למה הירח לבן?

השמש אינה צהובה באמת והירח אינו לבן באמת: הצבע שאנו רואים נקבע בעיקר על ידי פיזור האור באטמוספירה ועל ידי אופן הפעולה של העין, ובמיוחד בתאורה חלשה.

יקירת המדור, נעמה ארזי, מאתגרת אותנו בשאלה חדשה: למה הירח לבן?

כולנו למדנו שלירח אין אור משלו והוא מחזיר אלינו את אור השמש. אבל רגע: השמש צהובה ואור צהוב אמור להיראות צהוב גם כשהוא משתקף בראי.

אז זהו, נעמה, שהשמש לא באמת צהובה והירח לא ממש לבן.

בשנת 2015 הפכה תמונה תמימה של שמלה לתופעת רשת ויראלית כאשר התברר שחלק מהצופים רואים פסים בכחול ושחור ואחרים בזהב ולבן. התופעה חשפה את הציבור להבנה כי צבע אינו תכונה של חפץ אלא פרשנות שנותן המוח למידע שמתקבל ממערכת הראיה, והמידע הזה עשוי להיות רב משמעי. לכן יש בהחלט משמעות לשאלה הראשונה:

האם השמש צהובה?

במילה אחת: לא. השמש מפיצה אור בכל הצבעים, כלומר היא לבנה. העולם שסביבנו צבעוני כי עצמים שונים מחזירים אור בצבעים שונים לעינינו, ומקור כולם באור השמש. כאשר אור השמש נשבר, בקשת בענן, במנסרה או ברסס טיפות המים בממטרה, תוכלי לראות שהפס הצהוב אינו חזק משכניו האדום והירוק. מדענים בתחנת החלל הבינלאומית, המשייטים בגובה 400 ק"מ בערך, רואים שמש לבנה בכל שעות האור.

למה בכל זאת השמש נראית צהובה?

אז למה בכל זאת ילדים חוזרים מהגן עם ציורים של שמש צהובה מחייכת בשמיים כחולים?

צבעו של אור הוא האופן שבו המוח שלנו מפרש את אורכי הגל של הקרינה הממוקדת לרשתית העין. לגלי האור שמגיעים עד לשם מחכים 4 סוגי קולטנים. משפחה אחת של תאים אחראית לראיית לילה, והם נקראים קנים בשל צורתם המוארכת. תאים אלו אינם מבחינים כלל בצבעים ומשדרים למוח מידע המתורגם לגווני אפור. המדוכים: 3 קבוצות תאים הרגישים לצבע אחראים לקליטה של צבעי היסוד (RGB): כחול (אורכי גל קצרים), ירוק ואדום (קרינה באורכי גל ארוכים). גוף ייראה צהוב אם האור שמגיע ממנו מפעיל את הקולטנים אדום וירוק.

שיא הפליטה של השמש הוא באורך גל 503 ננומטר, איפשהו בין הכחול לירוק. אז לאן נעלם הכחול של השמש? לשמיים. האטמוספירה של כדור הארץ מפזרת חלק מאור השמש, והפיזור הזה (הנקרא על שמו של הפיזיקאי ריילי) מתחזק ככל שאורך הגל קצר יותר. כלומר, הרבה יותר כחול "הולך לאיבוד" בדרך, ומה שנשאר בעודף הם אורכי הגל של האדום והירוק (כלומר צהוב). הפיזור יחסי לאורך הגל בחזקת 4, כך שלאור כחול (אורך גל 450 ננומטר) יש סיכוי גדול פי 6 להתפזר ולצבוע את השמיים מאשר לאור אדום (700 ננומטר). לכן מקסימום האור שאינו מתפזר נמצא באורך גל של 560 ננומטר בערך, שהוא גם צבעם של כדורי טניס וגם שיא הרגישות של תאי המדוכים.

בצהריים, כשהשמש "מעלינו" וקרניה עוברות דרך קצרה באטמוספירה, רק מעט אור הולך לאיבוד וגוון השמש בהיר מאוד. אבל הרושם שלנו מצבעה של השמש נובע בעיקר באותם חלקי יממה שבהם עצמת הקרינה חלשה מספיק כדי שנוכל לראות אותה ישירות: מוקדם בבוקר או לפנות ערב. אז לקרני האור יש יותר מרחק לעבור באטמוספירה, יותר אור כחול מתפזר והשמש נראית צהובה ואחר כך כתומה ואדומה.

האם הירח לבן?

לא, הירח אפור. גוף לבן מחזיר את הקרינה הפוגעת בו, ומידת ההחזרה של אור מפני השטח נקראת אלבדו. האלבדו של הירח הוא 0.12, כלומר הוא מחזיר 12% מקרינת השמש הפוגעת בו ובולע 88%: קרוב לאלבדו של כביש אספלט. אבל ההחזרה של אור השמש מהירח תלויה באורך הגל שלו, ואורכי הגל הארוכים (האדום) מוחזרים יותר ונבלעים פחות מאורכי הגל הקצרים (הכחול). בנוסף, גם אור הירח עובר את אותו פיזור באטמוספירה שעובר אור השמש, והיינו מצפים שהירח יהיה צהבהב ואפילו נוטה לכתום יותר מהשמש. והוא אכן נראה כך לפעמים כשהוא קרוב לאופק המזרח או המערב.

ובכל זאת, כאשר הירח תלוי מעלינו הוא נראה לנו כסוף או לבן. התשובה, נעמה, לחידת לובן הירח אינה באור השמש הפוגע בירח וגם לא באדמת הירח המחזירה אותו אלינו, אלא בעין האנושית. הירח הוא המאור הקטון לממלכת הלילה, ולכן אורו מפעיל בעיקר את הקנים הנותנים תמונה בגווני אפור.

בנוסף משפיע על צבע הירח אפקט פורקינג'ה (Purkinje effect), תופעה הנובעת מרגישות שונה של המדוכים (התאים הרגישים לצבע), הפעילים בתאורה חזקה, ושל הקנים (המספקים ראיית שחור-לבן), הפעילים בלילה. כאשר האור מתחיל להתעמעם תופסים הקנים את מקום המדוכים, אבל המעבר אינו חד ויש טווח עצמת אור שבו 2 המערכות פועלות זו לצד זו, והמוח מוסיף את המידע המתקבל מהקנים לזה המתקבל מהמדוכים. לילות ירח נמצאים בטווח הביניים הזה. הקנים רגישים יותר לאורכי גל קצרים (שיא הרגישות ב-500 ננומטר), ולכן הגוונים האדומים נפגעים יותר מהכחולים בתאורה חלשה.

את אפקט פורקינג'ה יכול לראות מי שמתבונן בפרחים: גם אם ביום הפרח האדום בהיר ובולט על רקע העלים, הרי שבדמדומי השקיעה הפרחים מאבדים את צבעם האדום בעוד העלים עדיין ירוקים. הירח שולח לעין שלנו יותר אור אדום, ומערכת הראייה בתנאי לילה רגישה יותר לחלק הירוק-כחול. התוצאה היא תיקו, ובעולם הצבעים שוויון בין הגוונים פירושו לבן.

מה ההבדל בין החלק האפל לבין הצד המרוחק שמכונה לעיתים (בטעות) הצד האפל?

הירח מעורר גם את סקרנותו של עובד: "בתחילת החודש הצלחתי להבחין לצד החרמש המואר של הירח גם בחלק האפל שלו. האם זו אשליה אופטית או שאפשר לראות את הצד האפל של הירח?"

את "הצד האפל" של הירח אי אפשר לראות אף פעם. לא בגלל שהוא אפל במיוחד – הוא מקבל בדיוק את אותו זמן שמש כמו הצד הגלוי לנו – אלא משום שהוא פונה תמיד מאיתנו והלאה. ובכל זאת אין מדובר באשליה אופטית: אכן ניתן לפעמים להבחין, אם כי במעומעם, בחלק של גלגל הירח שאמור להיות חשוך. התופעה מוזכרת בבלדה "סר פטריק ספנס" שזכתה, בתרגומו של המשורר נתן אלתרמן, להיכלל בתוכנית הלימודים בספרות לחטיבת הביניים. הבלדה, למי שהבריז משיעורי הספרות, מספרת על המלך השולח את הגיבור למסע ימי שממנו לא יחזור. אחד מהסימנים מבשרי האסון הוא בדיוק מה שעורר את סקרנותך:

"חוזה אני סער ושחור.
כי ראיתי מולד הירח החי
ובחיקו הירח המת."

או בשפת המקור (אנגלית של ימי הביניים):

Yestreen I saw the new moone,
Wi the auld moone in her arme,

הראשון לתעד ולהסביר את התופעה היה האמן והממציא ליאונרדו דה וינצ'י בתחילת המאה ה-16. הירח מקבל את אורו מהשמש ומחזיר חלק קטן אלינו, אבל גם אנחנו מוארים מהשמש ומחזירים חלק לירח. כאשר הירח הוא חרמש דק בשמיים שלנו, בירח זורח כדור ארץ מלא (וכמובן ההיפך: ליל ירח מלא שלנו הוא הזמן שבו צופה על הירח לא יראה ארץ בשמיים). הירח הקלוש הנצפה לצד הירח המואר הוא החזר אור כדור הארץ שמאיר אותו.

דמות הירח המטושטשת שראית נוצרה מאור שמש שעבר מסלול מכשולים מאתגר במיוחד: יצא מהשמש, ניתז מעננים בצד המואר של עולמנו אל הירח, ומשם הוחזר שוב לעיניך. כיוון שרק אחוזים בודדים מאור השמש הפוגע בנו מגיעים אל הירח, ורק 12% מהאור הזה מוחזרים ממנו, הרי שעצמת הקרינה הזו נמוכה מאוד, וניתנת לצפייה בתנאים שבהם כדור הארץ מחזיר הרבה (יחסית) מהאור הפוגע בו. האדמה היא מראה חלשה למדי והים מחזיר עוד פחות ממנה, אבל עננים מסוגים מסוימים (קומולוס) הם מחזירי קרינה יעילים. עצמת האור המגיע מ"הירח המת" היא מדד לשינויים בכיסוי העננים של כדור הארץ.

שאלות ותשובות

האם השמש צהובה?

לא. לפי הכתבה, השמש מפיצה אור בכל הצבעים ולכן היא לבנה, ומדענים בתחנת החלל הבינלאומית רואים אותה לבנה בכל שעות האור.

למה השמש נראית לנו צהובה?

האטמוספירה של כדור הארץ מפזרת אור כחול חזק יותר מאור אדום וירוק, ולכן הכחול "הולך לאיבוד" בדרך ומה שנשאר בעודף נראה צהוב. בבוקר ובערב, כשהאור עובר דרך ארוכה יותר באטמוספירה, השמש נראית צהובה ואחר כך כתומה ואדומה.

למה הירח נראה לנו לבן?

הירח עצמו אפור: האלבדו שלו הוא 0.12 והוא מחזיר רק 12% מקרינת השמש. אורו החלש מפעיל בעיקר את הקנים בעין, ובשילוב אפקט פורקינג'ה נוצר שוויון בין הגוונים שנקלטים במוח, ובעולם הצבעים שוויון כזה פירושו לבן.

מה רואים בחלק האפל של הירח לצד החרמש המואר?

זו אינה אשליה אופטית אלא אור שמש שהוחזר מכדור הארץ, בעיקר מעננים, אל הירח ומשם בחזרה לעינינו. את הצד המרוחק של הירח, שמכונה לעיתים בטעות הצד האפל, אי אפשר לראות מכדור הארץ אף פעם.

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

עוד בנושא באתר הידען

• מופעי הירח
• ניסוי פשוט: צפו בליקוי הלבנה המלא הלילה, השוו אותו לסולם שבכתבה ודווחו על צבע הירח למדען החוקר את אטמוספרת כדה"א
• "הירח האדום לא הכזיב הלילה" תמונות מרהיבות מהליקוי שהתקיים לפנות בוקר
• "סופר ירח-דם כחול": מה מדענים יכולים ללמוד מליקוי הירח היום?
• נאס"א צילמה את הצד המרוחק של הירח מואר כולו ומסתיר את כדור הארץ