ההליוספירה התכווצה בעבר אל תוך מסלול כדור הארץ ואולי תרמה לעידני קרח

מודלים בהובלת פרופ׳ מירב עופר, ילידת חיפה ומנהלת מרכז SHIELD של נאס״א, מצביעים על שלושה מפגשים של מערכת השמש עם ענני גז בין־כוכביים צפופים. העננים עשויים היו לכווץ את ההליוספרה ולגרום לתקופות קרח ארוכות כאשר כוכב הלכת שלנו היה מחוץ לאותה רצועת קרינה של השמש

כדור הארץ אינו נע בגלקסיה לבדו. הוא מקיף את השמש בתוך ההליוספרה – בועה עצומה שיוצרת רוח השמש ועוטפת כיום את כל כוכבי הלכת. הבועה הזאת אינה מעטפת קשיחה: גודלה וצורתה משתנים בהתאם לסביבה הבין־כוכבית שדרכה חולפת מערכת השמש. מחקרים בהובלת פרופ׳ מרב עופר מאוניברסיטת בוסטון מעלים את האפשרות כי לפחות שלוש פעמים במיליוני השנים האחרונות פגשה השמש ענני גז קרים וצפופים, שלחצו על ההליוספרה וכיווצו אותה אל תוך מסלול כדור הארץ.

בראיון זום ממשרדה באוניברסיטת בוסטון לאתר הידען היא מסבירה כי במצבים כאלה נמצא כדור הארץ, לפחות בחלק ממסלולו, מחוץ לבועה שמסננת חלק מן הקרינה הקוסמית ומונעת מחומר בין־כוכבי להגיע ישירות לסביבתו. המפגשים המשוערים התרחשו לפני כ־2–3 מיליון שנה, 6–7 מיליון שנה ו־13–14 מיליון שנה. עיתוי האירועים חופף לתקופות של שינויי אקלים ניכרים, אולם עופר וצוותה מדגישים כי החפיפה עדיין אינה מוכיחה שהמפגשים גרמו לעידני קרח או לשינויים ביולוגיים בכדור הארץ.

השמש נעה – והמגן שלה משתנה

ההליוספרה נוצרת מזרם מתמשך של חלקיקים טעונים הנפלטים מן השמש. בכיוון תנועתה של השמש משתרע גבולה כיום למרחק של כ־120 יחידות אסטרונומיות – פי 120 בקירוב מן המרחק שבין כדור הארץ לשמש. היא מסננת חלק ניכר מן הקרניים הקוסמיות בעלות האנרגיות הנמוכות ומרחיקה אבק וגז בין־כוכביים, אך עוצמת ההגנה תלויה בלחץ שמפעילה עליה הסביבה החיצונית.

בריאיון לאתר הידען הסבירה עופר כי חוקרי ההליוספרה התמקדו במשך שנים בעיקר בתנאים השוררים בסביבת השמש כיום. אלא שהשמש, כמו כל כוכב, נעה בגלקסיה וחוצה בדרך אזורים שונים מאוד זה מזה. היא השוותה זאת לאדם שעבר במהלך חייו בין ארצות ובתים: תיאור סביבתו הנוכחית אינו מלמד באיזו סביבה חי בעבר.

השאלה הזאת העסיקה אותה במיוחד בשנים 2021–2022, כאשר שהתה כעמיתה במכון רדקליף למחקר מתקדם באוניברסיטת הרווארד. לדבריה, השנה שבה הייתה פטורה מהוראה אפשרה לה להתרחק מן העיסוק בהליוספרה של ימינו ולשאול שאלה רחבה יותר: כיצד השפיע מסעה של השמש בשביל החלב על ההליוספרה, והאם השינויים בה הגיעו עד האטמוספרה והאקלים של כדור הארץ.

שחזור הדרך שעברה מערכת השמש

התקדמות במדידות האסטרונומיות אפשרה להפוך את השאלה מרעיון כללי להשערה שאפשר לבחון. נתוני טלסקופ החלל גאיה של סוכנות החלל האירופית מאפשרים לשחזר את תנועת השמש והכוכבים הסמוכים, ומדידות רדיו של מימן ניטרלי מסייעות למפות ענני גז קרים בסביבה הגלקטית המקומית. החוקרים שילבו את הנתונים האלה במודלים מגנטו־הידרודינמיים של ההליוספרה.

במחקר שפורסם ב־2024 בכתב העת Nature Astronomy נמצא כי לפני כ־2–3 מיליון שנה ייתכן שמערכת השמש חצתה את קצהו של מבנה המכונה „רצועת העננים הקרים המקומית”, באזור קבוצת הכוכבים שונר. צפיפות המימן בענן שנבדק במודל הייתה כ־3,000 אטומים לסנטימטר מעוקב, לעומת כ־0.2 אטומים לסנטימטר מעוקב בסביבה הבין־כוכבית שבה נמצאת השמש כיום. בתנאים אלה התכווצה ההליוספרה במודל עד לכ־0.22 יחידה אסטרונומית בלבד – הרבה בתוך מסלולו של כדור הארץ, שמרחקו הממוצע מן השמש הוא יחידה אסטרונומית אחת.

מחקר נוסף בחן את מעבר השמש בשפת „הבועה המקומית” לפני כ־6.8 מיליון שנה והגיע למסקנה שגם אז יכלו עננים צפופים לכווץ את ההליוספרה אל תוך מסלול כדור הארץ. מאמר סקירה שפרסמה עופר ב־2026 ב־Annual Review of Astronomy and Astrophysics מצביע גם על תקופה שלישית, לפני כ־13–14 מיליון שנה. לדברי עופר, מפגשים קיצוניים כאלה עשויים להתרחש בתדירות של אחת לכמה מיליוני שנים, ולא רק כאירוע נדיר המתרחש פעם במיליארדי שנים.

כדור הארץ בין שתי סביבות קרינה

כאשר ההליוספרה מתכווצת אל תוך מסלול כדור הארץ, כוכב הלכת עשוי לנוע לסירוגין בתוך הבועה המצומצמת ומחוצה לה. כשהוא מחוץ לה הוא חשוף יותר לקרניים קוסמיות גלקטיות ולמימן ניטרלי מן הענן. כשהוא עובר בתוך זנב ההליוספרה המצומצמת הוא עלול להיחשף לחלקיקים שהואצו בגל ההלם שבו רוח השמש נבלמת בפתאומיות מול הענן הצפוף.

במחקר שפורסם בפברואר 2026 ב־Scientific Reports כינו החוקרים את האוכלוסייה הזאת „חלקיקים אנרגטיים הליוספריים”. לפי המודל, שטף הפרוטונים באנרגיות הנמוכות מ־10 מגה־אלקטרון־וולט היה יכול להיות גבוה לפחות בסדר גודל אחד מן הסערות החזקות ביותר של חלקיקים סולריים שאנו מכירים כיום; בחלק מן החישובים התקבל שטף גבוה בערך פי מאה מזה שנמדד בסערת החלקיקים הגדולה של אוקטובר 2003. מחוץ להליוספרה היה כדור הארץ נחשף גם לשטף מוגבר של קרניים קוסמיות גלקטיות באנרגיות הנמוכות מגיגה־אלקטרון־וולט.

ההבדל החשוב הוא משך החשיפה. סערות חלקיקים סולריים בימינו נמשכות בדרך כלל שעות או ימים, ואילו בתקופת מעבר בענן צפוף יכול היה כדור הארץ להיחשף לסביבת הקרינה המשתנה במשך חודשים בכל שנה, לאורך אלפי שנים ואף יותר – בהתאם לגודלו של הענן ולמהירות המעבר דרכו.

האם המפגשים חוללו עידני קרח?

האפשרות שהמפגשים השפיעו על האקלים נשענת על כמה מנגנונים אפשריים. חדירת כמויות גדולות של מימן לאטמוספרה העליונה עשויה להגדיל את כמות אדי המים, לשנות את הכימיה של המזוספרה ולהשפיע על היווצרות עננים זוהרים בלילה. הקרינה המוגברת יכולה להשפיע אף היא על הכימיה האטמוספרית וליצור איזוטופים קוסמוגניים.

עם זאת, התגובה האקלימית אינה פשוטה. מחקר שעשה שימוש במודל דו־ממדי מודרני של הכימיה האטמוספרית מצא גידול בעננים זוהרים בלילה ודלדול של האוזון במזוספרה, אך לא שכבה עולמית וקבועה של עננים כאלה כפי שהציעו מודלים מוקדמים יותר. העננים הצפופים ביותר חסמו במודל עד שבעה אחוזים מאור השמש המגיע לפני השטח ברגע נתון, אך במקביל השתנו גם קצב פליטת החום לחלל ופיזור האוזון. כדי לחשב את ההשפעה הכוללת על האקלים נדרש עדיין מודל אקלימי תלת־ממדי מלא.

עופר הדגישה בריאיון כי אין בכוונתה להחליף את ההסברים המקובלים לשינויי האקלים הקדומים – ובהם שינויים במסלול כדור הארץ ובנטיית צירו, טקטוניקת הלוחות, געשיות וריכוז גזי החממה. „אני לא פוסלת אותם”, אמרה. „אני רק אומרת שלא הביאו בחשבון היכן הייתה השמש, ואם היא עברה בעננים צפופים יכולים היו להתרחש שינויים דרסטיים”. לדבריה, מפגש ממושך עשוי לפעול כגורם מאלץ חיצוני לאורך אלפי שנים, ולא כהפרעה קצרה של יום או שבוע.

גם האפשרות ששינויים כאלה השפיעו על האבולוציה של האדם הקדמון היא לפי שעה השערה בלבד. התקופה שלפני 2–3 מיליון שנה התאפיינה בתנודות אקלימיות ובשינויים בעולם ההומינינים, אך אין כיום ראיה המאפשרת לקשור בין הדברים בקשר סיבתי. ההשערה עוסקת באירועים שהתרחשו לפני מיליוני שנים ואינה חלופה להסבר ההתחממות העולמית המודרנית, הנגרמת בעיקר מפליטת גזי חממה בידי האדם.

לחפש עקבות בקרקעית הים ובקרח העתיק

אחת השאלות המרכזיות היא אם אפשר למצוא בכדור הארץ חתימה מדידה של יציאה זמנית מן ההליוספרה. משקעי ים עמוקים, קרח אנטארקטי ודגימות מן הירח מכילים עליות בריכוז האיזוטופים הרדיואקטיביים ברזל־60 ופלוטוניום־244 בתקופות התואמות לחלק מן המפגשים המשוערים. איזוטופים אלה נוצרו באירועים קוסמיים, כנראה בסופרנובות, אך עצם הימצאותם אינה מוכיחה כיצד הגיע החומר לכדור הארץ או שהעננים גרמו לשינוי אקלימי. תרחיש מתחרה גורס כי אבק מסופרנובות חדר דרך ההליוספרה גם בלי שזו התכווצה אל תוך מסלול כדור הארץ.

כדי לחפש עדויות נוספות הקימה עופר את COSMIC – מרכז מחקר בין־תחומי שמומן ב־2.4 מיליון דולר בידי הקרן הלאומית למדע של ארה״ב. במרכז משתפים פעולה אסטרונומים, חוקרי ההליוספרה, מדעני אטמוספרה וחוקרי אקלים קדום. הם מתכוונים להשוות את תחזיות המודלים לשינויים בבריליום־10, הנוצר כאשר חלקיקים עתירי אנרגיה פוגעים באטמוספרה, וליחסים בין איזוטופים של חמצן במשקעי ים, שמהם אפשר להסיק על הטמפרטורות בעבר. שיתוף פעולה עם חוקרי קרח עתיק מאנטארקטיקה עשוי לאפשר בדיקה של תקופות מלפני כשישה מיליון שנה.

„אפשר להסתכל ברשומה הגיאולוגית; אלה נתונים, לא רק מודלים”, אמרה עופר. המטרה היא לחזות מראש איזו חתימה אמורה להופיע בכל אחד מן התרחישים, ואז לבדוק אם היא אכן קיימת במשקעים ובקרח. רק שילוב כזה יוכל להבחין בין צירוף מקרים כרונולוגי לבין השפעה ממשית של סביבת השמש על כדור הארץ.

מחיפה לנתוני וויאג׳ר

עופר נולדה בחיפה להורים אמריקנים שעלו לישראל בשנות השישים. אביה היה פיזיקאי בטכניון, וכשהייתה בת תשע עברה המשפחה לברזיל. היא השלימה שם לימודים באסטרונומיה, ובגיל 29 יצאה לארצות הברית לפוסט־דוקטורט ב־UCLA ולאחר מכן במעבדה להנעה סילונית של נאס״א, JPL.

לדבריה, המפגש עם נתוני החללית וויאג׳ר הוא שהעביר אותה מאסטרונומיה ופיזיקת פלזמה אל פיזיקת החלל. „באסטרונומיה מסתכלים על האור שמגיע מרחוק”, אמרה, „אבל בפיזיקת החלל החללית מודדת את החלקיקים עצמם ושולחת את הנתונים”. בהמשך הייתה לחוקרת אורחת בצוות וויאג׳ר. בשנת 2005 הצטרפה לאוניברסיטת ג׳ורג׳ מייסון וב־2010 עברה לאוניברסיטת בוסטון.

כיום היא עומדת בראש מרכז SHIELD של נאס״א, שקיבל מימון של 15 מיליון דולר ומאגד חוקרים ממוסדות רבים. המרכז מפתח מודל מאוחד – מעין תאום דיגיטלי – של ההליוספרה, כדי להבין את מבנה הבועה, את תגובתה לסביבה הבין־כוכבית ואת הקרינה החודרת לתוכה.

מן הירח ומאדים ועד עולמות אחרים

חיזוי הקרינה בהליוספרה אינו עוסק רק בעבר הרחוק. מחוץ להגנה שמספקים האטמוספרה והשדה המגנטי של כדור הארץ, קרינה עתירת אנרגיה היא אחד הסיכונים המרכזיים לאסטרונאוטים. עופר ציינה כי היכולת לחזות את רמות הקרינה מעניינת במיוחד את נאס״א לקראת שהייה ממושכת של בני אדם על הירח ומשימות עתידיות למאדים. „אם נאס״א רוצה לשלוח אסטרונאוטים לירח ולמאדים, היא צריכה לדעת לאיזו קרינה הם ייחשפו”, אמרה.

המחקר עשוי לשנות גם את הדרך שבה מעריכים את יכולתם של כוכבי לכת מחוץ למערכת השמש לקיים חיים. בדרך כלל בוחנים את המרחק של כוכב הלכת מן הכוכב שלו, את סוג האטמוספרה ואת פעילות הכוכב. עופר מציעה להוסיף גורם נוסף: מיקומה של מערכת הכוכב בגלקסיה והעננים הבין־כוכביים שהיא עשויה לחצות. גם כוכב לכת הנמצא באזור המתאים לקיום מים נוזליים עלול לעבור תקופות שבהן האסטרוספרה המגינה עליו מתכווצת והוא נחשף לסביבה שונה לחלוטין.

לעת עתה מדובר במסגרת מחקר חדשה, המחברת בין סולמות שנחקרו בדרך כלל בנפרד – מן הגלקסיה והעננים הבין־כוכביים, דרך השמש וההליוספרה, ועד לאטמוספרה, לאקלים ולחיים. התצפיות הגיאולוגיות והמודלים הבאים יצטרכו לקבוע אם המפגשים אכן התרחשו כפי ששוחזרו, ומה הייתה השפעתם בפועל על ההיסטוריה של כדור הארץ.

שאלות ותשובות

מהי ההליוספרה?

ההליוספרה היא בועה עצומה הנוצרת בידי רוח השמש ועוטפת את כוכבי הלכת. היא מפחיתה את כמות החלקיקים והקרינה הקוסמית המגיעים מן התווך הבין־כוכבי אל מערכת השמש הפנימית.

כיצד ענן בין־כוכבי יכול לכווץ אותה?

ענן צפוף מפעיל לחץ חיצוני על רוח השמש. כאשר הלחץ גבוה דיו, נקודת האיזון בין רוח השמש לבין החומר הבין־כוכבי נעה פנימה וההליוספרה מצטמצמת.

האם הוכח שהמפגשים גרמו לעידני קרח?

לא. קיימת התאמה אפשרית בין מועדי המפגשים המשוחזרים לבין תקופות התקררות, וקיים מנגנון פיזיקלי שעשוי להסביר השפעה על האטמוספרה. עדיין אין ראיה המוכיחה שהמפגשים היו הגורם לשינויי האקלים.

האם מפגש כזה צפוי בקרוב?

אין ראיה לכך שמערכת השמש עומדת להיכנס בעתיד הקרוב לענן המסוגל לכווץ את ההליוספרה בצורה קיצונית. המחקר עוסק בעיקר בשחזור אירועים שהתרחשו לפני מיליוני שנים.

מקורות: הסקירה המדעית ב־Annual Review of Astronomy and Astrophysics, המאמר על הקרנת האטמוספרה הקדומה ב־The Astrophysical Journal Letters, הודעת נאס״א, עמוד פרופ׳ מירב עופר באוניברסיטת בוסטון.

עוד בנושא באתר הידען:

• בניגוד למצופה, הבועה סביב מערכת השמש אינה עגולה
• השדה המגנטי העתיק של כדור הארץ והשפעתו על האטמוספרה
• גלי פלזמה מגבירים את אובדן אטמוספרת מאדים
• פרופ׳ עמרי ונדל: אזור החיים של כוכבי לכת רחב יותר משחשבנו

לפרסום המקורי: פתיחת הפרסום המקורי