עונות בשמש

מאמר זה נכתב בעיצומו של מחזור 11 שנים, כשכדה”א חווה אפקטים והשפעות על תקשורות הרדיו, אנרגיה, טיסות בחלל ואפילו מזג אויר וחיזוי פעילות השמש הפך, אם כן, למהות העניין. מתאים גם בימים אלה לאחר שיא בלתי צפוי של פעילות וכתם השמש הגדול ביותר שנתגלה אי פעם

מאת: Leslie Mullen באתר FIRST SCIENCE. תרגום: אלי בן דוד

רוב האנשים חושבים שהשמש היא כדור אש חסר תכונות ובלתי-משתנה. אבל לשמש יש למעשה עונות, או מחזורים של פעילות וחוסר-פעילות יחסית. ממש עכשיו, אנו מצויים בעיצומה של מצב הפעילות המקסימלי של מחזור השמש הנוכחי בן 11 השנים. השמש מפגינה על בסיס יומי כתמי שמש רבים והבזקים. אנו, על כדה”א, חשים את השפעות הפעילות הסולרית – תקשורות רדיו, תפוצת חשמל, חלליות במסלול ואפילו מזג האויר – כלן נפגעות.

כתמי שמש הם איזורים קרים יחסית על השמש הנראים ככתמים כהים. מדענים מונים את מספר כתמי השמש כדי למדוד את גודלו של מחזור סולרי, ולקבוע כמה זמן הוא אורך. אם למדענים הייתה אפשרות לחזות מראש פעילות של כתמי שמש, לא רק שהיינו יודעים מבעוד מועד מה השמש תעשה, אלא גם אפשר יהיה להשיג הבנה טובה יותר איך השמש פועלת.

ד”ר David Hathaway, יחד עם Robert Wilson ו-Ed Reichman, בחנו את הדרכים הרבות שבהם מדענים חוזים פעילות של כתמי שמש. הם בחנו כל תהליך סטטיסטי כדי לראות איזה מהם עבד באופן הטוב ביותר, ואז איחדו את שני התהליכים המובילים כדי לפתח בעצמם שיטת חיזוי טובה יותר.

“יש דרכים רבות ושונות לחזות מחזור של כתמי שמש” אומר האת’וויי. “אבל עד עכשיו לא היה אף פעם מחקר סיסטמתי כדי לקבוע אם שיטה אחת עובדת טוב יותר מאחרת. אחרי בדיקה של שיטות שונות מצאנו שכמה מהטכניקות אשר משתמשים בהן לפי שעה, הן בעיקרן חסרות תועלת”.

על ידי בדיקה של 15 תהליכים ושיטות, המדענים מצאו ש-8 או 9 היו טובות יותר מהממוצע בחיזוי “סולר מקסימה” – כשהשמש מצוייה בשיא פעילותה. שני התהליכים הטובים ביותר, ביסודם השתמשו באותה אינפורמציה – הפרעות בשדות המגנטיים של כדה”א.

“התפוצצויות (התפרצויות) מהשמש נוסעות דרך החלל ופוגעות בכדור הארץ, גורמות לשדות המגנטיים להתנועע ולרטוט” אומר האת’וויי.

Joan Feynman מהמעבדות הסילוניות של נאסא פיתחה את אחת משתי השיטות הנזכרות. האסטרונום האוסטרלי Richard Thompson פיתח את השיטה השניה. למרות ששני המדענים נקטו בגישה שונה לנתונים, ודיווחו תוצאות שונות, שניהם בדקו איך השדות המגנטיים של כדה”א רטטו במהלך מחזור השמש הקודם כדי לחזות את גודלו של המחזור הבא.

למדענים אין מושג מדוע הפעילות הסולרית הקודמת קשורה לפעילות המחזור הבא, או למה תגובת האדמה לפעילות זו מסייעת בחיזוי המחזור הסולרי. אבל הקשר מאפשר למדענים להעריך מה תביא לנו עונת השמש הבאה.

המודל הסטטיסטי שפותח על ידי הצוות של האת’וויי משתמש בשני התהליכים של פיינמן ושל תומפסון וממזג אותם באמצעות טכניקה של עקומת-התאמה. השיטות המקדימות שהשתמשו בהן פיינמן ותומפסון מנסות לקבוע מספר טוטאלי של כתמי שמש אשר יופיעו לפני שהעונה ממש מתחילה.

גרף של תצפית פעילות כתמי שמש

שיטת עקומת-התאמה מוצאת את העקומה הטובה ביותר כדי להתאים לפעילות האחרונה של השמש. בהתבסס על תצפיות של שנים, מדענים פיתחו ספריה של עקומות שעוקבות אחר הממוצע של מחזור סולרי. תוך שימוש בשיטות החיזוי שלהם, צוותו של האת’וויי יכול לבחור עקומה אחת מהספריה הזאת לפני שמחזור השמש אפילו מתחיל, ואז לבצע התאמות בזמן שהתהליך מתקדם. עבור המחזור הנוכחי, צוותו של האת’וויי חוזה ממוצע מקסימלי של 154 כתמי שמש עם חוסר וודאות של פלוס-מינוס 20. תחזית זו יש לה מרווח צר יותר של טעות מאשר התחזית הקודמת שהתקבלה על ידי חוגים נרחבים, אשר חזתה מקסימום של 160 כתמי-שמש עם מרווח טעות של 30.

“אנחנו מצויים במחזור שבו השמש מאד פעילה” אומר האת’וויי. “עד אמצע 2001 נראה מספר של כתמי-שמש בין 100 עד 300 עם ממוצע של 154”. אחרי זה, תתחיל ירידה הדרגתית בפעילות הסולארית עד לרמת סולאר מינימום. עד כה, השמש נראית כעוקבת אחרי העקומה שנבחרה על ידי המדענים. “חישובים חודשיים קופצים למעשה מכל עבר” אומר האת’וויי. “חייבים לזכור שהעקומה היא רק ממוצע של מה שבאמת מתרחש”.

ביום אחד, למשל, נמדדו מעל 300 כתמי שמש – הרבה יותר מהממוצע של 154. אבל בחמשת החודשים שקדמו לאותו יום, היה רק מספר מועט של כתמים ממה שציפו. המספר הממוצע של כתמי שמש נפגש באמצע כדי לעקוב אחרי העקומה שנבחרה על ידי צוותו של האת’וויי.

תהיה השיטה טובה ככל שתהיה, “מודלים פיזיקליים לחיזוי פעילות כתמי שמש, כמה שנים מראש, עדיין לא קיימים”, אומר האת’וויי. “איננו יודעים מספיק טוב מדוע השמש עושה זאת, בכדי שנוכל לבצע תחזיות כמו שעושים המטאורולוגים”. המטאורולוג יכול לחשב אינפורמציה של גורמי מזג אויר, כמו טמפרטורה ולחץ ברומטרי לתוך מודל ממוחשב כדי לנהפיק תחזית מזג אויר שבועית. לחזאים של השמש אין מודל פיזיקלי מאחר שהם לא יודעים עדיין איך כל הגורמים של פעילות השמש עובדים ביחד.

מודל פשוט של השמש מראה שפנים השמש מופרד לארבעה איזורים. האנרגיה מופקת בליבת השמש (Core), ואנרגיה זו מקרינה החוצה דרך ה”איזור המקרין” (איזור קרינה =Radiative zone) בצורת קרני גמא וקרני רנטגן. ב”איזור מוליכות החום” (Convective zone), נוזלים זורמים בתוך יורה רותחת. תנועות של נוזלים אלה נראים כגרגרים או כסופר-גרגרים על פני השמש. שכבה דקה, היכן שמדענים חושבים שמתחוללים בה השדות המגנטיים של השמש, מונחת בין האיזור-מוליך-החום והאיזור המקרין.

האת’וויי, יחד עם רוב האסטרונומים של השמש, מאמין שהשדה המגנטי של השמש הוא המפתח להבנת מחזור השמש. כתמי שמש נוצרים כאשר קווי השדה המגנטי, הנמצאים ממש מתחת לפני השמש, מתעוותים ונדחפים דרך הפוטוספירה הסולרית. הפוטוספירה – או “כדור האור” – היא פני השטח המוכרים והגלויים לעין של השמש.

השמש היא למעשה כדור גז, כך שהיא לא חגה בקפדנות כפי שכוכבי-הלכת על ירחיהם עושים. במקום זאת איזורי הקו המשווה של השמש חגים מהר יותר מאיזורי הקוטב. בגלל “זרם הסילון” הזה ליד קו המשווה, השדות המגנטיים לופתים ועוטפים את השמש. “השדה המגנטי הוא במידה מרובה כמו רצועת-גומי”, אומר האת’וויי. “נוזל הזורם בתוך השמש, והמכונה ‘Dynamos’ מותח, מעוות ומקפל את הרצועה, עוטף אותה סביב השמש פעמים רבות במשך 11 שנה. כאשר השדה המגנטי מתעקל לו לתוך איזור-מוליכות-החום, הוא עולה במהירות לפני השטח. בזמן שהוא עולה, הוא מתעוות במקצת. זה מביא לשינוי בכיוון השדה אשר מסייע בהסגת הקטבים”.

הקטבים המגנטיים של השמש נסוגים בסולר-מקסימה. מתחילים בקו המשווה, בזרימה איטית על פני השטח, מושכים עימם את השדות המגנטיים לעבר הקטבים. במהופך, כתמי השמש מופיעים תחילה בקו-רוחב בינוני, ואז, מאוחר יותר במחזור השמש, מתקהלים נוכח קו המשווה.

קרינת האולטרה-סגול וקרינת הרנטגן הנוספות הנוצרות על ידי השדה המגנטי מסביב לכתמי השמש גורמים לאטמוספירה של כדה”א להתחמם ולהתפשט. זה יוצר כח התנגדות (כח גרר) נוסף באיזור שבו לוויינים ומעבורות חלל נעים במסלולם סביב כדה”א. כח זה יכול לגרור באיטיות חללית כזו החוצה מתוך מסלולה מוקדם יותר מהמתוכנן. פעילות האולטרה-סגול של כתמי השמש גם מגבירה את כמות האוזון באטמוספירה העליונה של כדה”א.

למרות שכתמי השמש הם איזורים קרים יחסית, השמש למעשה חמה יותר כאשר הם מופיעים וקרה יותר בהיעדרם. מדענים מאמינים שלחוסר פעילות ממושך של השמש יש קורלציה ישירה עם טמפרטורה קרה יותר על כדה”א. משנת 1645 עד שנת 1715, אסטרונומים צפו פעילות מעטה מאד של פעילות שמש. פרק זמן זה עולה בקנה אחד עם העידן הידוע כ”עידן הקרח הקטן”, בו נהרות ואגמים ברחבי אירופה (ואולי בעולם כולו) קפאו.

אף על פי שיש תעוד טוב של פעילות השמש מאז המצאת הטלסקופ ב-1610, מדענים צריכים לבדוק מקורות אחרים כדי לקבוע אם היו אפילו תקופות מוקדמות יותר של פעילות סולרית. בהתאם לכמויות הקרבון-14 והבריליום-10 בסביבה, מדענים יכולים להשתמש בדגימות ליבת קרח על כדור הארץ כדי לקבוע רמות של פעילות סולרית.

“אנו יכולים לנסוע אחורה בזמן, לפני הטלסקופ, על ידי הסתכלות בדגימות ליבת-קרח”, אומר האת’וויי. “בהתבסס על דגימות אלה, מתברר שהיו כתמי-שמש-מינימה אחרים, מוקדמים יותר”.

בשנת 1843, האסטרונום החובב Heinrich Schwabe מצא שכתמי שמש באים והולכים במחזור-ניתן-לניבוי של 11 שנים. מאז הכרזה זאת, רבים ניסו לייחס למחזור השמש כל מיני אירועים על כדה”א – אחדים אפילו האמינו שהשמש משפיעה על שוק המניות אף על פי שאין ראיות לכך שפעילות סולרית משפיעה על מגמות כלכליות.

על ידי חיזוי של מה השמש תעשה בעתיד אנו יכולים להתכונן טוב יותר להשפעות הרבות האחרות שתהיה לפעילות השמש על החיים בכדור הארץ.