כוכב לכת דמוי ארץ

כוכב־לכת דמוי ארץ (נקרא גם תאום ארצי, אנלוג ארצי, באנגלית: Earth analog, Twin Earth, Earth-like planet) הוא מין כוכב לכת מחוץ למערכת השמש בו תנאי סביבה הדומים לאלו שעל כדור הארץ. החשיבות במציאת כוכבי לכת כאלו נובעת משני טעמים. הראשון הוא האפשרות לקיומם של יצורים חיים מורכבים מחוץ לכדור הארץ. השני הוא פתרון להתיישבות עתידית כאשר כדור הארץ יפסיק להיות מתאים למחיה עבור בני אדם ויצורים חיים אחרים. משערים כי ככל שכוכב לכת יהיה דומה יותר לכדור הארץ, כך גדל הסיכוי למצוא בו חיים מורכבים הדומים לאלו שעל כדור הארץ.

ההשערה בדבר קיומו של תאום ארצי נוגעת בתחומי המדע, הפילוסופיה, המדע הבדיוני והתרבות הפופולרית, כאשר שאלה זו הייתה בעיקרה פילוסופית טרם המחקר המדעי החל לחפש אחר פלנטות חוץ־שמשיות. נכון להיום, בעידן המחקר המדעי בנושא, נמצאו מספר אקזופלנטות (כוכבי לכת חוץ־שמשיים) הדומות לכדור הארץ, אולם לא נמצאו עליהן חיים, והן רחוקות מדי להתיישבות באמצעים הטכנולוגיים שיש לבני האדם היום. ישנן תאוריות הטוענות שבעבר חלק מכוכבי הלכת היו מתאימים למחיה או שניתן להפוך אותם לכאלו - תהליך הנקרא בשם "הארצה". בנוסף, נעשו ניסיונות בתחום התאורטי להעריך את קיומן של פלנטות דמויות ארץ כמו נוסחת דרייק, נוסחה שמטרתה להעריך את מספר הציוויליזציות המנסות ליצור קשר עם בני האדם, תאוריות מרובות יקומים, התומכות בקיומן של פלנטות דמויות ארץ ביקומים מקבילים וגישות פילוסופיות כמו "עקרון הממוצעות", הגורס כי חיים מורכבים אינם דבר נדיר ביקום והיפותזת "כדור הארץ הנדיר" הגורסת שיצורים חיים פשוטים (מיקרואורגניזמים) הם דבר נפוץ אולם יצורים מורכבים כמו בני אדם הם דבר נדיר ביותר.

נכון לינואר 2016 אושר קיומן של 2,049 אקזופלנטות ב־1,297 מערכות פלנטריות ובהן 507 מערכות מרובות כוכבי לכת, כאשר ישנו ניסיון למצוא מתוכם כוכבי לכת הדומים לכדור הארץ.

רקע היסטורי 

מוערך כי הפילוסוף הפיתגוראי פילולאוס שיער בשנת 400 לפני הספירה את קיומו של "כדור־ארץ נגדי" כחלק מהמודל שלו ליקום. על פי היפותזה שלו, במרכז היקום מצויה מעין "אש מרכזית" שסובבים אותה שלושה גופים בשלושה מסלולים: "אנטי כדור־הארץ" בזמן מחזור של 24 שעות, אחר כך כדור הארץ בזמן מחזור של 24 שעות, ולבסוף השמש בזמן מחזור של שנה אחת. כדור הארץ והנגדי שלו תמיד נמצאים בצדדים מנוגדים של האש המרכזית, ולכן הם נסתרים זה מזה. עם עליית הפופולריות של תאוריות גיאוצנטריות הטוענות שכדור הארץ נמצא במרכז היקום, קפא הניסיון לשער את קיומו של כוכב השווה לכדור הארץ בחשיבותו.

במאה ה־16 הציע קופרניקוס, אסטרונום פולני, את המודל ההליוצנטרי לפיו כדור הארץ סובב סביב השמש ולא להפך, מה שחולל שינוי בתפיסה של כדור הארץ - הוא אינו מיוחד ואינו מרכז היקום, לכן עשויים להיות רבים כמוהו. בשנים 1858–1920, אנשים רבים ובהם מדענים האמינו כי כוכב הלכת מאדים דומה מאוד לכדור הארץ במסלולו סביב השמש, בעונות על פניו ובנטיית ציר הסיבוב שלו, אך יבש יותר ובעל אטמוספירה סמיכה יותר. אנשים שיערו שקיימת עליו ציוויליזציה שאף הקימה ערוצי נחל עליו, אולם כאשר השתכללו הטלסקופים התגלה שלא קיימת במאדים ציויליזציה וערוצי הנחל היו אשליה אופטית. בדומה למאדים, עד שנות ה־60 של המאה ה־20 אנשים רבים וביניהם מדענים האמינו שנוגה דומה לכדור הארץ, אך מדברי או לח עם עננים ואוקיינוסים, חם יותר ובעל אטמוספירה סמיכה יותר. בשנות ה־60 התברר שהטמפרטורה על פני השטח שלו היא כ־482°C והאטמוספירה שלו צפופה פי 92 מזו של כדור הארץ.

כיום, לא נצפה כוכב לכת במערכת השמש הדומה לכדור הארץ, אבל יש המשערים שניתן לבצע בחלק מהם תהליך הארצה - תהליך שבו באופן מלאכותי הופכים כוכב לכת לדומה לכדור הארץ. עיקר המחקר בנושא מחפש אחר כוכבי לכת חוץ־שמשיים (אקזופלנטות), כאשר חישוב מנובמבר 2013 מעריך שכ־22% ממערכות השמש בגלקסיה הן בעלות פלנטה הנמצאת באזור החיים, ומספר הפלנטות האלו מוערך בכ־40 מיליארד. החישוב בוצע לפי תצפיותיו של טלסקופ החלל קפלר, כלי שבאמצעותו התגלו 913 אקזופלנטות.

טלסקופ החלל WFIRST, אשר יהיה מצויד בקורונגרף  מתקדם לצילום כוכבי לכת, מתוכנן להיות משוגר במחצית שנות ה־20 של המאה ה־21.

התנאים הנדרשים 
מידת ההידמות של כוכב לכת לכדור הארץ תלויה במשתנים רבים, אך ישנה הסכמה כללית שכוכב לכת זה יהיה כוכב לכת ארצי (כלומר כוכב לכת בעל פני שטח מוצקים), וישנם כמה מחקרים העוסקים במציאת כוכבי לכת מסוג זה. משתנים נוספים שניתן להתחשב בהם הם גודל כוכב הלכת, הכבידה על פניו, גודל וסוג השמש אותה מקיף (תאום שמשי), מרחק המסלול ממנה ויציבותו, נטיית ציר הסיבוב של כוכב לכת ומהירות סיבובו, גאוגרפיה פיזית - אוקיינוסים, אוויר ומזג אוויר, שדה מגנטי והימצאות חיים מורכבים הדומים לחיים על כדור הארץ. אם בכוכב לכת ישנם חיים מורכבים הדומים לאלו שעל כדור הארץ, ניתן להסיק שקיימים בו רבים מן המאפיינים האחרים. בנוסף יש לזכור שכדור הארץ בעברו הקדום היה בעל מאפיינים שונים מהיום, למשל הרכב האטמוספירה: חמצן היה נדיר באטמוספירה עד הופעת יצורים המבצעים פוטוסינתזה, מה שיצר אטמוספירה עשירה בחמצן (זהו גם אחד העקרונות שבבסיס תהליך ההארצה). גורם נוסף המקשה על מציאת תאום ארצי הוא הימצאותו של לווין טבעי כמו הירח של כדור הארץ שגורם לתופעות כמו גאות ושפל.

גודל 
גודל הפלנטה עשוי להיות מרכיב חשוב מכיוון שלכוכב לכת הדומה יותר לכדור הארץ יש יותר סיכוי להיות ארצי ובעל אטמוספירה מתאימה. אם כוכב הלכת קטן בהרבה מכדור הארץ, הסיכוי שתהיה לו אטמוספירה סמיכה מספיק קטן, כמו בירח ובמאדים. לעומת זאת אם כוכב הלכת גדול בהרבה מכדור הארץ גדל הסיכוי שהוא יהיה ענק גזים - בעל ליבה מוצקה קטנה ושכבת גזים גדולה וסמיכה כמו צדק ונפטון. כוכבי הלכת החוץ־שמשיים הראשונים שהתגלו היו גדולים בהרבה מכדור הארץ וקרובים מאוד לכוכב האם שלהם, ולהם ניתן השם "צדקים חמים". הסיבה לכך היא שגילויים אלו נעשים בעיקר באמצעות מדידת שינוי מחזורי בבהירות של כוכב (כמו בטלסקופ החלל קפלר) או באמצעות מדידה ספקטרוסקופית לזיהוי תנודות מחזוריות של כוכב על פי אפקט דופלר (כמו בספקטרוגרף ). ככל שכוכב הלכת גדול יותר, מאסיבי יותר וקרוב יותר לכוכב האם שלו, כך השפעותיו על הכוכב נעשות משמעותיות יותר וקלות יותר למדידה.

להלן טבלה המשווה גדלים של כוכבי־לכת עם כדור הארץ, בסדר יורד:

המסקנה הנובעת מהטבלה היא שגודלו של כוכב לכת אינו מספק די מידע על מנת להעריך את אופי כוכב הלכת ולכן יש להתחשב בנתונים אחרים. יש להתייחס גם לטמפרטורה, משתנה המושפע מגודל הכוכב (או כוכבים במערכת מרובת כוכבים) במרכז המערכת וסוגו, והמרחק של כוכב הלכת הסובב סביבו. לדוגמה, ניתן לראות שכוכבי לכת כמו נוגה ואלפא קנטאורי Bb דומים מאוד בגודלם לכדור הארץ, אך הם חמים בהרבה וקרובים מאוד לשמש שלהם. משתנה נוסף מושפע גודל הוא הכבידה על פני כוכב הלכת: כוכב לכת בעל מסה גדולה ורדיוס קטן עשוי להיות בעל כבידה עוצמתית יותר מכדור הארץ, וכוכב לכת בעל מסה קטנה ורדיוס גדול עשוי להיות בעל כבידה חלשה יותר מכדור הארץ. לסיכום, גודל כוכב הלכת הוא אמצעי סינון ראשוני למציאת תאום ארצי, בעיקר משום שלא ניתן למדוד מסה של כוכבי לכת חוץ שמשיים באופן מדויק ולכוכבי לכת בגודל של כדור הארץ יש יותר סיכוי להיות ארציים ולא גזיים.

גאולוגיה 
על מנת שכוכב לכת יוכל להיות דמוי כדור הארץ עליו להיות בעל קרקע, ולהכיל את אותם סוגי הקרקע ואותם היסודות. הרכב הקרקע הדומה ביותר לכדור הארץ נמצא בגופים הארציים שבמערכת השמש כמו מאדים וטיטאן, אך עם הבדלים אחרים כמו טמפרטורה וכמות מים. יש להתחשב בכך שמרבית סוגי הקרקע שנוצרו בכדור הארץ הם תוצאות של קשרי גומלין עם מים (סלע משקע, חרסית) והאטמוספירה, פעילות געשית (בזלת), פעולות האדם ותוצרי לוואי של יצורים חיים (פחם, אבן גיר). כוכב לכת דמוי ארץ יהיה צריך, ככל הנראה, לעבור את אותם התהליכים הגאולוגיים שעבר כדור הארץ על מנת להיות דומה לו, ואולי להכיל מים, אטמוספירה, יצורים חיים ופעילות געשית.

מן הטבלה בצד שמאל (התפלגות היסודות בקרום כדור הארץ) עולה שכוכב לכת דמוי ארץ צריך להכיל כמויות גדולות של חמצן וצורן (סיליקון), בעיקר בצורתם הנפוצה על כדור הארץ - תרכובות סיליקטיות. גם לאלומיניום יש חלק ביצירת סיליקטים בשם סילימניטים. משערים כי רוב הברזל בכדור הארץ אינו נמצא בקרום שלו אלא בגלעין שלו, ביחד עם ניקל ומעט קובלט, תכונה חשובה מכיוון שגלעין כדור הארץ, על פי תאוריית הדינמו, יוצר את השדה המגנטי של כדור הארץ. שדה מגנטי זה מקטין את השפעתן של סופות שמש מגנטיות והיעדרו יסכן את החיים על פני כדור הארץ, לכן יש לשקול את קיומה של מגנטוספירה (שדה אלקטרומגנטי) על כוכב לכת מועמד.

טמפרטורה 
ישנם גורמים שונים המשפיעים על הטמפרטורה של כוכב לכת, כשהעיקריים הם סוג השמש (או שמשות) במערכת וגודלה, מרחק כוכב הלכת ממנה והימצאות אטמוספירה על כוכב הלכת (מה שיוצר אפקט חממה). כוכב לכת ללא אטמוספירה הנמצא בשדה קרינה של כוכב יתחמם לטמפרטורה הנקראת "טמפרטורת שיווי המשקל הפלנטרית", הטמפרטורה בה הקרינה שמקבל כוכב הלכת מכוכב האם שלו והקרינה שהוא פולט שוות.

 - טמפרטורת שיווי המשקל הפלנטרית של כוכב לכת

 - טמפרטורת הקרינה של כוכב האם

 - האלבדו של כוכב הלכת (ערך בין  הקובע את אחוזי הקרינה שגוף או משטח מחזיר)

 - רדיוס כוכב האם

 - המרחק בין כוכב הלכת לכוכב האם שלו

עבור נוסחה זו מתקבל שטמפרטורת שיווי המשקל של כדור הארץ היא 225K (-18°C), טמפרטורה נמוכה מזו שבפועל. הסיבה לכך היא אפקט החממה שנוצר על ידי האטמוספירה בה הנוסחה אינה מתחשבת. אם כן, ניתן להסיק שהטמפרטורה המשוערת על כוכב לכת עשויה להיות גבוהה יותר מזו הניתנת לחישוב, ודוגמה קיצונית לכך היא נוגה, עם טמפרטורת שיווי משקל של 307K (34°C) ולעומת זאת טמפרטורה בפועל של 737K (464°C), כשהסיבה לכך היא האטמוספירה הסמיכה שלו והרכבה (הלחץ האטמוספירי בנוגה גבוה פי 92 מזה שבכדור הארץ, ושיעור הפחמן הדו־חמצני (גז חממה יעיל במיוחד) באטמוספירה שלו הוא 96.5% לעומת 0.038% בכדור הארץ).

הטמפרטורה המתאימה לכוכב לכת על מנת שיהיה דומה לכדור הארץ היא הטמפרטורה בה יימצאו מים במצב צבירה נוזלי - טמפרטורה חמה מדי ומים יתאדו מן הקרקע, וטמפרטורה קרה מדי תגרום למים לקפוא.

אטמוספירה 
אטמוספירה מתאימה היא מרכיב מהותי בהידמותו של כוכב לכת לכדור הארץ. האטמוספירה של כדור הארץ מכילה גזים חיוניים לחיים, יוצרת שינויים מטאורולוגיים, מסננת את קרינת השמש ויוצרת אפקט חממה. כוכב לכת דמוי ארץ, אם כן, צריך להכיל מאפייני אטמוספירה דומים לכדור הארץ כמו לחץ אטמוספירי והרכב כימי. לא קיימים אמצעי מדידה שיכולים למדוד את מאפייני האטמוספירה של אקזופלנטה, אך ניתן להעריך באופן גס את הסיכוי להימצאות אטמוספירה על כוכב לכת.

ראשית יש לבחון את גודל כוכב הלכת, שכן לכוכבי לכת בגודל של כדור הארץ יש יותר סיכוי להיות דומים לו. אם כוכב לכת יהיה קטן מדי כוח המשיכה שלו לא יוכל להחזיק אטמוספירה צפופה מספיק, ואם הוא יהיה גדול בהרבה (סדר גודל של נפטון או צדק) יהיה לו כוח משיכה גדול יותר ולכן גם אטמוספירה סמיכה מדי. מאחר שהגזים המרכיבים את אטמוספירת כדור הארץ הם חיוניים לכלל היצורים החיים על פניו, הכרחי שכוכב לכת יכיל את אותו ההרכב כדי להיות בר־התיישבות. תופעות של מזג אוויר הן גם חלק חשוב עבור החי על פני כדור הארץ, וללא אפקט חממה טמפרטורת כדור הארץ הייתה נמוכה בהרבה. חיוניותם של המרכיבים הללו נכונה עבור יצורים חיים על פני כדור הארץ, אך יש להתחשב גם באפשרות של קיום חיים שונים מן המוכר הזקוקים לאטמוספירה אחרת או להיעדרה.

מים 

כדור הארץ מכיל מים בכמות גדולה - כ־75% מהשטח שלו מכוסה במים (הידרוספירה), הם מהווים עד 7% מהאטמוספירה (לחות) והיצורים החיים על פני כדור הארץ מורכבים מהם וזקוקים להם כדי להתקיים. על כוכב לכת דמוי ארץ להכיל מים במצב צבירה נוזלי כדי לקיים חיים המבוססים על פחמן ומים כמו בכדור הארץ. טווח המרחקים בין כוכב הלכת לכוכב האם שלו בו מים יימצאו במצב צבירה נוזלי נקרא "האזור הישיב" (Habitable Zone). ההשערה היא שהסיכוי של כוכב לכת להיות מתאים להתיישבות או להכיל חיים גדל אם כוכב הלכת נמצא בטווח זה.

העקרונות המנחים בהגדרת אזור זה הם:
 מים מצויים במצב צבירה נוזלי בטמפרטורות (), בלחץ של אטמוספירה אחת.
 חישוב טווח האזור הישיב באמצעות חוק סטפן־בולצמן (Stefan-Boltzmann). אם מתייחסים לשטף הקרינה כקרינת גוף שחור מתקבל:

כאשר -

 - עוצמת ההארה של הכוכב (כמה קרינה ליחידת שטח הוא פולט)

 - שטח מעטפת של כדור (כוכב לכת הוא כדור בקירוב)

 - קבוע סטפן־בולצמן 

 - הטמפרטורה האפקטיבית של כוכב הלכת, ובמקרה של האזור הישיב 

אם נבודד את הביטוי  נגיע לביטוי הבא:

אם נציב את מרחק כדור הארץ מהשמש  ועוצמת ההארה של השמש , ונחלק את שני הביטויים נקבל:

עבור השמש וכדור הארץ מתקבל אזור ישיב בטווח של 0.7-1.5 יחידות אסטרונומיות, ובעזרת נתון זה אפשר להעריך מהו טווח האזור הישיב סביב כוכב אחר.

ההגדרה הנוכחית של האזור הישיב נתונה לביקורת מכיוון שהיא מתעלמת מנתונים משמעותיים של כוכב הלכת ומהאפשרות לקיום חיים השונים מאלו שבכדור הארץ. חישוב האזור אינו מתייחס לאלבדו של כוכב הלכת, כלומר הוא מתייחס לכוכב הלכת כגוף שחור (שאינו מחזיר קרינה שפוגעת בו), כשבפועל כוכבי לכת מחזירים חלק מן הקרינה. בנוסף, אין התייחסות לקיומה של אטמוספירה, מאפיין חשוב שמשפיע על מידת אפקט החממה בכוכב הלכת. אי דיוק נוסף הוא התרחקות הטבעת של האזור הישיב עם העלייה בגיל הכוכב, תופעה שמתרחשת כתוצאה מעליה בבהירות הכוכב לקראת יציאתו מן הסדרה הראשית. הגדרת האזור הישיב נובעת מהנחה כי חיים מתקיימים בסביבה מימית, אולם יש המשערים שחיים יכולים להתפתח על בסיס מולקולות אחרות מהמולקולות האורגניות על פני כדור הארץ (מימן, פחמן וחמצן).

לאור הבעיות המתוארות בפסקה הקודמת נעשו ניסיונות להגדיר מחדש את האזור הישיב, כולל הכנסת מושג חדש - האזור הישיב המורחב. על ידי העיקרון לפיו טבעת האזור הישיב מתרחקת ומתרחבת עם הזמן כתוצאה מעליה בבהירות הכוכב, מגדירים אזור ישיב רחב יותר המתפרס על פני זמן ממושך יותר ולא בנקודה יחידה בזמן.

כוכב דמוי שמש 

כוכב לכת דמוי ארץ צריך להימצא במערכת של כוכב (כדור פלזמה הפולט קרינה כמו השמש) שדומה לשמש בתכונותיו כדי להיות מתאים, וחיפוש אחר כוכבים כאלו עשוי לעזור במציאת כוכבי לכת דמויי ארץ. יש להתייחס למערכת כולה כדי לקבוע אם כוכב לכת מתאים להיות דמוי ארץ. המאפיינים שמשפיעים על מידת ההתאמה הם:

גיל 
גילאי הכוכב וכוכב הלכת שלו חייבים להיות לפחות 3 מיליארד שנים כדי לקיים חיים מורכבים. אמנם מוערך שיצורים חד־תאיים החלו להתפתח על כדור הארץ 0.8 מיליארד שנים לאחר שנוצר, אולם יצורים רב־תאיים הופיעו רק 3–4 מיליארד שנים לאחר מכן. הכוכב צריך להיות בסדרה הראשית, כלומר להתיך מימן להליום ולהיות בשלב הראשי של חייו (ראו ערך: מחזור חייו של כוכב). בנוסף, הכוכב צריך להישאר בסדרה הראשית לפחות 3 מיליארד שנים, כלומר בטווח זמן זה הוא אינו עובר לשלב הבא שלו, אלא ממשיך להתיך מימן.

יציבות 
כוכב לכת דמוי ארץ דורש את קיומם של תנאים דומים לאורך זמן, ללא שינויים קיצוניים שיגרמו לו להיות בלתי ישיב. האזור הישיב, טווח המרחקים סביב הכוכב בו יכולים להימצא מים במצב צבירה נוזלי, צריך להיות ברוחב מתאים לאורך זמן ולא להשתנות בתכיפות. מסלולו של כוכב הלכת סביב הכוכב צריך להיות יציב ולא אקסצנטרי מדי, אחרת יחווה הכוכב כמויות משתנות של קרינה ועשוי לחלוף על פני האזור הישיב שלו מספר פעמים בהקפה. במערכת מרובת כוכבים, הסבירות שלכוכב לכת יהיה מסלול קבוע היא נמוכה, שכן הוא יושפע מהכבידה של הכוכבים שבמערכת ויסטה ממסלולו. גם כוכבי לכת גדולים בעלי מספר מסות צדק עלולים להסיט את מסלולם של כוכבי לכת קטנים יותר, לכן קיומם עשוי לפגוע ביציבות המסלול.

מתכתיות 
מתכתיות היא מדד לכמות היסודות הכבדים יותר מהליום המצויים בכוכב. לפי המתכתיות ניתן לשער מהו גיל הכוכב, כשמתכתיות גבוהה מעידה על כוכב מדור צעיר יותר. המתכתיות היא מרכיב חשוב בכוכב דמוי שמש מכיוון שכוכבי לכת מורכבים ברובם מיסודות כבדים מהליום, וכוכב צריך להיות בעל מתכתיות של לפחות 0.4 מזו של השמש () על מנת שיוכל ליצור כוכבי לכת. מתכתיות גבוהה יותר מגדילה את הסיכוי להיווצרות כוכבי לכת גדולים יותר הדומים יותר לצדק, כך שאם כוכב לכת כזה יימצא באזור הישיב קיימת אפשרות שאחד הירחים שלו יהיה כוכב לכת דמוי ארץ. בנוסף, בשמש כמות ליתיום פחותה מכוכבים דמויי שמש אחרים, ונמצא קשר בין כמות ליתיום נמוכה בכוכבים להימצאות מערכת פלנטרית סביב הכוכב. באמצעות קשר זה ניתן למקד את החיפוש עבור כוכבים להם רמת ליתיום נמוכה ביחס לאחרים.

סוג הכוכב 
הגבלת גיל המינימום ל־3 מיליארד שנים מגבילה את אפשרויות הסיווג ספרקטלי לכוכבים מסוג F, G, K ו־M, מכיוון שכוכבים חמים יותר הם בעלי תוחלת חיים קצרה יותר (השמש משויכת לסיווג G2). באשר לכוכבים מסוג F, הדאגה העיקרית היא קרינה על־סגולה חזקה שעלולה להזיק ליצורים חיים, אולם קיימת השערה שקרינה על־סגולה חזקה יותר תיצור שכבת אוזון עבה יותר שתגן עליהם. כוכבים מסוג M קרים בהרבה מן השמש, אך הם מעוררים עניין כי הם מהווים כ־76% מכוכבי הסדרה הראשית ולכן עשויים להימצא בקלות. למרות השכיחות של כוכבי M ותוחלת החיים הארוכה במיוחד שלהם, האזור הישיב שלהם צר והם בעלי נטייה להתפרצויות אנרגיה בלתי צפויות.

מרחק מכדור הארץ 
אמנם המרחק מכדור הארץ הוא לא תנאי הכרחי להידמות כוכב לכת אליו, אך זהו נתון משמעותי אם רוצים לחקור אותו, להנחית עליו גשושית או לשלוח אליו משימה מאוישת. ישנה עדיפות לעצמים במערכת השמש מכיוון שהם נגישים יותר מעצמים חוץ־שמשיים, אם כי קיים קושי כלכלי, תכנוני והנדסי לשלוח משימות גם אליהם. חלק מכוכבי הלכת החוץ־שמשיים שנצפו רחוקים מאוד מכדור הארץ, ולא ניתן יהיה להגיע אליהם בפרק זמן סביר בטכנולוגיה שעומדת לרשות האדם היום. להלן טבלה המשווה את מרחקם מכדור הארץ של הכוכבים הקרובים ביותר בעלי כוכבי לכת דמויי ארץ אפשריים (מרחקם של כוכבי הלכת מהכוכב זניח ביחס למרחק הכוכב מכדור הארץ):

יחידת המידה שבטבלה היא פארסק, ולשם השוואה - המרחק של כדור הארץ מהירח הוא  פארסק, גודל הקטן בשמונה סדרי גודל מהנתון בטבלה. מידע נוסף שלא ניתן בטבלה הוא שאלו הם הכוכבים הקרובים ביותר לכדור הארץ שמכילים פלנטות, כשחלק מהכוכבים חסרי נתוני מרחק או רחוקים יותר (בערך עד פי 1000 מהנתון בטבלה).

בתוך מערכת השמש 

בעבר רווחה הדעה שכוכבי לכת כמו נוגה, מאדים ונפטון דומים מאוד לכדור הארץ ועשויים להכיל חיים. למרות הפרכת רעיונות אלו בתצפיות שנעשו במאה ה־20, מדענים ממשיכים לחשוב על פתרונות התיישבות במערכת השמש כשהמניעים העיקריים לעשות זאת הם הקרבה שלהם לכדור הארץ והתחשבות בהתפתחות טכנולוגית עתידית שתאפשר את הפיכתם לישיבים. למען השוואה - המערכת הקרובה ביותר לכדור הארץ, אלפא קנטאורי, מצויה במרחק 4.4 שנות אור, שהן 111.3 מיליון פעמים המרחק בין כדור הארץ לירח (המקום המרוחק ביותר מכדור הארץ אליו הגיע אדם).

מאדים 

למאדים מספר נקודות דמיון עם כדור הארץ: יש לו אטמוספירה, אפקט חממה, כיפות קרח, תופעת זוהר הקוטב, נקיפת ציר דומה, פעילות געשית, אקלים משתנה ועדויות להימצאות מים כמו סלעי משקע, ערוצים יבשים וכמות גדולה של מימן שנמדדה. ישנה תאוריה שטוענת כי במאדים התקיימו בעבר חיים בסביבה של מים נוזלים, אך נכחדו. בנוסף, תהליך ההארצה מאפשר את הפיכתו של מאדים לכוכב לכת המתאים למחיה ליצורים החיים שבכדור הארץ. טיעון אחר לטובת הרעיון הוא שבני אדם כבר הצליחו להנחית עצמים על מאדים, ולכן נחיתה מאוישת היא אפשרית. הגשושית "קיוריוסיטי" (סקרנות) נחתה באוגוסט 2012 על פני מאדים, ומטרתה לבדוק האם מאדים מתאים לקיום חיים, או שהיה מתאים.

למרות כל אלו, לרעיון החיים על פני המאדים קשיים מהותיים. ראשית, מאדים קטן בהרבה מכדור הארץ, האטמוספירה שלו דלה ועתירת פחמן דו־חמצני והכבידה על פניו נמוכה יותר. האקלים במאדים קפוא מדי למחיה, ונטיית הציר שלו משתנה בקיצוניות כך שהשינויים באקלים עם השנים קיצוניים גם כן. במאדים לחץ אטמוספירי בשיעור של 0.6% מכדור הארץ והטמפרטורה הממוצעת על פניו היא 210K (63°C-), כך שמים יימצאו במצב מוצק בשל טמפרטורה נמוכה או יתאדו במהרה לאור לחץ האוויר הנמוך.

נוגה 

נוגה הוא כוכב הלכת השני בסדרו מן השמש, והוא חולק עם כדור הארץ מאפיינים כמו קיומם של אטמוספירה, פעילות געשית, אפקט חממה, עננים ומשקעים, מגנטוספירה וגודל דומה. האטמוספירה של נוגה מכילה 96.5% פחמן דו־חמצני והיא צפופה פי 92 מזו של כדור הארץ, מה שגורם לאפקט חממה מאסיבי שמעלה את טמפרטורת פני השטח שלו ל־737K (464°C) ולכך שלא ניתן לראות אותם בשימוש בתחום האור הנראה. הגשושית מגלן מיפתה בשנות ה־90 את פני השטח של נוגה באמצעות מכ"ם (רדאר), וגילתה שעל פניו יש הרי געש, עדות לקיומה של פעילות געשית, אולם לא ידוע אירוע התפרצות בהווה. ישנה השערה כי נוגה הכיל בעבר כמות מים גדולה, והם התאדו כתוצאה ממגע מתמשך עם רוח השמש.

תנאי האקלים בנוגה אינם מתאימים למחיה עבור בני האדם: העננים שלו עשויים מאדים וטיפות זעירות של חומצה גופרתית, חומר פעיל שמפרק כל תרכובת אורגנית. הם מורידים גשמים חומציים שמתאדים בטרם הגיעו לקרקע בעקבות טמפרטורת פני השטח הגבוהה של נוגה, בנוסף לסופות ברקים שמתרחשות בו. השכבות הגבוהות של אטמוספירת נוגה מקיפות אותו בקצב של כ־360 קמ"ש, כשבפני הקרקע המהירות איטית, אך האטמוספירה סמיכה יותר. השדה המגנטי של נוגה חלש בהרבה מזה של כדור הארץ, אחת הסיבות לכך היא סיבובו האיטי - יממה בנוגה אורכת כ־243 יממות ארציות.

גישה אחת להתמודדות עם תנאי הסביבה שבנוגה היא הארצה, כלומר להפוך את נוגה לישיב באופן מלאכותי באמצעות שינוי הרכב האטמוספירה שלו והצפתו באוקיינוסים. גישה אחרת היא הקמת ערים צפות בגובה של 50 קילומטר מעל אדמת נוגה. בגובה זה הלחץ האטמוספירי דומה לזה של כדור הארץ, והטמפרטורה נעה בין 0°C ל־50°C. המבנים של ערים אלו יהיו מלאים באוויר בהרכב זהה לזה של כדור הארץ, ומכוח חוק ארכימדס הם יצופו מעל נוגה בגובה שבו הלחץ האטמוספירי החיצוני שווה לזה הפנימי. בנוסף, מאחר שלא בוצע שינוי בהרכב האטמוספירה של נוגה, יציאה מחוץ למבנה העיר יהיה קטלני עבור יצורים חיים בשל שיעור פחמן דו־חמצני וחומצה גופרתית גבוה.

טיטאן, הירח של שבתאי 

טיטאן הוא הראשון מבין 62 ירחי שבתאי שהתגלה, והוא הירח השני בגודלו במערכת השמש, אחרי גנימד של צדק. טיטאן מעורר עניין מכיוון שהוא הירח היחיד במערכת השמש שיש לו אטמוספירה סמיכה, והעצם היחיד במערכת השמש מלבד כדור הארץ שעל פניו גופים נוזליים של חומר, המקבילים למקווי המים שעל כדור הארץ. האטמוספירה של טיטאן מכילה 94% חנקן ו־6% מתאן, שהם גזי חממה, מה שגורם לאפקט חממה. עם זאת, טיטאן הוא העצם היחיד במערכת השמש שיש לו גם רכיבים המחלישים ומקררים את עוצמת אפקט החממה. הסיבה לכך היא הימצאות של שתי שכבות אטמוספירה עיקריות - העליונה בעלת אפקט מחמם, התחתית צפופה יותר ובעלת אפקט מקרר. הטמפרטורה בטיטאן היא 94K או -179°C, טמפרטורה בה מים קפואים, אבל חומרים כמו מתאן, אתאן וחנקן שידועים על כדור הארץ כגזים, הם במצב צבירה נוזלי. משוער על פי תצפיות שבטיטאן ישנם אוקיינוסים של מתאן המתאדים לאטמוספירה, מתעבים לעננים ויורדים כגשמים במחזור דומה למחזור המים של כדור הארץ. מתאן הוא תרכובת אורגנית, לכן מכירים באפשרות שיכולים להיות חיים בטיטאן המבוססים על מתאן בדומה למיקרואורגניזמים יוצרי מתאן שקיימים על כדור הארץ.

לסיכום, טיטאן אינו דומה לכדור הארץ בתנאי הסביבה שלו עם טמפרטורה נמוכה, גודל קטן, כבידה חלשה והיעדר חמצן. עם זאת, הוא עשוי להכיל יצורים חד־תאיים והוא מרוחק מן השמש כך שבעתיד, כאשר השמש תתחמם והאזור הישיב יתרחב, הוא יתחמם גם כן. בנוסף קיימת השערה לפיה טיטאן דומה לכדור הארץ הקדום בטרם נוצרו בו חיים מלבד העובדה שהוא קר יותר, מה שמציב את טיטאן כירח שדומה לכדור הארץ, אך לא זהה.

מחוץ למערכת השמש 
הסיכוי למצוא כוכב לכת חוץ־שמשי דומה לכדור הארץ אינו ניתן לחישוב מדויק מכיוון שלא נמצאו תאומי־ארץ ממשיים עדיין. הדעות החלוקות בעניין מתחלקות לשתי גישות עיקריות: האחת גורסת כי כוכבי לכת חוץ שמשיים אינם דבר נדיר מכיוון שכדור הארץ נוצר באופן רנדומלי לחלוטין (עקרון הממוצעות) ולכדור הארץ אין מעמד מיוחד ביקום (העיקרון הקופרניקני), השנייה גורסת כי רצף האירועים שהוביל למצבו הנוכחי של כדור הארץ הוא מורכב ובעל סבירות נמוכה, לכן כוכבי לכת חוץ־שמשיים הדומים לכדור הארץ הם נדירים (היפותזת כדור הארץ הנדיר), ויכול להיות שאם נמצא אחד הוא יהיה רחוק מדי להגעה. על רקע אי הוודאות ובעקבות אי ההתאמה של עצמים במערכת השמש מדענים ממשיכים לחפש אקזופלנטות (כוכבי לכת חוץ־שמשיים) הדומות לכדור הארץ.

טלסקופ החלל קורוט ששוגר בשנת 2006 וטלסקופ החלל קפלר ששוגר בשנת 2009 במטרה לחפש אקזופלנטות דמויות ארץ, הם האמצעים העיקריים לגילוי כוכבי לכת מחוץ למערכת השמש. עד היום (פברואר 2014) אושרו 1077 אקזופלנטות, מתוכן בודדות דומות לכדור הארץ. בפרק זה רשימה חלקית של מועמדים אפשריים.

בשנת 2016 נמצאו עדויות לפיהן ישנו כוכב לכת באזור הישיב של אלפא קנטאורי, המערכת הקרובה ביותר אלינו (מרחק 4.3 שנות אור).

קפלר־22b 

כוכב הלכת קפלר־22b (Kepler-22b) נצפה לראשונה בשנת 2009 ואושר בשנת 2011. הוא היה כוכב הלכת הראשון שנמצא באזור ישיב של כוכב דמוי שמש (מסוג G). כוכב הלכת מקיף את כוכב האם שלו במשך 290 יממות ארציות - כמעט כמו כדור הארץ, אך לא ידועה האקסצנטריות של מסלולו. הרדיוס שלו מוערך בכ־2.4 רדיוסי ארץ והמסה שלו מוערכת בכ־7.92 מסות ארץ, מה שהופך אותו לסופר־ארץ. מסלולו של כוכב הלכת קרוב לכוכב האם בכ־15% מאשר כדור הארץ לשמש, אולם קפלר־22 מאיר בכ־25% פחות מן השמש, כך שהטמפרטורה על פניו עשויה להיות דומה לכדור הארץ. טמפרטורת שיווי המשקל (ללא אטמוספירה) שלו היא -11°C, ובתוספת אפקט חממה כפי שיש בכדור הארץ הטמפרטורה הממוצעת על פניו היא 22°C. צפיפותו דומה לצפיפות כדור הארץ, אך לא ברור עדיין אם זהו כוכב לכת ארצי.

גליזה 581c 

גליזה 581c (Gliese 581c) הוא כוכב לכת המקיף את הננס האדום גליזה 581 והתגלה בשנת 2007. כוכב האם אותו מקיף קטן פי שלושה מן השמש, והטמפרטורה שלו היא 3200K. מסת כוכב הלכת מוערכת להיות כ־5.6 מסות ארץ, אולם לא ידוע הרדיוס שלו והרכבו הכימי. בהנחה שזהו כוכב לכת ארצי שלו ליבת ברזל גדולה בדומה לכדור הארץ ניתן להעריך שקוטרו הוא כ־1.5 מזה של כדור הארץ, אך לא ניתן להעריך זאת במדויק בהיעדר נתונים כמו צפיפות והרכב כימי. זה כוכב הלכת החוץ־שמשי הראשון שהתגלה בתוך תחום האזור הישיב של כוכב האם שלו, ועל מנת לדעת את הטמפרטורה עליו יש להתחשב באלבדו ואפקט החממה. בהנחה שהכוכב ללא אטמוספירה, עם אלבדו כמו של נוגה (0.64) הטמפרטורה על פניו תהיה -3°C ועם אלבדו כמו של כדור הארץ (0.2496) הטמפרטורה על פניו תהיה 40°C. גילוי זה השפיע על החברה האנושית בכך שהוביל לשליחת אות רדיו עוצמתית לעבר כוכב הלכת ב־9 באוקטובר 2009 מכדור הארץ, ובה 501 מסרים שנבחרו בתחרות.

עם זאת, התאמתו של כוכב הלכת שנויה במחלוקת. הכוכב גליזה 581 הוא ננס אדום, מה שגורם לו להיות מועד להתפרצויות אנרגיה עוצמתיות. נוסף על סכנת הקרינה, טמפרטורת שיווי המשקל של כוכב הלכת (-3°C - 40°C) היא הטמפרטורה המינימלית שלו, ובהיעדר מידע על האטמוספירה שלו הוא עשוי להיות חם בהרבה מן הצפוי. לא ידוע אם זהו כוכב לכת ארצי או שהוא דומה יותר לצדק או נפטון, כאשר יש סבירות גבוהה שכוכבי לכת בגודל סופר־ארץ דומים לנפטון. נתון נוסף שעשוי להקשות על התאמתו הוא המסלול המסונכרן של גליזה 581c עם כוכב האם שלו. מסלול מסונכרן משמעותו שכוכב הלכת מפנה תמיד את אותו הצד לכוכב שלו כך שמחצית ממנו מוארת באופן תמידי והמחצית השנייה אינה מוארת כלל, מה שגורם להפרשי טמפרטורות קיצוניים בין שני החצאים.

כוכב לכת נוסף במערכת, גליזה 581g (נקרא גם זארמינה), התגלה בשנת 2010, אולם קיומו לא אושר עדיין. אם הוא אכן קיים, יהיה כוכב הלכת הדומה ביותר לכדור הארץ שנמצא מכיוון שהוא נמצא בדיוק במרכזו של האזור הישיב של גליזה 581. כוכב לכת בלתי מאושר נוסף במערכת הוא גליזה 581d, ואם הוא קיים הוא יימצא בחלקו החיצוני של האזור הישיב. המסה המינימלית שלו, בדומה לגליזה 581c, היא כ־5.6 מסות ארץ. בהיעדר אטמוספירה הטמפרטורה בצידו המואר תהיה כ־100°C וכ־-150°C בצידו החשוך, אך קיום של אטמוספירה סמיכה עשוי להפוך אותו לדומה יותר לכדור הארץ.

גליזה 667Cc 
גליזה 667 היא מערכת מרובת כוכבים בה שלושה כוכבים המסומנים באותיות A, B ו־C, ולהם סיווג ספקטרלי של K3V, K5V ו־M1.5V בהתאמה. מאז הגילוי של האקזופלנטה הראשונה במערכת נעשו ניסיונות לבניית מודל יציב של המערכת עבור ארבעה וחמישה כוכבי לכת. על פי המודל העדכני ביותר עבור שבעה כוכבים, סביב הכוכב גליזה 667C סובבים לפחות חמישה כוכבי לכת ודאיים ושניים בלתי מאושרים, כאשר שלושה מהם בגודל סופר־ארץ ובטווח האזור הישיב. מוערך כי כוכב הלכת גליזה 667Cc מקבל מכוכב האם שלו 90% מהקרינה שכדור הארץ מקבל מן השמש, ושחלק גדול מהקרינה הזו היא בתחום התת־אדום ולא בתחום האור הנראה.

קפלר־62e וקפלר־62f 
קפלר־62 (Kepler-62) הוא כוכב מסוג K2V, שבטווח האזור הישיב שלו נמצאים כוכבי הלכת קפלר־62e וקפלר־62f. מלבד הימצאותם באזור הישיב, הגודל שלהם קטן דיו (1.4 ו־1.6 רדיוסי ארץ) כדי לאפשר להם להיות ארציים או מכוסי אוקיינוס עם ליבה מוצקה. רוב כוכבי הלכת שהתגלו קודם לכן הם גדולים בהרבה מכדור הארץ ולכן בעלי סיכוי רב יותר להיות דומים לצדק או לנפטון, ואילו השניים בעלי סיכוי רב יותר להיות דמויי ארץ. טמפרטורות שיווי המשקל של כוכבי הלכת e, f הן 270K, 208K בהתאמה (-65°C, -3°C) ומשך הקפת כוכב האם שלהם הוא 122, 267 יממות ארציות בהתאמה.

קפלר־69c 
קפלר־69 (Kepler-69) הוא כוכב הסדרה הראשית מסוג G, כלומר הוא דומה מאוד לשמש. סביבו חג כוכב הלכת קפלר־69c, אשר הרדיוס שלו הוא 1.7 רדיוסים של כדור הארץ וזמן ההקפה שלו הוא 242.5 יום. עם הגילוי שלו בשנת 2013 הוא עורר עניין ככוכב דמוי ארץ, אולם מיקומו בגבול הפנימי של האזור הישיב הופך אותו לדומה יותר לנוגה.

קפלר־452b

קפלר־452b (באנגלית: Kepler-452b) הוא כוכב לכת חוץ־שמשי הסובב סביב כוכב מסוג G2 קפלר־452. הוא התגלה על ידי טלסקופ החלל קפלר והתגלית פורסמה על ידי נאס"א ב־23 ביולי 2015. הוא הכוכב הקטן ביותר שאותר באזור ישיב ועשוי לאפשר חיים.

קפלר־452b גדול ב־60% יותר מכדור הארץ, והשמש שלו גדולה ב־10% מהשמש של כדור הארץ. המרחק בין הכוכב לכדור הארץ הוא 1,400 שנות אור, והוא נמצא בקבוצת הכוכבים ברבור. בנאס"א סבורים כי פני השטח של קפלר־452b הם סלעיים ודומים לאלו של כדור הארץ.

K2-18b

כוכב לכת המרוחק 110 שנות אור ומקיף כל 33 יום את הננס אדום K2-18; באטמוספירה שלו נתגלו לראשונה בשנת 2019 אדי מים.

הארצה 

הארצה היא תהליך היפותטי בו הופך גרם שמיים בלתי ישיב לישיב עבור בני אדם (דמוי ארץ) באופן מלאכותי. התהליך תואר לראשונה ביצירות מדע בדיוני ומזוהה בעיקר איתן, אך היום גורמים כמו נאס"א דנים באפשרות מכוונה עתידית לעשות כן. האמצעים הטכנולוגיים של ימינו אינם מאפשרים הארצה מלאה של גרם שמיים, והעלויות הכלכליות יחד עם הקצב האיטי של התהליך הופכות אותו ללא כדאי עדיין.

תהליך הארצה יכלול שינויים במאפיינים כמו אטמוספירה, הימצאות מים, אפקט חממה, תוואי השטח וקיום ביוספירה מתאימה. ההתאמות יעשו בהתאם לעצם אותו רוצים להאריץ, לדוגמה - מאדים הוא כוכב לכת קר, עם אטמוספירה דלילה שמכילה בעיקר פחמן דו־חמצני וללא מים נוזליים על פני השטח. הארצתו עשויה לכלול את העשרת האטמוספירה שלו בפחמן דו־חמצני שמצוי על פניו בצורת קרח כדי להגביר את אפקט החממה, ואז יישובו באצות שיבצעו פוטוסינתזה וימירו את הפחמן הדו־חמצני לחמצן. התהליך המלא מורכב בהרבה וכולל אספקטים נוספים.

ראו גם 
 חיים מחוץ לכדור הארץ
 כוכב לכת חוץ־שמשי
 הארצה
 אזור ישיב
 כוכב דמוי שמש
 מסע בין-כוכבי

קישורים חיצוניים 
 Searching for Life on Earth-Like Planets May Be a Mistake, Need to Consider Superhabitable Planets, באתר SciTechDaily
 יצור מכוכב אחר: התגלו עולמות דמויי כדור הארץ באתר nrg
 כוכב דמוי ארץ, באתר מכון דוידסון לחינוך מדעי

הערות שוליים

אסטרוביולוגיה
כוכבי לכת חוץ-שמשיים