דברים שיורמים יודעים: לאן מורה מחט המצפן?

ניב שואל : למה המצפן מצביע צפונה אם הדינמו הזורם מתחת לפני הקרקע, מתחת לכל כדור הארץ, הוא היוצר את המגנטיות?

<img src="http://www.hayadan.org.il/images/content3/2021/01/Depositphotos_170905228_l-2015-500×334.jpg" alt="מצפן. <a href="https://depositphotos.com/">צילום: depositphotos.com
מצפן. צילום: depositphotos.com

נתחיל בזה שהמצפן לא מצביע בדיוק צפונה. המצפן לא מצביע אל הקוטב הצפוני אלא אל קוטב מגנטי הנמצא אמנם בצפון הרחוק אבל במרחק של כ400 קילומטרים מהקוטב "האמיתי" כלומר מציר הסיבוב של הארץ סביב עצמו. מחט מצפן בנקודה זו תצביע ישר למטה, ניתן לשרטט גם קו משווה מגנטי שאינו חופף לקו המשווה הגאוגרפי ובו מחט מצפן תהיה מאוזנת לחלוטין.

מגנט הנוצר מזרמי מתכת נוזלית בליבת כדור הארץ יוצר סביבנו את המגנטוספירה: שדה מגנטי העוטף את הכדור ומסיט ממנו חלקיקים בעלי מטען חשמלי שמקורם בשמש. אילולא הגנה עליו המגנטוספירה היינו נתונים להפצצה אנרגטית מתמדת שהייתה הופכת את החיים עלי אדמות בלתי אפשריים. חלקיקים המצליחים בכל זאת לחדור את המגנטוספירה מתנקזים ל"משפך" שהוא הקוטב המגנטי. תוצאת המפגש בין החלקיקים מהשמש לאטמוספירה הוא הזוהר הצפוני.הקוטב המגנטי הוא, לכן גם מרכז אליפסה ממנה ניתן לצפות בתצוגת אורות מרהיבה זו.

הקוטב המגנטי הזה לא רק שאינו חופף לצפון הגאוגרפי אלא גם, כצפוי ממערכת הנוצרת מזרימה של נוזל, משנה את מיקומו.  הקוטב המגנטי נע בשנים האחרונות לכיוון  צפון מערב במהירות של כ 55 קילומטר לשנה. תוצאת הנדידה הזו היא שאזור הצפייה האופטימלי באורות הזוהר הצפוני  נע בהדרגה מקנדה וסקנדינביה לסיביר.   עדויות קדומות על הופעת זוהר בשמיים דרומה לגבול הנוכחי מאפשרים להעריך כי הקוטב המגנטי היה פעם קרוב אלינו יותר. כך מוצאים דיווחים על זוהר צפוני בכתביהם של סנקא ושל פליניוס הזקן מרומא ובכתביהם של אסטרונומים בסין. תזוזת הצפון המגנטי משפיעה של בעלי חיים המנווטים באמצעות חישה ממגנטית. צבי ים חוזרים לחוף בו בקעו כדי להטיל בייצים הם מוצאים את אותה נקודה לאחר נדודים של שנים ברחבי הימים על פי טביעת השדה המגנטי לו נחשפו עוד כעוברים בביצה. מעקב אחר צבות מטילות בפלורידה העלה כי תזוזת הקוטב המגנטי מסיטה את הצבים אל חופים צפוניים יותר גאוגרפית בהם השדה המגנטי העכשווי שווה לזה של חוף המולדת.

צפונה ולמטה

אבל ניב צודק: מחט המצפן מצביעה לכיוון דינמו הזורם עמוק מתחתנו ולכן המצפן מצביע לא רק צפונה אלא גם בכיוון האנכי – למטה. המצפנים הראשונים שפותחו בסין היו מבוססים על מחט מגנטית שצפה במיכל מים וכתנאים אלו לא ניתן להבחין בכוח המושך אותה למטה. מאז החלו בני אדם להשתמש במצפן המבוסס על מחט תלויה באוויר אובחנה רְכִינָה מַגְנֵטִית כלומר סטייה של הקצה הצפוני של המחט כלפי מטה (בחצי הכדור הצפוני). ייצרני מצפנים מודעים להטיה הזו ומאזנים את מחט המצפן כך שתישאר מקבילה לקרקע בחלק כדור הארץ בו היא אמורה להימצא. אבל אצל בעלי חיים הרכינה המגנטית אינה בעיה אלא מרכיב חשוב בניווט. הנווטים הפרימיטיבים ביותר הם חיידקים החיים בעומק הים. אצל חיידקים אלו הניווט כולו אנכי, כח המשיכה הפועל על תא במי הים אפסי והחיידק נדרש לאמצעי שיראה לו את הכיוון למעלה או למטה. שרשראות גבישי  מגנטיט   (Fe3O4)  זעירים עטופים בקרום מגיבים לשדה המגנטי ומכוונים את התא לעומק בו יימצא הריכוז הנכון של חמצן.  

ציפורים נודדות נדרשות לניווט מתוחכם יותר אבל גם הן  מוצאות את דרכן על פני הגלובוס באמצעות השדה המגנטי של כדור הארץ. כשם שלניווט אנושי אין די במצפן שיורה את הכיוון בו אתה הולך אלא יש צורך גם במפה שתגיד היכן אתה עומד .כך צריכה הציפור מידע שמחט מצפן סתם לא מספקת: המיקום שלה ביחס ליעד. את המידע הזה מספקת הרכינה המגנטית.

זוהר הקוטב הצפוני. מקור: United States Air Force photo by Senior Airman Joshua Strang / ויקימדיה.
זוהר הקוטב הצפוני. מקור: United States Air Force photo by Senior Airman Joshua Strang / ויקימדיה.

החוש המגנטי של הציפורים

חיישנים מגנטים המבוססים על אותן תחמוצות ברזל נמצאים בתאי עצב במקור העליון וציפור (יונה למשל) המכירה את הבית יכולה לדעת את מיקומה בציר צפון – דרום בהתאם לעוצמת הכוח בכיוון האנכי: שדה מגנטי חזק יותר בכיוון למטה פירושו "אני צפונית לשובך" ושדה חלש יותר פירושו "אני מדרום לשובך", ציפור בחצי הכדור הדרומי תתרגם את המסר הפוך. ניווט המבוסס על רכינה מגנטית ועל עצמת השדה מאפשר גם לצלופחים צעירים הנודדים מים סרגסו שבמרכז האוקיינוס האטלנטי לאירופה או לצפון אמריקה למצוא את דרכם אל זרמי האוקיינוס המוליכים אותם לנהרות. נראה כי הצלופח הבוקע בים סרגסו עובר החתמה (imprinting) כלומר לומד במהירות להכיר את זווית הרכינה המגנטית ואת עצמתה במקום הולדתו ולשם ינווט שנים רבות אחר כך כבוגר. מנגנון זה של היכרות מגנטית עם המולדת עשוי להסביר את פיצול המין לאוכלוסיות נבדלות גנטית המתרבות כל אחת בחלקת הים שלה.

המקביל הציפורי למצפן שלנו כלומר להכוונה אופקית במרחב הוא מנגנון שונה המבוסס על תרכובת אורגנית. כל חומר מגיב לשדה מגנטי אבל רוב התרכובות הבונות את היצורים החיים דיאמגנטיות כלומר כאלו שכל האלקטרונים בהם מסודרים בזוגות ולכן יחוו דחיה חלשה משדה מגנטי. כך הצליחו חוקרים לגרום לצפרדע לרחף מעל מגנט חזק במיוחד. המצפן של בעלי הכנף מבוסס על יצירה של מולקולה פרה מגנטית כלומר שיש בה אלקטרונים בודדים. כדי להשיג זאת צריך קשר כימי  במולקולה רגישה לאור להישבר כך שלמשך כמה מיליוניות שניה תיווצר מחט מצפן בעלת 2 אלקטרונים רגישים לשדה מגנטי. ציפור לא תוכל לנווט כל עוד לא הגיע לעיניה  אור באנרגיה מספיקה כלומר אורך גל של כ 560 ננומטר (ירוק). לכן, לרכינה המגנטית כלומר לזיהוי קו הרוחב על פי עצמת השדה האנכי באמצעות גבישי מגנטיט שהמגנטיות שלהם אינה תלויה באור תפקיד חשוב ביכולת הניווט של ציפורים הנודדות בלילה.

עלתה בדעתכם שאלה מעניינת, מסקרנת, מוזרה, הזויה או מצחיקה? שלחו ל [email protected]

עוד בנושא באתר הידען:

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook

3 תגובות

  1. הכתבה היתה מועילה ומעניינת יותר אם היתה הפניה למקורות קריאה נוספים על העובדות המסופרות בה.

  2. הסיבה היא תזוזת זווית נטיה ,המגנט עוד לא הספיק להתיישר אחרי
    שציר סיבוב עצמי זז…או הוזז

  3. בלהקת עופות נודדים קיימים מספר דורות שמעבירות מידע נדידה, כאן בא לידי ביטוי יכולת הלמידה של העופות, כמו גם יכולת שימור זיכרון הנדידה.

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן