בין הכוכבים המאירים בשמי הלילה של כדור הארץ נמצאים שבעה כוכבי לכת, שמש אחת וגופים פלנטריים נוספים שמרכיבים את השכונה שלנו ביקום רחב הידיים - מערכת השמש. קרבתם היחסית אלינו מאפשרת לנו לחקור אותם, ואולי גם לחלום לבקר בהם ואף להקים בהם אי פעם מושבות. סדרת הכתבות הזאת מוקדשת לשכנינו במערכת השמש. מי הם ומה אנחנו יודעים עליהם?
מדינות קמות ונופלות, מנהיגים הולכים ובאים, שוב ושוב האנושות מגלה תגליות חדשות, שיאים נשברים ואסונות טבע מכים. על רקע השינויים הבלתי פוסקים הללו, דבר אחד אנחנו יודעים בוודאות: גם מחר השמש תזרח.
השמש – 10 שנים ב-60 שניות
(צילום: נאס\"א)
השמש היא הכוכב היחיד בשכונה הקטנה שלנו שקרויה על שמה - מערכת השמש. יתר על כן, היא גם הגוף הגדול והמשמעותי ביותר במערכת. כמה גדול? קרוב ל-99.8 אחוז מהמסה במרחב החללי הקרוב אלינו מרוכזת בשמש עצמה.
בראשית הייתה ערפילית
השמש נוצרה לפני כ-4.5 מיליארדי שנים מתוך ענן ענקי של גז ואבק שנקרא ערפילית השמש. הערפילית קרסה בהדרגה תחת כוח הכבידה של עצמה, מהירות הסיבוב שלה גדלה, בדומה למה שקורה כשמחליקה על הקרח מקרבת את זרועותיה לגופה כדי להסתחרר יותר ויותר מהר, והיא השתטחה לדיסקה.
עוד כתבות באתר מכון דוידסון לחינוך מדעי:
הקשר המוזר בין גמגום לתורשה
הצבע שיודע להזיע
לקרוא עיתון מקילומטרים
בשל תנועת הסחרור, עוד ועוד חומר הצטבר במרכז המסה, וכך מהירותו במאונך לציר הסיבוב הלכה וגברה עקב שימור התנע הזוויתי. הענן התפרס לצדדים, ובמרכזו התגבש גוש כדורי ודחוס מאוד, הגרעין שממנו התפתחה השמש. שאר הענן - פחות מאחוז אחד מכל החומר שבו - המשיך להתפרס הצידה בתנועה סיבובית סביב הכוכב המתהווה. הדִסקה המישורית הזאת היא מישור המילקה - המישור שבו כוכבי הלכת מקיפים את השמש.
במשך כמאה מיליון שנה, הגוש הכדורי שבמרכז הערפילית גדל והלך, והחומר שבו, שכלל בעיקר גז מימן והליום, נדחס יותר ויותר. בהדרגה הוא נהיה גדול ודחוס עד כדי כך שהטמפרטורה בו הרקיעה למיליוני מעלות צלזיוס.
בשלב הזה, חלק מגושי החומר הקטנים שנשארו בסביבת השמש שנוצרה נבלעו בה אף הם. הגושים המרוחקים יותר שכוח הכבידה השמשי לא הצליח לבלוע אותם פנימה, החלו להצטבר בשולי הדיסקה ולהסתובב סביבה. מגושי החומר המעטים הללו, שנשארו יציבים, נוצרו בהמשך כוכבי הלכת במערכת השמש.
אף על פי שהשמש היא מרכז מערכת השמש שלנו, וכל כוכבי הלכת חגים סביבה, היא לא עומדת במקום. השמש, ואיתה כל כוכבי הלכת שלה, נעה במסלול סביב מרכז הגלקסיה שלנו - גלקסיית שביל החלב. היא עושה את המסלול הזה במהירות מסחררת של כמעט 800 אלף קמ”ש.
6 צפייה בגלריה
שכבות של תעלומות ותופעות מזורות. המבנה הפנימי של השמש
(איור: מכון דוידסון לחינוך מדעי)
שכבות לוהטות
השמש מורכבת מכמה שכבות, כמו בצל. הרכבן די זהה - פלזמה של מימן והליום - אך הטמפרטורה בהן שונה מאוד. הטמפרטורה על פני השמש מגיעה לכ-5,500 מעלות צלזיוס, אבל החום הלוהט הזה הוא כאין וכאפס לעומת מה שקורה כשנכנסים עמוק פנימה עד ליבת השמש. שם הטמפרטורה יכולה להגיע עד כ-15 מיליון מעלות.
השכבה העמוקה ביותר של השמש היא הליבה - המקום החם והדחוס ביותר במערכת השמש ורדיוסו מהווה כרבע מרדיוס השמש כולה. בתוך הליבה שורר לחץ כבד בשל המסה העצומה של השכבות החיצוניות של השמש. השילוב של לחץ אדיר וטמפרטורה קיצונית מחולל בליבת השמש תהליך של היתוך גרעיני שבו גרעינים של אטומי מימן נדחסים יחד ויוצרים גרעינים חדשים של הליום. ההיתוך הגרעיני יוצר אנרגיה רבה בצורת אור וחום, שהשמש פולטת ובין השאר הם מאפשרים את החיים על כדור הארץ.
מסביב לליבה נמצאות שכבות הקרינה וההסעה, שם הטמפרטורה צונחת לטווח של שבין שבעה מיליון מעלות צלזיוס על לשני מיליון מעלות ככל שמתרחקים מהליבה. שכבת הקרינה פועלת כמעין שכבה מבודדת ששומרת על החום האגור בליבה. מעליה נמצאת שכבת ההסעה, שבה בועות עצומות של פלזמה חמה – מצב צבירה של החומר שמורכב מאטומים מיוננים או אף מולקולות מיוננות, שהאלקטרונים התנתקו מהם וגרמו לכך שיהיו מוליכים ובעלי מטען חשמלי. החלקיקים נעים החוצה לכיוון הפוטוספרה, שהיא השכבה שאנו רואים כפני השטח החיצוניים של השמש.
לאנרגיה המגיעה מההיתוך הגרעיני בליבה נדרשות כ-170 אלף שנה לחצות את שכבת ההסעה. השכבות החיצוניות ביותר הן אלה שאנו יכולים לראות בעינינו ומחשיבים בתור האטמוספרה של השמש. הפוטוספרה היא מעין מעטפת דקה שעליה מופיעים גם כתמי השמש המפורסמים – מערבולות מגנטיות שנראות כמו כתמים שחורים בטלסקופי שמש. מעליה נמצאת הכְרוֹמוֹסְפֵרָה – שכבה דקה יחסית בצבעי אדום-כתום, שנצפית מכדור הארץ בעיקר במהלך ליקוי חמה מלא.
השכבה החיצונית ביותר של השמש היא העטרה, הקורונה. בעטרה מתרחשות התפוצצויות ענק עקב פעילות מגנטית על פניה. היינו מצפים שזו תהיה השכבה הכי פחות חמה, שכן ככל שמתרחקים מהליבה הטמפרטורה יורדת, אך כאן חבויה תעלומה:הטמפרטורה בעטרה מטפסת עד לשלושה מיליוני מעלות צלזיוס. קפיצת הטמפרטורה הזאת היא עדיין תעלומה שהמדע מתקשה להסביר, שכן זו השכבה הרחוקה ביותר מהליבה ובכל זאת היא חמה מהשכבה שמתחתיה. אפשר לחזות בה מכדור הארץ בעיקר במהלך ליקוי חמה מלא, כמעין הילה זוהרת סביב השמש.
תעלומה נוספת שעדיין לא נפתרה היא הסיבה למחזור המגנטיות של השמש. כל 11 שנות ארץ בערך הקטבים המגנטיים של השמש מתהפכים כך שהצד השלילי הופך לחיובי ולהיפך. בתקופת שיא המחזור יש פעילות מגנטית גבוהה מהרגיל, שמאופיינת ביותר התפרצויות סולאריות ופליטות מעטרת השמש. חומר שעוזב את הקורונה במהירות על-קולית מכונה רוח השמש, ושטף החלקיקים הזה יוצר סביב השמש בועה מגנטית ענקית שנקראת הליוספרה. ההליוספרה משתרעת מעבר למסלולם של כוכבי הלכת במערכת השמש שלנו.
6 צפייה בגלריה
שכבות של תעלומות ותופעות מזורות. המבנה הפנימי של השמש
(איור: Kelvinsong, Wikipedia, תרגום: מכון דוידסון)
כך שאפשר להגיד שכדור הארץ, כמו כל כוכבי הלכת, נמצא בתוך אטמוספרת השמש. להליוספרה תפקיד חשוב, שכן היא מגינה עלינו מקרינה קוסמית, מעין “רוח שמש” שמגיעה מכוכבים רחוקים או מאירועים כמו פיצוצי כוכבים. גם היא מורכבת מחלקיקים טעונים, אך בעלי אנרגיות גבוהות מאוד, שעלולים להיות מסוכנים לבני אדם.
בשל המבנה השכבתי של השמש, זמן הסיבוב סביב צירה שונה בכל אזור על פניה, כך שמשך הסיבוב בקטבים ארוך ממשך הסיבוב באזור קו המשווה.
יש חדש תחת השמש
השמש היא בין הגופים השמיימים המסקרנים ביותר שהאנושות חוקרת, ובהשוואה לחלק מהגופים האחרים במערכת השמש היא גם די קרובה אלינו. אבל לקירבה הזו יש גם השלכות, מכיוון שתהליכים שמתרחשים בשמש עלולים להקרין גם עלינו. על כן חקר השמש נועד לא רק לסיפוק הסקרנות, אלא גם להגנה על האנושות.
סוכנות החלל של ארצות הברית, נאס”א, שיגרה במשך השנים לא מעט חלליות מחקר אל השמש. מביניהן, הגשושית שהצליחה להגיע הכי קרוב לפני השמש היא “פרקר” (Parker Solar Probe) ששוגרה בשנת 2018 והייתה החללית הראשונה שחדרה לתוך עטרת השמש. בדצמבר 2024 הגשושית עשתה היסטוריה כשהגיעה למרחק של 6.2 מיליון ק”מ מפני השמש. במהלך המעבר הזה שברה החללית את שיא המהירות שאליה הגיע אי פעם חפץ מעשה ידי אדם. כבידת השמש האיצה אותה למהירות של כ-690 אלף קילומטר לשעה, שהם 192 קילומטר לשנייה או 0.064 אחוז ממהירות האור.
החללית פארקר נגעה בשמש
(צילום: נאס"א)
מטרתה העיקרית של המשימה, שעלתה כ-1.5 מיליארד דולר, הייתה לסייע למדענים להסביר את המנגנונים שעומדים מאחורי התפרצויות השמש, ואת המנגנון שגורם לטמפרטורות הגבוהות במיוחד של עטרת השמש. השדה המגנטי של כדור הארץ מיירט את רוב החלקיקים הטעונים שנפלטים מהשמש, אבל לעיתים השמש פולטת בבת אחת כמיליארד טונות של חלקיקים כאלה, שעלולים לשבש את חיינו בכדור הארץ, למשל פגיעה בלוויני תקשורת וניווט ובמקרים חריגים גם בתשתיות חשמל ותקשורת על פני כדור הארץ. כדי למנוע את הפגיעה ולפתח מערכות התרעה, נשלחה הגשושית פרקר לחקור את המנגנונים הפנימיים שאוספים את החלקיקים שנפלטים מעטרת השמש ומאיצים אותם. כדי לאפשר לה לפעול הגשושית צוידה במגיני חום שמאפשרים לה לעמוד בקרינת שמש בעוצמה של עד 650 קילוואט למטר רבוע – פי 475 מהקרינה שאסטרונאוטים חווים כשהם נמצאים במסלול סביב כדור הארץ – ובטמפרטורה של עד 1,370 מעלות צלזיוס.
יש עוד כמה משימות בולטות ששוגרו לחקור את השמש. בשנת 2006 יצא לדרך פרויקט גשושית סטריאו, שבמסגרתו שוגרו לחלל שתי גשושיות זהות. אחת מהן נשלחה לשייט קצת לפני כדור הארץ במסלול סביב השמש, והשנייה קצת מאחוריו באותו מסלול. כך הן מספקות מבט תלת-ממדי על התפרצויות השמש, ועל דרכן של סערות השמש אל כדור הארץ. אחת מהן סיימה את פעילותה ב-2018; השנייה עדיין פעילה.
עוד חללית שנשלחה לחקור את השמש היא הגשושית SDO - ראשי תיבות באנגלית של “גשושית לחקר דינמיקת השמש”. אם ראיתם אי פעם תמונת תקריב של פני השמש, סביר להניח שזו הגשושית שצילמה אותה. SDO שוגרה בשנת 2010 וחוקרת מאז את השדה המגנטי של השמש ואת מעורבותו ביצירת הפעילות הסולרית. במשך יותר מעשר שנים בקרבת השמש היא צפתה במחזור שלם של הפעילות המגנטית של השמש וסיפקה מידע לגבי התנהגות השמש לאורך המחזור, כולל שיא הפעילות שמגיע בשנה ה-11. לאחרונה גילו חוקרים שבחנו תצפיות של הגשושית לולאות מהבהבות בעטרת השמש, שעשויות לספק אזהרה מוקדמת לקראת התפרצות סולרית קרובה.
לחיות את השמש: השמש היא כנראה הסביבה העוינת ביותר במערכת השמש מנקודת מבט אנושית. ראשית עלינו לקחת בחשבון את הטמפרטורות האדירות, ששום חומר שאנו מכירים כיום לא יכול להישאר בהן במצב צבירה מוצק. ואכן בשונה מכוכבי הלכת הסלעיים והירחים למיניהם, על השמש אין שום משטח מוצק. החלק שנוהגים להתייחס אליו כאל פני השטח שלה הוא הפוטוספרה. עוביה כ-400 קילומטר, והטמפרטורה בה מגיעה לכ-5,500 מעלות צלזיוס. יחסית לשאר חלקיה של השמש האזור הזה כמעט צונן, אך די בטמפרטורה הזאת כדי להתיך אפילו יהלומים או גרפיט, ואף לגרום להם לרתוח. אז איננו ממליצים לאף אחד ואחת לצאת לחופשה חלומית בשמש, לפחות לא באלפי השנים הקרובות.
אחרונה חביבה היא הגשושית סולו, או Solar Orbiter – שיתוף פעולה בין נאס”א לסוכנות החלל האירופית. הגשושית שוגרה בשנת 2020 במטרה לחקור את קטבי השמש, שלפי הערכת המדענים הם ממלאים תפקיד מרכזי בהתפרצויות השמש. מאחר שהגשושית פארקר התמקדה באזור קו המשווה של השמש, סולו משלימה את מלאכתה מנקודת מבט שונה מאוד. זו גם הגשושית הראשונה מעולם שנשלחה לחקור את קוטבי השמש, וכבר הניבה מידע מעניין. היא מנסה לברר מה מניע את מחזור הפעילות המגנטית של השמש, מה גורם לעטרת השמש להתחמם למיליוני מעלות צלזיוס, ואיך נוצרת רוח השמש.
לראות את האור
קל לזהות את השמש בשמיים, אבל לצפות בה זה כבר סיפור אחר. מסוכן מאוד להביט בשמש ישירות, וגם משקפי שמש לא באמת יעניקו לכם את ההגנה הנחוצה. כדי לחזות בסערות האדירות או בכתמי השמש צריך להיעזר בטלסקופ שמש מיוחד, שכן מבט בשמש מבעד לטלסקופ רגיל עלול לגרום לעיוורון.
6 צפייה בגלריה
לא להסתכל ישירות – זה מסוכן! צילום של השמש בשמי כדור הארץ
(צילום: Kashparovski, Wikipedia)
מטבע הדברים אנו מצפים לראות את השמש בשמיים בשעות היום, שכן אור השמש הוא מה שמבדיל בין יום ללילה. אך השמש עומדת גם מאחורי מופע לילי מרשים שנחשב לאחד המראות הכי יפים שקיימים בכדור הארץ – זוהר הקוטב, שבאזור הארקטי נהוג לכנות אותו גם אורות הצפון. זוהר הקוטב בא לידי ביטוי בכתמי אור ססגוניים, לרוב במגוון גוונים של הצבע הירוק, אך לא פעם גם אדומים, צהובים, כחולים וסגולים, שמופיעים בשמי הקוטב הצפוני או הדרומי.
הזוהר, או בשמותיו אורורה בוראליס בצפון ואורורה אוסטרליס בדרום, נוצר כשחלקיקים טעונים חשמלית שמגיעים אלינו מהשמש, מוסעים לאזור הקטבים בזכות השדה המגנטי של כדור הארץ. סמוך לקטבים הם פוגשים בגזים של האטמוספרה ומייננים אותם, מה שיוצא את מופע האורות המרהיב. כדי לראות את אורות הצפון צריך בדרך כלל להרחיק עד לחוג הקוטב, אך במהלך התפרצויות שמש חזקות הם נראים גם באזורים דרומיים יותר.
6 צפייה בגלריה
מופע מרהיב של אורות צבעוניים שמתרחש כשהחלקיקים של רוח השמש פוגשים את אטמוספרת כדור הארץ. זוהר הקוטב הצפוני בצילום מצפון נורבגיה
(צילום: Denis Belitsky/Shutterstock)
הסיכוי לראות את אורות הצפון בישראל הוא זעיר שבזעירים. עם זאת, בקרוב נוכל לצפות בליקוי חמה מרשים שייראה בישראל. ב-2 באוגוסט 2027 ייראה באזורנו ליקוי חמה כמעט מלא, שבו הירח יסתיר כ-90 אחוז מפני השמש.
העתיד של השמש
השמש שלנו היא כוכב בגיל העמידה. היא נולדה לפני זמן רב, גם במושגים אסטרונומיים: כ-4.5 מיליארדי שנים. היא נמצאת עכשיו בשלב יציב של אמצע החיים, וממשיכה להתיך מימן להליום. אבל לא לעולם חוסן – ככל שתהליך ההיתוך הגרעיני נמשך, ריכוז ההליום בליבת השמש גדל. בעוד כחמישה מיליארדי שנים היא תכלה את רוב המימן שבליבתה ויישאר בה בעיקר הליום דחוס ולוהט.
בשלב הזה תתחיל השמש לאבד את יציבותה, ותעבור סדרת תהליכים שישנו אותה באופן דרמטי ויעבירו אותה לשלב הבא במחזור החיים שלה. תחילה השמש תתנפח ותבלע לתוכה את כוכבי הלכת חמה ונוגה. גם אם השמש הנפוחה לא תתרחב עד למסלול כדור הארץ, סביר להניח שהוא יישאב לתוכה בסופו של דבר, בשל קרבתו הרבה אליה והכוחות החזקים שיפעלו עליו.
השמש תפלוט הרבה יותר אנרגיה מכפי שהיא פולטת כיום, משום שממדיה יגדלו ועימם פני השטח שלה, שיפלטו קרינה לחלל. בשלב הזה כל האוקיינוסים על פני כדור הארץ ירתחו, וקשה להאמין שצורת חיים כלשהי המוכרת לנו תשרוד – אפילו לא דובוני המים. עם זאת, אין סיבה להיבהל – מדובר בעתיד רחוק לאין שיעור, וסביר להניח שהמין האנושי יימצא שלל דרכים מהירות יותר להכחיד את עצמו.
בעקבות ההתנפחות, שתימשך מיליארדי שנים, תצטמצם השפעת כוח הכבידה על השכבות החיצוניות ביותר של השמש, וחלק ניכר מהחומר שבהן ייפלט מהשמש לחלל. ההליום שייוותר יעבור היתוך גרעיני ויהפוך לפחמן ולחמצן. התהליך הזה פולט אנרגיה רבה ורגיש מאוד לשינויי טמפרטורה. לאחר שחלק מההליום יהפוך לפחמן, הטמפרטורה תעלה עוד יותר, ואיתה יואץ קצב ההיתוך הגרעיני. כך, תוך דקות ספורות תהפוך כמות עצומה של הליום לפחמן, במסה גדולה פי כמה אלפים מכדור הארץ כולו.
6 צפייה בגלריה
בסוף, זה כל מה שיישאר מהשמש שלנו. ננס לבן שהוא ליבת השמש הדחוסה, שאינה מפיקה עוד אנרגיה
(איור: Nazarii_Neshcherenskyi/Shutterstock)
בעקבות כל השינויים, אור השמש, שהוא כיום צהוב, יתחלף באור אדום. השמש שלנו תסיים את חייה כננס לבן. גודלה יהיה דומה לזה של כדור הארץ כיום, אבל היא תהיה צפופה מאוד ועשויה רובה מפחמן. קשה כמובן לחזות מה בדיוק יקרה בעוד מיליארדי שנים, אבל התחזיות האלו מבוססות לא רק על מודלים, אלא גם על תצפיות על כוכבים דומים מאוד לשמש במסה שלהם, אך זקנים ממנה. מצבם מספק לחוקרים תמיכה תצפיתית למודלים הקיימים, ועל ידי כך מאפשר לנסח השערות מבוססות כמה שיותר באשר לגורל הצפוי לשמש שלנו.
אך עד שזה יקרה עוד הדרך ארוכה. לנו לא נותר אלא ליהנות מהחום והאנרגיה של השמש, שמאפשרת את החיים בכדור הארץ כפי שאנו מכירים אותם, ומהתופעות המרשימות שהיא מעניקה לנו.
התהליך הזה אומנם יפלוט כמות עצומה של אנרגיה בתוך זמן קצר מאוד – בערך פי מיליון מיליארדים יותר מקצב הפקת האנרגיה של השמש כיום – אך הוא לא ייראה דרמטי במיוחד מבחוץ: כל האנרגיה תיספג בליבת השמש ותחמם אותה. לא תהיה שום סיבה לצפות לאירוע דרמטי כמו סופרנובה – פיצוץ עתיר אנרגיה שבו מסתיימים חייהם של כוכבים כבדים יותר מהשמש שלנו.
לאחר שתספוג את האנרגיה הזאת, ליבת השמש תהיה חמה יותר, והשמש תמשיך להפוך הליום לפחמן באופן קבוע במשך כמיליארד שנים נוספות, אך תהיה קטנה יותר. זהו סוף הדרך הצפוי לה: הליבה שלה לא תמשיך להתחמם מעבר לכך, ולעולם לא תהיה חמה מספיק כדי לאפשר שלבי היתוך נוספים, שבהם פחמן הופך לחמצן וליסודות כבדים יותר.
כשיאזל רוב ההליום, השמש תשוב ותתרחב, כפי שקרה לה קודם לכן כשאזל לה המימן, ותאבד עוד חומר מהשכבות החיצוניות שלה. בסופו של דבר, תהליכי ההיתוך הגרעיני בליבה ייפסקו, כשלא ייוותר די חומר להתיך – לא מימן ולא הליום. ליבת השמש הזקנה, שבשלב הזה תורכב בעיקר מפחמן וחמצן, תיוותר דחוסה ביותר, ובמסה של כמחצית ממסת השמש כיום.
עומר עזרן, מכון דוידסון לחינוך מדעי, הזרוע החינוכית של מכון ויצמן למדע
