נסיך הגאות והשפל

כשאנחנו מבלים על שפת הים אנחנו יכולים להבחין שמֵי הים לעִתים קרֵבים לקו החוף, ולעתים מתרחקים ממנוּ. זוֹהי תופעת הגֵאוּת והשֵׁפֶל. שני גופים גורמים לים להתקדם לחוף בגאות ולסגת בשפל; אלה הם שני הגופים הבולטים ביותר בשמי כדור הארץ: השמש והירח

כתב: צבי עצמון, גליליאו צעיר
בימי קיץ אלה רבים מאִתנו מבלים בחוף הים. פורסים שמיכה (או מגבת) קרוב לקו המים ונהנים. אנחנו יודעים שכאשר אנחנו פורסים את השמיכה קרוב לקו המים, פעמים רבות לאחר זמן־מה המים מתקרבים אליה ומתחילים להרטיבהּ, וצריך להרחיקהּ לכיוון החוף. ולעתים להפך – אנחנו פורסים את השמיכה קרוב למים, אך המים נסוגים ומתרחקים מאתנו.

הירח משפיע יותר

ההתנהגות ה”בּוֹגדנית” הזאת של הים מקורה בתופעת הגֵאוּת והשֵׁפֶל. בגאות הים מתקדם ומכַסה שטח נוסף של חוף; ובשפל הים נסוג וחושף שטח חוף, וחוזר חלילה. שני גופים גורמים לים להתקדם לחוף בגאות ולסגת בשפל; אלה הם שני הגופים הבולטים ביותר בשמים: השמש והירח. לירח השפעה גדולה על תופעת הגאות והשפל, יותר מכפולה מזוֹ של השמש. התופעה נגרמת מכוחות גֵאוּת ששני גַּרמי השמים הללו מפעילים על כדור הארץ. כוחות הגאות עצמם קשורים לכוח הכְּבידה (הגְּרָביטַציה, כוח המשיכה) שהם מפעילים על כדור הארץ ועל האוֹקיינוֹסים והימים שלו. ואולם כוח גאות אינו כוח כבידה, אלא הוא ההפרש בין כוח הכבידה שגֶּרם שמים מפעיל על שני צדדיו של כדור הארץ – הצד הקרוב לגרם השמים והצד הרחוק ממנוּ.
נניח שבמקום כלשהו בחלל, הַרחֵק מכל גרם שמימי אחר, יש גוף גדול של מים – טיפת מים ענקית. טיפת המים הענקית תקבל צורת כדור, בעיקר בשל כוח הכבידה שמולקולות המים שבטיפה הענקית מפעילות זוֹ על זוֹ. עכשיו נתאר לעצמנו שגוף כלשהו, למשל ירח, מתקרב לטיפה הענקית. צורת הטיפה תשתנה – מכדור לטיפה מוארכת.
מדוע צורתה של הטיפה הענקית משתנה? הסיבה היא ההבדל בין עצמתו של כוח הכבידה הפועל על החלק הפונה לירח ובין כוח הכבידה הפועל על חלק המרוחק ממנוּ. על החלק הפונה לירח כוח הכבידה גדול מפני שכוח הכבידה מושפע מאוד מהמרחק בין שני הגופים. הצד הנגדי רחוק יותר, ולכן כוח הכבידה הפועל עליו קטן יותר. בשל כך הצד הפונה לירח נמשך חזק מהצד המרוחק, ולפיכך הצד הקרוב מתקרב מעט לירח, ומתקבלת צורה מוארכת.
הטיפה מתארכת לא רק בכיוון הירח, אלא גם בכיוון הנגדי. מדוע? נניח שהחדרנו לתוך טיפת המים הענקית גוף מוצק גדול. מתקבל מעֵין כוכב לכת בעל חלק מוצק (כמו קרקע כדור הארץ) וחלק מימי (כמו האוקיינוסים). ראינו שהמים הפונים לכיוון הירח נמשכים ו”נמתחים” קצת לכיוונו בגלל הכבידה. על המים שבצד המרוחק פועל כוח כבידה חלש יותר.
ומה עם הגוש המוצק שבתוך טיפת המים הענקית? כוח הכבידה הפועל עליו הוא כעין ממוצע בין הכבידה על החלק הפונה לירח ובין הכבידה הפועלת על המים שבצד הנגדי, המרוחק. לכן החלק המוצק נמשך לכיוון הירח יותר מאשר המים בצד המרוחק, ולפיכך החלק המוצק כאילו בורח קצת מהמים שבצד המרוחק, מותיר אותם מאחור. יוצא שביחס לחלק המוצק המים “נמתחים” בשני הכיוונים: בכיוון הירח וגם בכיוון המנוגד. בגלל הצורה המוארכת של המים בצד הפונה לכיוון הירח, גובה המים מעל החלק המוצק יהיה גדול, וכך גם בצד ההפוך. בשני מקומות אלה תהיה גאות. בכיוון המאונך גובה המים יהיה קטן – שם יהיה שֵׁפל: מאֲזורים אלה המים נעים לכיווני הגאות, וכך גובה המים באֲזורי השפל קטֵן.

הצד המרוחק מהירח

כדור הארץ סובב על צירוֹ פעם ביממה. אם נעמוד בצד הפונה לירח, תהיה גאות. בתום מחזור גאות שלם (שהוא ארוך מעט מיממה; מיד נסביר מדוע) נחזור בדיוק לאותו מצב. ואולם במחזור השלם נחלוף בגאות נוספת – הגאות שבצד המרוחק מהירח. במחזור נעבור גם שתי נקודות שפל, שמהן המים “ברחו” לכיוון נקודות הגאות.
בפועל, תופעת הגאות והשפל בכדור הארץ מורכבת יותר. ראשית, הירח מַקיף את כדור הארץ פעם בכ־27.3 יממות. לכן ביממה, כשכדור הארץ משלים סיבוב על צירו, הירח משנה מעט את מקומו במסלול ההקפה סביב כדור הארץ. לכן נדרש זמן נוסף עד שנחזור לעמוד בדיוק מול הירח. בשל כך הזמן הנדרש למחזור שלם של גאות ושפל ארוך מיממה – הוא קרוב ל־24 שעות וחמישים דקות. ב־24 שעות וחמישים דקות, בכל נקודה יהיו פעמיים גאות ופעמיים שפל. דבר זה מתרחש באמצעו של חודש עברי, כשהירח מלא: השמש והירח נמצאים אז משני צִדיו של כדור הארץ – כשהשמש שוקעת במערב, הירח עולה במזרח. כך קורה גם בתחילתו ובסופו של חודש עברי כשהירח נראה כחֶרמֵש דקיק, ואז השמש והירח נמצאים באותו צד של כדור הארץ – שניהם זורחים באותו זמן במזרח ושוקעים במערב.

ארבע גאוּיוֹת וארבעה שְׁפָלים

פְּרט לירח, גם השמש יוצרת גאות ושפל. כוח הכבידה של השמש גדול מזה של הירח, ואולם ראינו כי כוח הגאות איננו כוח הכבידה עצמו, אלא ההפרש בין כוח הכבידה הפועל על שני צדיו של כדור הארץ. מאחר שהירח קרוב אלינו הרבה יותר מאשר השמש, ההבדל בין הכבידה בצד הפונה לירח לכבידה בצד המרוחק מהירח גדול מההפרש בכבידה של השמש. לכן כוח הגאות שהירח יוצר גדול ביותר מפי שניים מזה שהשמש יוצרת.
כשהירח נראה מואר רק בחֶציו, השמש והירח אינם נמצאים בקו אחד עם כדור הארץ, אלא מאונכים, בזווית של תשעים מעלות. זה מה שקורה ברבע הראשון של חודש עברי וברבע השלישי, אז הירח גורם בכל מחזור גאות שתי גאויות ושני שפלים, וגם השמש גורמת שתי גאויות (קטנות יותר) ושני שפלים. בחלק זה של החודש, בכל נקודת חוף יהיו במחזור גאות ארבע גאויות וארבעה שפלים, אך במצב זה הם קטנים כי מי האוקיינוסים מתחלקים בין ארבע גאויות, ולא בין שתיים.

לא רק בימים

החלק המוצק של כדור הארץ (קליפת כדור הארץ, היבשות) איננו גוף מוצק וקשיח לחלוטין. יש לו גמישות מסוימת. לכן תופעת הגאות והשפל קיימת לא רק באוקיינוסים ובימים, אלא גם ביבשות. אלא שתופעה זוֹ קטנה הרבה יותר ויכולה להגיע ללא הרבה יותר משלושים סנטימטרים, ולפיכך איננו חשים בה. ואולם כשנדרש דיוק רב, יש לגאות היבשות השפעה וצריך להביא אותה בחשבון: למשל במדידות ג’י־פי־אס מדויקות ובמאיצי חלקיקים שהדיוק בהם קְריטי. יש מדענים שחושבים כי כוחות גאות יכולים להשפיע במידה מסוימת על הסיכוי לרעידות אדמה.
גם באַטמוֹספֵרה – בחלקים העליונים שלה, בגובה עשרות קילוֹמֶטרים – יש תופעת גאות ושפל, והאטמוספרה “נמתחת” במידה ניכרת לכיוון הירח.
תופעת הגאות והשפל מוכּרת לא רק מכדור הארץ. כוחות הגאות שכוכב הלכת הענקי צדק מפעיל על הירח הקרוב אליו – אָיוֹ – גורמים בתוך הירח איו תנועות וחיכּוּך רב, וזה מחמם את החלק הפנימי של ירח זה. הדבר מתבטא בפעילות געשית נמרֶצת בירח איו. כוחות גאות של צדק יכולים לקרוע מֵטֵאוֹרוֹאיד המתקרב לצדק, ולפיכך בדרכו אל צדק הוא נשבר ונופל עליו לא כגוש אחד, אלא כסדרה של שברים.
בים התיכון, שעל חוֹפיו רבים מאתנו מבלים בחופשה, הגאות בכל מקרה קטנה יחסית – הים “עולה” עשרות אחדות של סֶנטימֶטרים. אבל יש מקומות בחוֹפי האוקיינוסים שההבדל בין גאות לשפל יכול להיות הבדל של מטרים בגובה, ואז נחשֶׂפת ומכוּסה לסירוּגין רצועת חוף ארוכה מאוד. בחוֹפי אוקיינוס כאלה השפל הוא זמן טוב לחפש על החוף כל מיני מציאות שהותיר הים כשנסוג בשפל. חשוב מאוד לחזור בעוד מועד לחוף מִבטחים, לפני שהגאות מַגיעה…
* הערה: לתופעת הגאות והשפל יש גם הסברים אחרים. ההסבר שהובא כאן הוא המתאים לדעתנו.

הכתבה הופיעה בגיליון אוגוסט של גליליאו צעיר – ירחון לילדים סקרנים

רוצים לקרוא עוד? לקבלת מגזין גליליאו צעיר במתנה

בקרו בעמוד הפייסבוק שלנו