצמתם עד פי 10 מהלחץ בליבת כדור הארץ שלנו. הבנתם טוב יותר עשויה לעזור לנו לחפש חיים במקום אחר בגלקסיה שלנו.
כרגע מדענים לא יודעים כמעט דבר על הגבישים המסתוריים האלה. הם לא יודעים איך ומתי הם נוצרים, איך הם נראים או איך הם מתנהגים. אך לתשובות לשאלות הללו יכולות להיות השלכות עצומות על פני השטח של אותם עולמות - בין אם הם מכוסים במאמה או בקרח זורם, או מופגזים בקרינה מכוכביהם המארחים. התשובה, בתורו, עשויה להשפיע על האפשרות שכוכבי לכת אלה יושבים בחיים.
הפנים של אותם Exoplanets מסתורי לנו מכיוון שבמערכת השמש שלנו, כוכבי לכת נוטים להיות קטנים וסלעיים, כמו כדור הארץ ומאדים, או גדולים וגזים, כמו שבתאי ויופיטר. אך בשנים האחרונות, אסטרונומים גילו כי מה שמכונה "סופר אדמות" - כוכבי לכת סלעיים ענקיים - ו"מיני נפטונים "- כוכבי לכת גז קטנים יותר ממה שקיימים במערכת השמש שלנו - נפוצים יותר בשאר הגלקסיה שלנו.
מכיוון שניתן לראות כוכבי לכת אלה רק כהבהים קלושים באור המגיע מכוכביהם המארחים, הרבה עליהם נותר מסתורי. האם הם צפופים במיוחד או סופר-רחבים? ממה עשויים המשטחים שלהם? האם יש להם שדות מגנטיים? התשובות לשאלות הללו, מתברר, תלויות רבות באופן שבו הסלע והברזל שבליבותיהם האולטרה-בלחיצות מתנהגות.
גבולות המדע הנוכחי
נכון לעכשיו, ההבנה שלנו לגבי Exoplanets מבוססת בעיקר על הגדלה או מטה של מה שאנחנו יודעים על כוכבי לכת במערכת השמש שלנו, אמרה דיאנה ולנסיה, מדענית כוכבי לכת באוניברסיטת טורונטו בקנדה, שקראה בישיבת מרץ של האמריקני חברה פיזיקלית (APS) עבור פיסיקאים מינרלים כדי לחקור חומרים אקז-פלנטריים אלה.
הבעיה בגישה המדרגת היא שאינך יכול להבין באמת איך ברזל יתנהג פי עשרה מהלחץ של ליבת כדור הארץ רק על ידי הכפלה, אמרה. בלחצים עצומים אלה, תכונות הכימיקלים משתנות באופן מהותי.
"היינו מצפים למצוא קריסטלים בתוך אדמת-על שלא קיימת בכדור הארץ, או בכל מקום אחר בטבע, לצורך העניין", אמר לארס סטיקסרוד, פיזיקאי מינרלי תיאורטי מאוניברסיטת קליפורניה, לוס אנג'לס, שעשה עבודה תיאורטית בסיסית לחישוב התכונות של חומרים קיצוניים אלה. "אלה יהיו סידורים ייחודיים של האטומים שקיימים רק בלחץ גבוה מאוד."
הסדרים השונים הללו קורים, אמר לליווי מדע, מכיוון שלחצים עצומים משנים באופן מהותי את האופן שבו אטומים קשורים זה לזה. על פני כדור הארץ ואפילו עמוק בתוך כדור הארץ שלנו, אטומים מתחברים רק באמצעות האלקטרונים בקונכיות החיצוניות שלהם. אולם בלחצי-על-כדור הארץ, אלקטרונים הקרובים יותר לגרעין האטומי מעורבים ומשנים לחלוטין את צורותיהם ותכונותיהם של חומרים.
ותכונות כימיות אלה עלולות להשפיע על התנהגותם של כוכבי לכת שלמים. לדוגמה, מדענים יודעים שכדור הארץ העל לוכד חום רב. אבל הם לא יודעים כמה - ולתשובה לשאלה זו השלכות משמעותיות על הרי הגעש והטקטוניקה של הפלנטות. בלחצים הפנימיים של כדור הארץ, אלמנטים קלים יותר מתערבבים עם ליבת הברזל ומשפיעים על השדה המגנטי של כדור הארץ - אך זה אולי לא יקרה בלחצים גבוהים יותר. אפילו הגודל הפיזי של כדור הארץ העל תלוי במבנה הגבישי של תרכובות בליבותיהם.
אבל בלי כוכבי לכת מהסוג הזה כדי ללמוד מקרוב במערכת השמש שלנו, אמר ולנסיה, המדענים צריכים לפנות לחישובים פיזיים בסיסיים ולניסויים כדי לענות על שאלות מסוג זה. אבל חישובים אלה מגלים לעתים קרובות תשובות פתוחות, אמר סטיקסרודה. באשר לניסויים?
"הלחצים והטמפרטורות הללו הם מעבר ליכולתם של מרבית הטכנולוגיה והניסויים שיש לנו כיום," אמר.
בניית כדור הארץ סופר על כדור הארץ הרגיל
על כדור הארץ, ניסויי הלחץ הקיצוניים ביותר כוללים ריסוק דגימות זעירות בין הנקודות המחודדות של שני יהלומים תעשייתיים.
אבל יהלומים אלה נוטים להתנפץ הרבה לפני שהם מגיעים ללחצים על כדור הארץ העל, אמר סטיקסרודה. כדי לעקוף את מגבלות היהלומים, פיסיקאים פונים לניסויי דחיסה דינאמיים, מהסוג שביצע הפיזיקאי המינרלי טום דאפי וצוותו באוניברסיטת פרינסטון.
ניסויים אלה מייצרים לחצים דמויי-כדור הארץ יותר, אך רק עבור שברים של שנייה.
"הרעיון הוא שאתה מקרין מדגם באמצעות לייזר בעל כוח מאוד חזק, ואתה מחמם במהירות את פני השטח של הדגימה ואתה מפוצץ פלזמה," אמר דאפי, שעמד בראש מושב ה- APS בו דיברה ולנסיה, ל- Live Science.
פיסות המדגם, מחוממות פתאום, פוצצות מעל פני השטח ויוצרות גל לחץ שנע דרך הדגימה.
"זה ממש כמו אפקט של ספינות טילים", אמר דאפי.
הדגימות המעורבות הן זעירות - כמעט שטוחות, וכמטר מילימטר בשטח, אמר. וכל העניין נמשך עניין של ננו-שניות. כשגל הלחץ מגיע לחלק האחורי של המדגם, כל העניין מתנפץ. אך באמצעות תצפיות מדוקדקות במהלך אותם פעימות קצרות, דיפי ועמיתיו גילו את הצפיפות ואף את המבנים הכימיים של ברזל ומולקולות אחרות תחת לחצים שלא נשמעו בעבר.
עדיין יש הרבה שאלות שלא נענו, אך מצב הידע בתחום משתנה במהירות, אמרה ולנסיה. לדוגמא, העיתון הראשון על מבנה סופר-אדמות (אשר ולנסיה פרסם בפברואר 2007 בכתב העת Astrophysical כסטודנט לתואר שני בהרווארד) מיושן מכיוון שהפיזיקאים השיגו מידע חדש על הכימיקלים בכוכב הלכת שלנו.
תשובה לשאלות אלה חשובה, אמרה דפי, מכיוון שהם יכולים לומר לנו אם לעולמות חייזרים רחוקים יש מאפיינים כמו טקטוניקת צלחות, מאגמה זורמת ושדות מגנטיים - ולכן, האם הם יכולים לתמוך בחיים.
