עמוד הבית > מדעי כדור-הארץ והיקום > אסטרונומיה [מדעי החלל] > גרמי שמים > מערכת השמש
מטח : המרכז לטכנולוגיה חינוכיתאוניברסיטת תל אביב. בית ספר לחינוך. המרכז לחינוך מדעי וטכנולוגי



תקציר
השמש שלנו. אנו, וכל אשר על כוכב-הלכת שלנו, חיים בזכותו של האור הבא מהכוכב הצהוב הזה.



השמש
מחבר: יואב יאיר


בגלקסיית שביל החלב, בין מיליארדי הכוכבים, ענני האבק והערפיליות, נמצא כוכב אחד, שנראה דומה למיליוני כוכבים אחרים. אין הוא צבעוני מהם, או חם מהם, או גדול מהם. הוא פשוט - כוכב רגיל.
אך כוכב זה הוא, בכל זאת, יחיד ומיוחד: הוא - השמש שלנו. אנו, וכל אשר על כוכב-הלכת שלנו, חיים בזכותו של האור הבא מהכוכב הצהוב הזה.

השמש היא כוכב

השמש היא הכוכב היחיד בכל מערכת השמש, הפולט אור עצמי, כלומר, רק השמש יוצרת אור. אמנם גם הירח וכוכבי-הלכת מאירים, אבל האור הקורן מהם אינו "משלהם": הם אינם פולטים אור שהם יוצרים בעצמם, אלא מחזירים את אור השמש. השמש היא מקור האור והחום של כדור-הארץ. בלעדיה לא היו האדם, החי והצומח יכולים להתקיים! הצמחים זקוקים לאור השמש כדי לייצר לעצמם את מזונם: בעזרת אור השמש הם הופכים מים ופחמן דו-חמצני לחומרי מזון. בעלי-החיים אוכלים צמחים ואוכלים גם בעלי-חיים אחרים. וגם האדם משתלב בשרשרת המזון, שכולה תלויה באור השמש.
לתמונת השמש

תעודת זהות

שם: שמש
סוג: כוכב רגיל בגלקסיית שביל החלב
קוטר: מיליון ו-400 אלף ק"מ
מרחק מכדור-הארץ: 150 מיליון ק"מ
הרכב: בעיקר מימן והליום, במצב גזי לוהט. בשמש יש עוד כ-70 יסודות בכמויות זעירות.
זמן סיבוב עצמי: כ-30 ימי-ארץ
כוח-משיכה: עצום. מחזיק סביב השמש את כל מערכת השמש - כוכבי-לכת, כמה עשרות ירחים ועוד אלפי גופים רבים קטנים יותר, כמו אסטרואידים ושביטים.
מסה: פי 332,000 יותר ממסת כדור-הארץ צפיפות: 1.4 גרם/סמ"ק

גודלה של השמש

השמש דומה בגודלה לכוכבים רבים אחרים, אבל יחסית לכדור-הארץ היא ממש ענקית: קוטר השמש גדול פי 100 ויותר מזה של כדור-הארץ, והוא: כמיליון ו-400 אלף ק"מ.
הנפח של השמש הוא כה גדול, עד כי ניתן "להכניס לתוך השמש" יותר ממיליון כדורי-ארץ!

משיכה חזקה

כוח-המשיכה של השמש הוא כה גדול עד כי כל כוכבי-הלכת, האסטרואידים והשביטים לכודים במסלוליהם סביבה. סביר להניח, שכפי שהשמש מחזיקה את כוכבי-הלכת סביבה, כך ישנם כוכבים רבים בגלקסיה שלנו שסביבם סובבים כוכבי-לכת.

מבנה השמש

כמו רוב הכוכבים ביקום, השמש היא כדור עצום של מימן לוהט. אבל, הכדור הזה אינו אחיד - השמש מורכבת מכמה שכבות מיוחדות ושונות זו מזו. המבנה המיוחד של השמש מאפשר את קרינתה העצומה.

א. ליבת השמש - חום עצום שורר כאן - 15 מיליון מעלות צלזיוס! בתהליך היתוך המימן, המתרחש בליבה, נוצרת האנרגיה העצומה של השמש. בכל שנייה השמש הופכת כ-4 מיליוני טון של חומר לאנרגיה, והיא מוסעת מהליבה אל השכבות החיצוניות של השמש ואל החלל.
ב. האזור הקרינתי - לכאן זורמת האנרגיה האדירה שנוצרה בליבת השמש, בעיקר בצורת קרינת איקס.
ג. אזור ההסעה - באזור זה ישנה זרימה של גז לוהט אל פני השמש, אל הפוטוספירה. מעבר זה אינו מהיר כלל וכלל: הוא נמשך אלפי שנים!
ד. הכרומוספירה - זוהי, למעשה, האטמוספירה של השמש. כאן סוער מאוד: בועות גז אדירות, גבוהות פי אלף מהגבוהים בהרי כדור-הארץ, מתפקעות על פני השמש. כתמי שמש בעלי כוחות מגנטיים חזקים, מציתים על פניה להבות שמש כבירות.
ה. הפוטוספירה - כאן, על פני השמש, מבעבע "ים" של גזים לוהטים. אבל כבר לא כל-כך חם כמו בליבה: "רק" 6,000מעלות צלזיוס. מאזור דק זה נפלטת אנרגיית השמש בצורת אור. זהו האור שמגיע לכדור- הארץ ולכל מערכת השמש.
ו. העטרה - זוהי שלהבת גז עבה, דלילה ולוהטת, העוטפת את כל שכבות השמש. היא ענקית ומשתרעת לאורך עשרות מיליוני קילומטרים, אך אפשר להבחין בה רק בזמן ליקוי חמה.

הרכב השמש

השמש מורכבת בעיקר ממימן. החום הרב והלחץ העצום בלב השמש הם כה גדולים עד שמתרחש שם תהליך המתיך מימן להליום.
ישנם עוד כ-70 יסודות בשמש, אך בכמויות קטנות יותר, וביניהם - נתרן, ברזל, אשלגן וצורן. בגלל החום העצום כולם מצויים במצב של גז לוהט ולא במצב מוצק, כפי שאנו מכירים בכדור-הארץ.

מסלולה של השמש

השמש רחוקה מאתנו "רק" 150 מיליון ק"מ - אך האור שהיא מפיצה חוצה מרחק זה מהר מאוד: הוא מגיע לכדור-הארץ תוך 8 דקות בלבד.
מקומה של השמש - לא קרוב מדי אלינו וגם לא רחוק מדי מאתנו - הוא שאפשר את היווצרות החיים רק פה, על כדור-הארץ שלנו. אמנם אור השמש מגיע גם לשאר כוכבי-הלכת, אבל את הקרובים אליה הוא מחמם יותר מדי, ואילו ברחוקים ממנה קר מדי מכדי שייווצרו בהם חיים.
סיבוב עצמי - גם השמש מסתובבת סביב עצמה. משך זמן הסיבוב של השמש סביב עצמה הוא בערך 30 ימים של כדור-הארץ, כלומר - היא מסתובבת לאט-לאט. כאשר המדענים בחנו את קצב הסיבוב שלה, הם גילו עובדה מפתיעה: באזור קו-המשווה של השמש היא מסתובבת מהר יותר מאשר באזור הקוטב.

מחקר

מכשירים לחקר השמש
איך חוקרים את השמש? ברור, שאי אפשר להסתכל עליה באופן בלתי אמצעי - כי אפשר להתעוור מעוצמת האור. גם טלסקופ רגיל אינו מתאים למשימה, שהרי הוא מגדיל פי כמה את עוצמת האור! וכיצד עזרו החלליות למדענים בחקר השמש? ואילו עוד מכשירים משמשים את המדענים בהבנת התהליכים המתרחשים בשמש? באיזה אופן המחקר עוזר לניצול אנרגיית השמש לטובת בני-האדם?

טלסקופים לחקר השמש
לשם תצפית על השמש משתמשים בטלסקופים מיוחדים. למשל, טלסקופ שמש, אשר מכיל בתוכו מכשירים שונים, כגון ספקטרוגרפים, המאפשרים לנתח את אור השמש. ישנם מכשירים העוקבים אחרי השמש לאורך היום ולוכדים את האור. לתמונת הטלסקופים לחקר השמש

השמש פולטת אור אך גם סוגי קרינה אחרים. כאשר חוקרים את קרינת השמש, נעזרים בגלאים, אשר קולטים תחומים נוספים של קרינה. למשל, יש גלאים הרגישים לתחום התת-אדום או העל-סגול, ואחרים קולטים קרינת-רדיו או קרני-איקס.
הקרינה נאספת באנטנה גדולה, בדרך-כלל דמוית קערה, והיא ממוקדת אל הגלאי. המידע מועבר מהגלאי אל המחשב, שיש בו תכניות מיוחדות לעיבוד האור ולניתוחו. את תוצאות הניתוח המחשב מציג בתרשים או בתמונה.

ספקטרוסקופ
כדי ללמוד על הטמפרטורה של השמש, על הרכבה ועל החומרים שבה, יש לבדוק את האור הבוקע ממנה. הספקטרוסקופ מפצל את אור השמש לפסי צבע, הנקראים "ספקטרום רציף".
בספקטרום הרציף של השמש הצבע הצהוב בולט במיוחד, ועל-פיו נקבע שהטמפרטורה של פני השמש היא בין 5,500 ל-6,000 מעלות צלזיוס.
בכוכבים אחרים מתבלטים בעוצמתם צבעים אחרים, ולפיהם ניתן לקבוע אם הכוכב חם יותר מן השמש שלנו או קר ממנה.
צבע אדום, כמו של בטלג'וס הענק שבקבוצת אוריון, אופייני לכוכבים שהטמפרטורה שלהם נמוכה יותר מזו של השמש. לעומת זאת, צבע כחול או לבן מעיד שהכוכב לוהט יותר מהשמש. כזהו הכוכב הבהיר סיריוס, בקבוצת "הכלב הגדול".
אנו יודעים שהשמש היא כדור ענקי של גז דחוס ולוהט. אולם, האטמוספירה של השמש - הכרומוספירה - אינה דחוסה, והיא מורכבת מגז דליל ולוהט. כאשר אור עובר דרך גז לוהט ומגיע לספקטרוסקופ, מופיעים קווים שחורים דקים, אשר יוצרים ספקטרום "בדיד". הקווים המיוחדים הם מעין "טביעת אצבעות" של החומרים הקיימים בשמש. כך הצליחו לזהות את היסוד הליום ועוד 70 יסודות אחרים!
לתמונת הספקטרוסקופ

חלליות
מן החלל קל יותר לחקור את השמש, ואכן - מספר חלליות שוגרו לעבר השמש, כדי לחקור את התהליכים שמתרחשים בתוכה, את פני השטח שלה ואת הקרינה שהיא פולטת.
מעבדת "סקיילב", שפעלה בשנות ה-70, חקרה רבות את השמש וצילמה את פני השמש, את הכתמים ואת העטרה.
החללית "יוליסס" שוגרה למסלול מיוחד סביב השמש. היא חלפה מעל הקטבים של השמש ומדדה את הקרינה ואת החלקיקים שנפלטים ממנה.
לתמונת החללית יוליסס
החללית סוהו שוגרה ב-1995 למטרת תצפית על השמש. סוהו הינה התחנה החשובה מבין לווינים ומצפים מכדור הארץ העוקבים אחר פני השטח של השמש. סוהו מספקת לכדור הארץ מידע אודות סערות מגנטיות העושות דרכן לעבר כדור האר.. סערות אלו מפריעות לקשר לווינים ורדיו בכדור הארץ.

אנרגיה מן השמש

קרינת השמש היא מקור האנרגיה הנקי והבטוח ביותר לניצול, בעוד שהנפט, הפחם והמחצבים האחרים, המנוצלים להפקת אנרגיה, מזהמים את האטמוספירה ואת הקרקע.
בשנים האחרונות למדנו שאפשר להשתמש ישירות במקור האנרגיה העיקרי של כדור-הארץ - בשמש! אך יש לזכור כי יש סכנה בחשיפה לשמש! מחקרים הראו כי מסוכן לחשוף את הגוף לקרינת השמש. באור השמש יש קרינה אולטרא-סגולה, שהיא מזיקה והרסנית ועלולה לגרום למחלות עור קטלניות. בקיץ חשוב, אם כן, לחבוש כובע ולמרוח משחת שיזוף כאשר חשופים לשמש.
במקומות שונים בעולם הוקמו חוות של מראות גדולות, הלוכדות את אור השמש ומנצלות אותו לייצור חשמל. ישנן גם ברכות סולריות, אשר מייצרות אנרגיה.
בישראל, למשל, שבה ימי שמש רבים בשנה, משתמשים בדודי-שמש לחימום מים, וכך אנו מצליחים ללכוד אנרגיה רבה מן השמש במקום לבזבז חשמל, המופק ממקורות אנרגיה אחרים.

תופעות הקשורות לשמש

ליקוי-חמה
בכל פעם שהירח נמצא בדיוק בין השמש לבין כדור-הארץ, מתרחש ליקוי-חמה. בזמן ליקוי-חמה מלא הירח מסתיר מעינינו את כל פני השמש. ליקוי-חמה מלא הוא תופעה קצרה ומרשימה מאוד: הירח נע אז במהירות על-פני השמים, והוא מסתיר את מלוא השמש רק במשך כמה דקות. בזמן זה ניתן לראות את עטרת השמש וכן את להבות השמש.
לתרשים המדגים ליקוי חמה

ליקוי-חמה מתרחש כ-6 פעמים ב-10 שנים. רק באזור קטן על-פני כדור-הארץ רואים ליקוי מלא, ובשאר המקומות רואים רק ליקוי חלקי, כלומר - רק חלק מהשמש מוסתר על-ידי הירח.
המראה המרהיב של ליקוי מלא, שבו העטרה זוהרת מסביב לשוליים של הצל, נמשך רק דקות מעטות. כאשר הירח זז והכיסוי המלא תם, השמש נחשפת שוב בזוהרה המסמא.

תופעת זוהר הקוטב
השמש יוצרת גם את זוהר הקוטב בסמוך לאזורי הקטבים של כדור-הארץ.
תופעה מרהיבה זו נגרמת כאשר חלקיקים עתירי-אנרגיה מגיעים מהשמש ופוגעים באטמוספירה הגבוהה של כדור-הארץ, בערך בגובה 100 ק"מ. המפגש הזה יוצר תופעות של פליטת אור בצבעים שונים והשמים נראים כאילו וילונות של אור מתעופפים בהם.

להבות השמש
להבות השמש הן התפוצצויות אדירות, המשלחות סילוני גז לוהט למרחקים. כאשר מספר כתמי השמש הוא רב, ההתפרצויות של להבות השמש הן העזות ביותר.
הטמפרטורה של להבות השמש גבוהה מאוד: כ-10,000 מעלות צלזיוס. הן מזנקות לגובה של 30,000 ק"מ ויותר מעל הפוטוספירה. הן נראות היטב בשעת ליקוי חמה וגם בטלסקופ שמש. יש להבות שמש שרוחבן מגיע ליותר מ-100,000 ק"מ והן זוהרות במשך כמה חודשים ואפילו במשך שנה שלמה!

כתמי השמש
כאשר מתבוננים בשמש בעזרת ציוד מתאים, רואים לעתים כתמים כהים גדולים על רקע הפוטוספירה. אלה הם כתמי השמש. כתמי שמש קטנים מופיעים ונעלמים תוך כמה ימים. כתמים גדולים, בגודל של מדינות(!), מתקיימים אף מספר חודשים! כיום ידוע שלמספר כתמי שמש יש מחזוריות: מספרם משתנה משנה לשנה, ומגיע לשיא כל 11 שנים. אז השמש נחשבת "פעילה" ולכתמים יש השפעה רבה על כדור-הארץ: הפרעות רבות נגרמות לתקשורת ולרשתות חשמל. גם זוהר הקוטב שכיח יותר בעת פעילות השמש. מחקרים חדשים מייחסים לכתמי השמש גם השפעה על האקלים.

ליבת השמש
בליבת השמש מתחולל תהליך רב עוצמה, המאפשר את פליטת האור והחום מהשמש. תהליך זה נמשך כבר מיליוני שנים.
עניין זה הפליא את המדענים: הרי כל חומר בוער - נשרף ומתכלה. תחילה חשבו שהשמש מכילה פחם או נפט, שבעירתם יוצרת את האור ואת החום... אך גם אילו הייתה השמש כולה גוש אדיר של פחם, היה הפחם נשרף ומתכלה תוך כמה אלפי שנים. אם כן - זו אינה התשובה.
החידה נפתרה בתחילת המאה ה-20: הסתבר שבליבת השמש מתחולל תהליך הנקרא "היתוך גרעיני": שרשרת בלתי פוסקת של התנגשויות בין אטומים של היסוד מימן, המביאות להתמזגותם, כלומר להיתוך שלהם, וליצירת היסוד הליום. כמות האנרגיה המשתחררת בתהליך ההיתוך גדולה פי מיליון מאשר בשרפה רגילה של נפט או של פחם.

אגדות וסיפורים

השמש במסורת היהודית
על-פי ספר בראשית, השמש נבראה יחד עם הירח ביום הרביעי לבריאה: "ויאמר אלוהים: יהי מאורות ברקיע השמים, להבדיל בין היום ובין הלילה, והיו לאותות ולמועדים ולימים ושנים... ויעש אלוהים את שני המאורות הגדולים, את המאור הגדול לממשלת היום ואת המאור הקטן לממשלת הלילה ואת הכוכבים..." (א, יד-טו).
על-פי אגדת חז"ל, נבראו שני המאורות בגודל שווה ובאיכות אור זהה, אולם בשל סכסוך יוקרה, שפרץ ביניהם - "שאין שני מלכים משמשין בכתר אחד" - הפסיד הירח ואורו נחלש וקטן.
פולחן השמש נחשב עבודה זרה, והוא נאסר על בני-ישראל. בספר דברים מתוארים עובדי עבודה זרה החייבים בעונש: "ופן תישא עיניך השמימה וראית את השמש... ונדחת והשתחווית להם, ועבדתם..." (ד, יט). למרות זאת, פולחן השמש היה נפוץ בממלכת ישראל כל ימי השופטים והמלכים. עדות לכך היא קיומם של 3 מקומות בארץ, שנקראו "בית שמש". המלך מנשה אף הכניס פולחן זה ליהודה, אך יאשיהו סילק אותו.
עדויות למאורעות אסטרונומיים מיוחדים הקשורים בשמש, נמצאות ברבים מספרי המקרא. מוכר במיוחד הפסוק מספר יהושע בתיאור הקרב נגד האמורי: "ויאמר לעיני ישראל: שמש בגבעון דום, וירח בעמק אילון. ויידום השמש, וירח עמד..." (י, יב-יג).
את ליקויי החמה והלבנה הזכירו כמה נביאים. הנביא עמוס, למשל, מאיים: "והבאתי השמש בצהרים, והחשכתי לארץ ביום אור" (ח, ט). הנביא יואל מנסח זאת כך: "השמש ייהפך לחושך, והירח לדם" (ג, ד). והנביא מיכה כועס על הנביאים: "ובאה השמש על הנביאים וקדר עליהם היום" (ג, ו). יש אזכורים נוספים של ליקויי חמה וליקויי ירח גם אצל הנביאים ישעיהו ויחזקאל.
חכמי התלמוד התלבטו בשאלה האם צבעה של השמש הוא אדום, כפי שהיא נראית בזריחה ובשקיעה, או לבן, כפי שהיא נראית באמצע היום. לטענתם, השמש קולטת את צבעה האדום מצבע הוורדים בגן-העדן שבמזרח ומאש הגיהנום שנמצא במערב.
חז"ל אמרו שגלגל השמש מנסר ברקיע השמים ומפיץ רסיסים של אור. הם פירשו את המראה של חלקיקי האבק הזוהרים באור השמש, כרסיסי נסורת, שנקראו "חירגא דיומא" ויוחסו להם כוחות מרפא.

מתנות החיים
הקדמונים סגדו לשמש - הם האמינו שהיא אל - האל שהעניק לאדמה את מתנות האור והחום - את החיים! שליטים רבים השתמשו באמונה זו כדי להאדיר את כוחם.
מצרים- במצרים העתיקה נקרא אל השמש "אמון-רע" ופרעה, מלך מצרים, נחשב לבנו של אל השמש. זריחת השמש ושקיעתה יום-יום באופן קבוע, נחשבו לתופעה אלוהית: אצל המצרים הייתה השמש סירה שמימית שבה הפליג האל ברקיע.
יפן- ביפן, נחשבו הקיסרים לצאצאים של אלת השמש. העיגול האדום בדגל היפני מנציח עד היום אמונה זו: הוא מסמל את השמש הזורחת.
גם בימינו מכונה יפן "ארץ השמש העולה".
יוון- שמו של אל השמש במיתולוגיה היה "הליוס". היוונים הקדמונים האמינו שאל השמש יוצא יום יום למסעו המלכותי בשמים רכוב על מרכבת הזהב שלו.
שני הקיסרים הרומים - קליגולה ונירון - העניקו לעצמם את התואר "הליוס החדש".
מקסיקו- האצטקים, שחיו באזור מכסיקו, הקריבו לאל השמש קורבנות אדם! הם עשו זאת כדי שכוחה לא ייחלש וכדי שאורה לא ייפסק. הם האמינו שלשמש היו אויבים: מדי פעם התקיפו אותה מיני שדים ומפלצות... כך פירשו את התופעה של ליקוי החמה. הם נהגו להיחלץ לעזרתה: באמצעות רעש גדול או על-ידי ירי חצים בוערים "גירשו" את הסכנה ו"החזירו" את אור השמש...

ביבליוגרפיה:
כותר: השמש
שם  התקליטור: המסע המופלא אל החלל : מסע וירטואלי לחקר היקום
מחבר: יאיר, יואב
עורכת התקליטור: סביר, בילי
תאריך: 2001
הוצאה לאור: מטח : המרכז לטכנולוגיה חינוכית; אוניברסיטת תל אביב. בית ספר לחינוך. המרכז לחינוך מדעי וטכנולוגי
הערות: 1. ניהול מדעי ודידקטי : ד''ר רחל מינץ.
2. ניהול הפיתוח: שי ליטבק.
3. תחקיר ועריכה: בילי סביר.
הספרייה הוירטואלית מטח - המרכז לטכנולוגיה חינוכית