ודאי שמעתם על טלסקופי החלל האבל ושפיצר, שמַקיפים את כדור הארץ ומצלמים תמונות של גרמי שמים שונים ובדרך זו מסַפּקים מידע חשוב למֶחקר. מדוע יש צורך לשלוח את המצלמות לחלל? למה איננו יכולים לצלם מכדור הארץ? * דברים שרואים משם
כתב: ד"ר נצח פרביאש, גליליאו צעיר
ודאי שמעתם על טלסקופי החלל האבל ושפיצר, שמַקיפים את כדור הארץ ומצלמים תמונות של גרמי שמים שונים ובדרך זו מסַפּקים מידע חשוב למֶחקר. מדוע יש צורך לשלוח את המצלמות לחלל? למה איננו יכולים לצלם מכדור הארץ?
התשובה נמצאת בשכבת האַטמוֹספֵרה של כדור הארץ, שמסנֶנת אורכֵי גל שונים. מהי אותה "מִסננת" וכיצד היא קשורה לאֵפֵקט החממה, שאלות אלה מעסיקים אותנו רבות.
מהי האטמוספֵרה?
אטמוספרה היא שִׁכבת הגָזים המַקיפה את כדור הארץ (או כל גוף שמימי אחר שיש לו מָסה גדולה דייהּ כדי להחזיק את הגזים). האטמוספרה של כדור הארץ עשויה מתערובת גזים שאנחנו קוראים לה אוויר. הגזים נמשכים אל כדור הארץ בגלל כוח הכְּבידה שלו, ואף שיש גזים אטמוספריים שבורחים לחלל, כדור הארץ מָסיבי מספיק כדי להחזיק בשכבה קבועה שלהם (במַאְדים למשל האטמוספרה דְּלילה מאוד, ועל הירח אינה קיימת כלל).
בגלל כוח הכבידה, האֵזור הסָמיך ביותר של האטמוספרה נמצא סָמוּך לקרקע, וככל שעולים גבוה יותר, כן היא נעשית דלילה. בגובה של כמה מאות קילוֹמֶטרים מעל פני השטח האטמוספרה מִתמזֶגת אל החלל הריק. אוויר יבש מוּרכּב מ-78 אחוז חַנקָן ומ-21 אחוז חמצן, שהם 99 אחוזים מהאטמוספרה, והאחוז הנוסף כולל פחמן דו-חמצני וגזים אצילים כמו אַרגוֹן, הֶליוּם ונֵאוֹן. באטמוספרה מבחינים בשְׁכָבות שונות, המחולקות בהתאם לצפיפוּת ולתכוּנוֹת הפיזיקליות שלהן. אותנו מעניינת היכולת של האטמוספרה להגיב עם גלים אלֵקֶטרוֹמַגנטיים בתְדָרים שונים.
סְפֶקטְרוּם הקְרינה האלקטרומגנטית
אף שהספקטרום של הקרינה האלקטרומגנטית רָציף, מחלקים אותו לכמה תחומים עיקריים, בהתאם לאורך הגל. ככֹל שאורך הגל של הקרינה האלקטרומגנטית ארוך יותר, כן התְדירוּת שלו נמוכה יותר והיא אנרגטית פחות. התחומים העיקריים של ספקטרום הקרינה האלקטרומגנטית הם:
- - גלי רדיו: בעלי אורך גל של מֶטרים עד קילוֹמֶטרים. גלי הרדיו משמשים בעיקר לתקשורת קוֹלית בשידורי רדיו וטלפונים אַלחוּטיים.
- גלי מיקרו: בעלי אורך גל של כמה סנטימֶטרים. בתנורי מיקרוֹגל משתמשים בגלי מיקרו בשל התגובה שהם יוצרים במולקוּלוֹת המים הנמצאות במזון.
- קרינה תת-אדומה (אינְפְרה אדומה): בעלת אורך גל של מיקְרוֹמטרים (מיקרומטר – מילְיוֹנית המטר). גופים של בעלי חיים שונים וכן של האדם קוֹרְנים בתחום זה (ולכן אפשר להשתמש ברְכיבים רגישים לקרינה תת-אדומה במכשירים לראיית לילה).
- אור נראֶה: בעל אורך גל של מאות נָנוֹמטרים (ננומטר - מיליארדית המטר). אזור זה של הספקטרום מֵכיל אוֹרכֵי גל בצבעים שונים, שאנחנו מסוגלים לראות.
- קרינה על-סגוּלה (אוּלְטְרה-סגולה): בעלת אורך גל של עשרות אחדות של ננומטרים. שכבת האוֹזוֹן של כדור הארץ חוסמת את מַרבּית הקרינה העל-סגולה שמקורה בשמש, אך קרינה זו אֵנֶרגֵטית כל כך שגם המעט שחודר עלול לגרום נזק לעור ולעיניים בחשיפה מרוּבּה לאור שמש (ולכן מזהירים אותנו מהסכּנוֹת שבקרינת השמש).
- קרינת רֶנטְגן: בעלת אורך גל של אַנְגְסְטְרוֹמים אחדים (אנגסטרום - עשירית הננומטר). לקרינה זוֹ שימושים רבים ברפוּאה ובטֶכנוֹלוֹגיה, בזכות יכולתה לעבוד דרך חומרים שהאור הנראֶה אינו מסוּגל לחדור דַּרכּם, כמו רְקָמות רַכּוֹת של גוף האדם.
- קרינת גמא: בעלת אורך הגל הקצר ביותר, של מאיות אנגסטרום, ולכן היא גם האנרגטית ביותר. קרינה זוֹ נחשבת מסוכנת ביותר, ומקוֹרהּ לרוב בתופעות רַדיוֹאַקטיביוֹת (למשל בפיצוּץ גַּרעיני). משמשת לעיקוּר.
ואיך כל זה קשור לצילום אַסטְרוֹנומי?
חלקים שונים של האטמוספרה מְגיבים עם אורכי גל שונים. כאמור, האוזון מֵגיב עם הקרינה העל-סגולה ובולע אותה. מבחינת האדם זוהי תכונה חשובה במיוחד, משום שכאמור קרינה זו מסוּכּנת לנו. לכן, אם נרצה לצלם גרמי שמים בתחום זה של קרינה, נהיה חייבים לצאת מחוץ לאטמוספרה, לחלל. לשם כך שולחים טלסקופים לחלל – הם מאפשרים צילום באורכֵי גל שאינם מַגיעים לכדור הארץ.
באופן דומה, גם הקרינה התת-אדומה אינה מצליחה לחדור מבעד לשכבת האטמוספרה. למעשה, כדור הארץ בעצמו פולט לחלל קרינה תת-אדומה. לשמחתנו, האטמוספרה מונעת את רוב הקרינה הזאת מלחמוק ומשמשת מעין שמיכה לכדור הארץ. זהו אפקט החממה. אולם אם נרצה לצלם גרמי שמים בתחום זה, נגלה שוב שהדבר אינו אפשרי מכדור הארץ ועלינו לצאת אל החלל החיצון.
תשאלו, מדוע שנרצה לצלם באורכי גל אלה? ובכן, מתברר שתהליכים פיזיקליים חשובים קשורים בפליטת קרינה בתחום זה, ומכאן שמידע חשוב מסתתר בהם. לכן יש לשלוח טלסקופים לחלל, כדי שיעבירו את התצלומים משם. ראו למשל את עַרפילית העַקרב: כל אחד מהתצלומים הוא של אותו גרם שמים בדיוק! אולם צילום באורכי גל שונים מספק תמונה אחרת לחלוּטין, וממנה אפשר ללמוד על הפיזיקה של גרם השמים.
> הכותב הוא סמנכ"ל מדעי בפארק קרסו למדע
* הכתבה פורסמה בגיליון דצמבר 2014 של גליליאו צעיר
רוצים לקרוא עוד? לקבלת מגזין גליליאו צעיר במתנה