אוף, למה כל-כך חם?

המאמר הופיע לראשונה בכתב העת לנוער גלילאו צעיר

דודי זוסימן

תופעת העונות

אז למה חם כל-כך בקיץ? בקיץ אנו שמים לב כי חם יותר במהלך היום וכמו כן שעות האור ביממה רבות יותר. טעות נפוצה שרוב האנשים מניחים שהאליפטיות של כדוה”א במסלול סביב השמש מביאה את כדור-הארץ קרוב לשמש וכך נוצר הקיץ (קרוב יותר שווה חם יותר) ובחורף כדור-הארץ רחוק יותר מן השמש ולכן קר יותר. אמנם נכון הוא שמסלול כדוה”א הוא אליפטי אך הדבר זניח למדי ולא זו הסיבה לקיום העונות. השינוי במרחק הוא קטן יחסית, והמרחק הקצר ביותר נמצא אם כבר בשיא החורף.

הסיבה לכך שאנו חווים קיץ, סתיו, חורף ואביב היא נטיית כדור-הארץ סביב צירו.

כדור-הארץ נטוי בכ-23.5 מעלות מציר הסיבוב (ראו תמונה המציינת את העונות בישראל לפי נטיית כדור-הארץ ביחס לשמש) כך שנקודות הנמצאות רחוק מקו המשווה מקבלות יותר קרני שמש ישירות בחלק אחד של השנה והרבה פחות בחלק אחר של השנה.
למעשה, ישראל הנמצאת מצפון לקו המשווה סופגת יותר קרני שמש ישירות משום שנטיית כדור-הארץ מביאה את ישראל “קרוב” יותר לשמש מאשר חלקים אחרים בעולם המקבלים באותו זמן פחות קרני שמש ישירות. לעומת זאת בחורף ישראל נטויה לכיוון “המרוחק” יותר מהשמש ולכן מקבלת פחות קרני שמש ישירות. (ראו בתמונה המצורפת)

כך יוצא שבעונת הקיץ ישראל מקבלת חום מהשמש ויש הרבה יותר שעות אור. באותו זמן, במקומות שנמצאים בצד הדרומי של כדור-הארץ כמו באוסטרליה או בדרום אמריקה, קיים חורף.

לרוב האנשים השמש מהווה דבר קבוע, יומיומי וכמעט ברור מאליו. אולם תהליכים רבים שנתגלו ע”י טלסקופים המרחפים בחלל רק בשנים האחרונות מגלים לנו דברים מסתוריים ונסתרים לגבי השמש. על כך ועוד בהמשך.

גודלה של השמש.

מסת השמש מכילה יותר מ-99% מהמסה הכוללת של כל מערכת השמש. כלומר שאר כוכבי הלכת מהווים חלק קטן מאוד מסה”כ מסת מערכת השמש. מסת כדוה”א בלבד היא בעלת שיעור קטן עוד יותר מסך כל האחוז הזה. (מסת השמש היא פי 330 אלף ממסת כדוה”א.)

קוטרה של השמש הוא קצת יותר מפי 100 מקוטרו של כדוה”א כך שניתן להציב 100 כדורי-ארץ בקו ישר והם יבלעו בתוך השמש עצמה.

השמש – מיליוני פצצות גרעין בשנייה.

השמש שלנו נוצרה מתוך ערפילית גז ענקית ששכנה באזור לפני מיליארדי שנים. כוח הכבידה אסף באיטיות לנקודה אחת את רוב המסה של הערפילית הזו וכיווץ אותה לבסוף לכדור גז ענקי. עם התגברות הלחץ, עקב כוח המשיכה החזק על הנקודה הכי מרכזית באותו כדור גז קדום, נוצר מצב מיוחד שאותו אנו מכנים “היתוך גרעיני”. הלחץ העצום והחום הרב שפעלו על גרעיני המימן גרמו לשרשרת של תגובות שבסופם נוצרו גלעינים של יסוד מורכב יותר – הוא ההליום. במהלך שרשרת התגובות משתחררת אנרגיה רבה מאוד החוצה אל המעטפת של הליבה.

בנקודה זו של הזמן נוצרה השמש (לפני קצת יותר מ-4.5 מיליארד שנים). השמש מכילה כ-92% מימן ועוד כמעט 8% הליום, שאריות של גזים אחרים, ומעט מתכות. השמש משתמשת בתהליך ההיתוך הגרעיני ב-5 מיליון טון של מימן בשנייה. וכל זאת ב-4 מיליארד השנים האחרונות ברציפות.

המצב הזה בין לחץ הכבידה המכווץ פנימה למול הגזים החמים המתפשטים יצר שיווי משקל עדין שנשמר עד היום.

למי מבין הקוראים שהחל לדאוג מעט אפשר להרגיע שגם בקצב הזה ייקח לשמש עוד מיליארדי שנים עד שתכלה את כל “דלק המימן” שלה.

ומה יקרה אז? חכו לסוף.

המסע המייגע מהליבה בשמש לכדוה”א

האנרגיה היוצאת מליבת השמש עוברת בקרינה דרך “אזור הקרינה” הנרחב אך לא מגיעה ישירות לפני השטח אלא עוברת מחלקיק אחד לחלקיק אחר בתהליך ארוך במשך כ-2 מיליון שנה.

רק בהגיע האנרגיה קרוב לקצה, “לאזור ההסעה” הצר יחסית, מתרחשת הסעה של האנרגיה לפני השטח ע”י העלאת חומר חם לפני השטח וירידה של חומר קר מתחת לפני השטח (ראה בתמונה המצורפת)

הגז החם מגיע לשכבה דקה יחסית הנקראת הפוטוספירה (“השכבה הנראית”), ומשם בקו ישר ובמהירות האור אל כל מרחבי מערכת השמש. כשאנו רואים את השמש אנו בעצם רואים רק את החלק הזה שחשוף אלינו ומקרין אלינו בצבע צהוב-לבן. למי שתהה מדוע השמש דווקא נראית בצבע כזה מצורף ההסבר הבא:

בל”ג בעומר, הסקרנים שבינינו הביטו בגחלים. חלקם היו שחורים, אפורים אבל חלק היו אדומים מאד ואף צהבהבים. אלו הן הגחלים החמות ביותר והטמפרטורה במעמקי המדורה יכולה הייתה להגיע למאות מעלות. הטמפרטורה של גוף שקורן חום קובעת את הצבע שלו! כך אנו יודעים שהשמש קורנת בטמפרטורה של כ-6000 מעלות צלסיוס כי היא נראית לנו צהובה-לבנבנה.

השכבה העליונה ביותר, אך הבלתי נראית היא ה”הילה”, (ה”קורונה”). היא שכבה חמה מאוד שיכולה להגיע עד מיליון מעלות צלסיוס אך היא אינה נראית משום שהיא שכבה דלילה מדי מכדי להיראות על רקע השמש החזקה. רק במקרים של ליקוי חמה, כאשר הירח מסתיר בדיוק את כל השמש, ניתן לחזות בצורת ההילה, שיכולה להיות בגודל של עד 10 פעמים קוטר השמש.
קרינה קטלנית.

מרחק כדוה”א מהשמש הוא כ-150 מיליון ק”מ. לפי מרחק זה ניתן לחשב שאור היוצא מהשמש מגיע במהירות האור תוך כ-8 דקות, כלומר אנחנו רואים את האור שיצא מהשמש לפני 8 דקות.

חלק קטן מאוד מהקרינה שוטף את כדוה”א משום שהוא נקודה קטנה מאוד במערכת השמש הענקית, חלק את כוכבי-הלכת האחרים והשאר מגיע עד לקצווי מערכת השמש ונקלט אף בכוכבים רחוקים.

האנרגיה הזו יוצאת מהשמש בצורת קרינה שחלקה אור וחלקה חום וחלקה אף קרינה קטלנית.

האטמוספירה של כדוה”א חוסמת למזלנו את רוב הקרינה הקטלנית. שכבה כמו שכבת האוזון משתתפת בפעולה הזו ולאחרונה מדברים עד כמה חשוב לשמר אותה שלא תמשיך להיפגע עקב פעילות האדם.

חלק גדול מהאור והחום עוברים בתוך האטמוספירה ודואגים לחמם אותנו ביום ובזכות פיזור החום באטמוספירה – אף בלילה.

בנוסף, נפלטים מהשמש אלקטרונים ופרוטונים שהם חלקיקים קטנים מאוד ומהירים שמגיעים לכדוה”א תוך 3 ימים מרגע יציאתם מהשמש. אנו קוראים לתופעה זו “רוח השמש” והחלקיקים הללו די מסוכנים לכל דבר שאנו שולחים לחלל. למזלנו השדה המגנטי של כדוה”א מסיט ובולם את רוב החלקיקים כך שהחיים בכדוה”א ניצלים בזכותו. החלקיקים שכן מגיעים לכדוה”א, עושים זאת רק דרך הקטבים ותוך כדי כך יוצרים את התופעה המופלאה הנקראת “הזוהר הצפוני” או “אורורה” (ראו תמונה מצורפת)

הצבע הצהוב האחיד של השמש יכול להטעות כי בתמונות טובות יותר אנו מצליחים לראות הרבה גרעינים. (ראו תמונה מצורפת)

כל גרעין כזה הוא בגודל של המזרח-התיכון ואלו בעצם בועות של חומר המגיחות מלמטה בשיטת ההסעה שהזכרנו מקודם (כמו קומקום רותח) . לכל גרעין יש את הצבע שלו לפי רמת החום שלו. כפי שכבר הבנו גרעינים חמים הם גרעינים בהירים ולעומתם גרעינים קרים יחסית הם כהים.

כך אנו מקבלים את תופעת “כתמי השמש” . נתגלה כי כתמי השמש מגיעים בזוגות והופעתם היא בעלת דפוס החוזר על עצמו כל 11 שנה (ראו גרף מצורף המתאר את מחזור כתמי השמש מתחילת המאה הקודמת). בשנת 2001 , לדוגמא, הייתה שנה שבה נספרו מקסימום של כתמי השמש לאותו מחזור. מאז חלה ירידה שתגיע לשנת 2007 למינימום שאחריו תתחיל לעלות שוב לקראת שנת 2011.

הסיבה להופעת כתמי השמש קשורה לכך שמהירות סיבוב של הגזים החמים בשמש גבוהה יותר באיזור קו המשווה מאשר מהירות הסיבוב שלהם בחלקים הקרובים יותר לקטבים . העיוותים הללו גדלים ויוצרים מתח מגנטי על השמש שמתפרץ בצורת כתמי השמש הללו.

במקרים חמורים יותר, העיוותים האלה מתפרצים בצורה אלימה יותר בתופעה הנקראת “סערת שמש” (כנראה בתמונה). מדובר בהתפרצות חזקה, בעוצמה של מיליוני פצצות מימן השולחת לחלל כמויות עצומות של גז, יחד עם חלקיקים.

התפרצויות אלו הן כל-כך חזקות שהן משפיעות על השדה המגנטי של כדוה”א ונצפה כי בעבר הן הפריעו לפעולת לווינים ושידורי רדיו. הדבר ילך ויחריף ותוכל לפגוע אף באורח-חיינו ככל שיהיו יותר לווינים בחלל וחיינו יהיו תלויים בהם יותר.

השמש היא מקור החיים על פני כדור-הארץ.

אנרגיית השמש המגיעה לכדוה”א, מחממת את האטמוספירה והאדמה ומאפשרת טמפרטורות סבירות לקיום חיים על הפלנטה שלנו. צמחים משתמשים באור השמש כדי לבצע פוטוסינתיזה. קולטי השמש על גגות הבתים משתמשים באנרגיית השמש כדי ליצור חשמל המחממים את דודי השמש כדי לספק לנו מים חמים לרחצה. גוף האדם משתמש באור השמש כדי לייצר ויטמין D שעוזר לשמור על רמות סידן וברזל גבוהות בגופינו לכן חשוב לשהות מעט בשמש כדי לשמור על הבריאות אך חשוב גם להימנע מלשהות זמן רב מדי בשמש ללא הגנה מתאימה (פשוט מאוד: כובע רחב, בגדים עם שרוולים ארוכים ומריחת קרם הגנה כל מספר שעות על איזורים חשופים). בנוסף אנרגיית השמש מספקת חשמל ללווינים בחלל כולל אלו שמביאים אלינו את התמונות היפות המלוות מאמר זה.

עתיד השמש

השמש היא בעצם כוכב. כמעט כל הנקודות שאנו רואים בשמי הלילה הינם כוכבים ומהוות את השמשות של כוכבי הלכת של המערכת שלהם במידה וישנם. אנו צופים בחלל ורואים כוכבים נולדים, מתבגרים ואף מזקינים ומסיימים את חייהם בפיצוץ גדול או בקול ענות חלושה.

גם השמש שלנו תמצא יום אחד את מותה. בעוד מיליארדי שנים דלק המימן יתכלה ולחץ הגזים החמים המתפשטים יקטן עקב כך. כבידת המסה הגדולה של השמש תגבר על הלחץ ההולך וקטן אך תופעה זו תגרום מהר מאוד ללחץ נוסף וחזק יותר מקודם. לחץ כזה יכול אפילו להתיך הליום ליסודות כבדים יותר כמו פחמן וחמצן. כך, ימשיך ההיתוך הגרעיני ליצור אנרגיה חדשה ורבה אף יותר. האנרגיה הנוספת הנוצרת בתהליך כזה תפרוץ החוצה ותגרום לנפח השמש לגדול עוד יותר. השמש תהפך ל”ענק אדום” – שמש ענקית שהצבע שלה הוא אדום בוהק. כוכבי הלכת הקרובים לשמש מרקורי ונוגה יבלעו בתוך הענק החדש. הקיץ בכדוה”א בזמן כזה יהיה בלתי נסבל וחיים לא יוכלו לשרוד יותר. הטמפרטורה בכדוה”א תעלה במאות מעלות ונפח השמש יגיע כמעט עד מסלול כדוה”א. אנו מקווים כי האנושות באותו זמן כבר מזמן תעזוב את העריסה ומצאה כוכבים אחרים וצעירים יותר לחיות בהם.

לאחר שהשמש תסיים להכיל את כל הדלק האפשרי שיש בה, מעטפת הגזים הסובבת את הליבה תברח לחלל והליבה הקטנה יחסית תישאר תמשיך לזהור באור בהיר אך חלש יחסית, תופעה הנקראת “ננס לבן”.

מיליארדי שנים לאחר מכן מעטפת הגזים שתברח לחלל תתכנס שוב מלחצו של כוח הכבידה ותיצור שוב שמש חדשה.
דודי זוסימן הוא מהנדס העוסק בחלל ולווינות. וחבר ועד באגודת החלל הישראלי

המאמר התפרסם לראשונה בכתב העת גלילאו צעיר, עיתון מדע לנוער.