השמש היא כדור ענק של גזים חמים שמייצרים אנרגיה ואור ענקיים ומאפשרים חיים על פני כדור הארץ.
עצם שמימי זה הוא הגדול והמסיבי ביותר במערכת השמש. מכדור הארץ אליו, המרחק הוא מ-150 מיליון קילומטרים. לוקח כשמונה דקות עד שהחום ואור השמש מגיעים אלינו. מרחק זה נקרא גם שמונה דקות אור.
הכוכב שמחמם את כדור הארץ מורכב מכמה שכבות חיצוניות כמו הפוטוספירה, הכרומוספירה והקורונה הסולארית. השכבות החיצוניות של האטמוספירה של השמש יוצרות אנרגיה על פני השטח המבעבעת ומתפוצצת מתוך פנים הכוכב, ומזוהה כאור שמש.
רכיבי השכבה החיצונית של השמש
השכבה שאנו רואים נקראת פוטוספירה או כדור האור. הפוטוספירה מסומנת על ידי גרגירי פלזמה בהירים ורותחים וכתמי שמש כהים וקרים יותר המתרחשים כאשר השדות המגנטיים של השמש קורעים את פני השטח. כתמים מופיעים ונעים על פני דיסק השמש. בהתבוננות בתנועה זו, אסטרונומים הגיעו למסקנה כי המאור שלנומסתובב סביב צירו. מכיוון שלשמש אין בסיס מוצק, אזורים שונים מסתובבים במהירויות שונות. אזורי קו המשווה משלימים מעגל שלם תוך כ-24 ימים, בעוד שסיבובים קוטביים יכולים להימשך יותר מ-30 יום (כדי להשלים סיבוב).
מהו הפוטוספירה?
הפוטוספירה היא גם המקור להתלקחויות השמש: להבות המשתרעות על פני מאות אלפי קילומטרים מעל פני השמש. התלקחויות שמש מייצרות התפרצויות של קרני רנטגן, אולטרה סגול, קרינה אלקטרומגנטית וגלי רדיו. מקור פליטת קרני רנטגן ורדיו הוא ישירות מהקורונה הסולארית.
מהי הכרומוספירה?
האזור המקיף את הפוטוספירה, שהיא המעטפת החיצונית של השמש, נקרא כרומוספרה. אזור צר מפריד בין הקורונה לכרומוספרה. הטמפרטורה עולה בחדות באזור המעבר, מכמה אלפי מעלות בכרומוספרה ליותר ממיליון מעלות בקורונה. הכרומוספרה פולטת זוהר אדמדם, כמו בעירה של מימן מחומם. אבל ניתן לראות את השפה האדומה רק במהלך ליקוי חמה. בפעמים אחרות, האור מהכרומוספרה בדרך כלל חלש מכדי להיראות מול הפוטוספירה הבהירה. צפיפות הפלזמה יורדת במהירות, נעה כלפי מעלה מהכרומוספרה לקורונה דרך אזור המעבר.
מהי קורונה סולארית? תיאור
אסטרונומים חוקרים ללא לאות את המסתורין של עטרת השמש. איך היא?
זו האטמוספירה של השמש או השכבה החיצונית שלה. השם הזה ניתן בגללשהמראה שלו מתגלה כאשר מתרחש ליקוי חמה מלא. חלקיקים מהעטרה משתרעים הרחק אל החלל ולמעשה מגיעים למסלול כדור הארץ. הצורה נקבעת בעיקר על ידי השדה המגנטי. אלקטרונים חופשיים בתנועת קורונה לאורך קווי שדה מגנטי יוצרים מבנים רבים ושונים. הצורות הנראות בקורונה מעל כתמי השמש הן לרוב בצורת פרסה, מה שמאשר עוד יותר שהן עוקבות אחרי קווי שדה מגנטי. מהחלק העליון של "קשתות" כאלה, זרמים ארוכים יכולים להשתרע, במרחק מקוטר השמש או אפילו יותר, כאילו תהליך כלשהו מושך חומר מראש הקשתות לחלל. זה כרוך ברוח השמש, הנושבת החוצה דרך מערכת השמש שלנו. אסטרונומים כינו תופעות כאלה "קסדת נחש" בגלל הדמיון שלהן לקסדות המשוננות שלבשו אבירים ושימשו כמה חיילים גרמנים לפני 1918
ממה עשוי הכתר?
החומר שממנו נוצרת עטרה של השמש הוא חם במיוחד, מורכב מפלזמה נדירה. הטמפרטורה בתוך העטרה היא יותר ממיליון מעלות, באופן מפתיע גבוה בהרבה מהטמפרטורה על פני השמש, שהיא כ-5500 מעלות צלזיוס. הלחץ והצפיפות של הקורונה נמוכים בהרבה מאשר באטמוספירה של כדור הארץ.
על ידי התבוננות בספקטרום הגלוי של עטרה סולארית, נמצאו קווי פליטה בהירים באורכי גל שאינם תואמים לחומרים ידועים. בהקשר זה, אסטרונומים הציעו את קיומו של "קורוניום"בתור הגז העיקרי בקורונה. טבעה האמיתי של תופעה זו נותר בגדר תעלומה עד שהתגלה כי גזי העטרה התחממו מעל 1,000,000 מעלות צלזיוס. עם טמפרטורה כה גבוהה, שני היסודות הדומיננטיים, מימן והליום, נטולי האלקטרונים שלהם לחלוטין. אפילו חומרים מינוריים כמו פחמן, חנקן וחמצן הופשטו עד לגרעין חשוף. רק המרכיבים הכבדים יותר (ברזל וסידן) מסוגלים לשמור חלק מהאלקטרונים שלהם בטמפרטורות אלו. הפליטה מהיסודות המיוננים מאוד אלה היוצרים את הקווים הספקטרליים נותרה בגדר תעלומה לאסטרונומים המוקדמים עד לאחרונה.
בהירות ועובדות מעניינות
משטח השמש בהיר מדי, וככלל, האטמוספרה הסולארית שלו אינה נגישה לראייה שלנו, גם עטרה של השמש אינה נראית לעין בלתי מזוינת. השכבה החיצונית של האטמוספירה דקה וחלשה מאוד, ולכן ניתן לראות אותה רק מכדור הארץ בזמן שבו מתרחש ליקוי חמה או באמצעות טלסקופ קורונגרף מיוחד המדמה ליקוי על ידי כיסוי דיסק השמש הבהיר. חלק מהקורונוגרפים משתמשים בטלסקופים קרקעיים, אחרים מתבצעים על גבי לוויינים.
הבהירות של קורונה השמש בקרני רנטגן נובעת מהטמפרטורה העצומה שלה. מצד שני, הפוטוספירה הסולארית פולטת מעט מאוד קרני רנטגן. זה מאפשר לראות את העטרה על פני דיסקת השמש כאשר אנו צופים בה בקרני רנטגן. לשם כך משתמשים באופטיקה מיוחדת המאפשרת לראות צילומי רנטגן. בְּבתחילת שנות ה-70, תחנת החלל האמריקאית הראשונה, Skylab, השתמשה בטלסקופ קרני רנטגן, שבאמצעותו נראו לראשונה בבירור העטרה הסולרית וכתמי השמש או החורים. במהלך העשור האחרון סופקו כמות עצומה של מידע ותמונות על עטרה של השמש. בעזרת לוויינים, העטרה הסולארית הופכת נגישה יותר לתצפיות חדשות ומעניינות על השמש, תכונותיה ואופייה הדינמי.
טמפרטורת שמש
למרות שהמבנה הפנימי של ליבת השמש נסתר מהתבוננות ישירה, ניתן להסיק באמצעות מודלים שונים שהטמפרטורה המקסימלית בתוך הכוכב שלנו היא כ-16 מיליון מעלות (צלזיוס). לפוטוספירה - פני השטח הנראה של השמש - יש טמפרטורה של כ-6000 מעלות צלזיוס, אך היא עולה בחדות רבה מ-6000 מעלות לכמה מיליוני מעלות בקורונה, באזור של 500 קילומטרים מעל הפוטוספירה.
השמש לוהטת יותר מבפנים מאשר מבחוץ. עם זאת, האטמוספירה החיצונית של השמש, הקורונה, אכן חמה יותר מהפוטוספירה.
בסוף שנות השלושים, גרוטריאן (1939) ואדלן גילו שהקווים הספקטרליים המוזרים שנצפו בספקטרום הקורונה של השמש נפלטו על ידי יסודות כמו ברזל (Fe), סידן (Ca) וניקל (Ni) בשלבים מאוד גבוהים של יינון. הם הגיעו למסקנה שהגז העטרה חם מאוד, עם טמפרטורות העולה על מיליון מעלות.
השאלה מדוע עטרה של השמש כל כך לוהטת נותרה אחת מהחידות המרגשות ביותר של האסטרונומיה.במהלך 60 השנים האחרונות. אין עדיין תשובה חד משמעית לשאלה זו.
למרות שהקורונה הסולארית חמה באופן לא פרופורציונלי, יש לה גם צפיפות נמוכה מאוד. לפיכך, נדרש רק חלק קטן מכלל קרינת השמש כדי להזין את הקורונה. העוצמה הכוללת הנפלטת בקרני רנטגן היא רק כמיליון מכלל הזוהר של השמש. שאלה חשובה היא כיצד מועברת אנרגיה לקורונה ואיזה מנגנון אחראי על ההובלה.
מנגנונים להנעת קורונה סולארית
כמה מנגנוני כוח קורונה שונים הוצעו במהלך השנים:
- גלים אקוסטיים.
- גלים מגנטו-אקוסטיים מהירים ואיטיים של גופים.
- גופי גל Alfven.
- גלי משטח מגנטו-אקוסטיים איטיים ומהירים.
- הזרם (או השדה המגנטי) הוא פיזור.
- זרימות של חלקיקים ושטף מגנטי.
מנגנונים אלה נבדקו הן תיאורטית והן ניסיונית ועד היום נשללו רק גלים אקוסטיים.
עדיין לא נחקר היכן מסתיים הגבול העליון של הכתר. כדור הארץ וכוכבי לכת אחרים של מערכת השמש נמצאים בתוך העטרה. הקרינה האופטית של העטרה נצפית ב-10-20 רדיוסי שמש (עשרות מיליוני קילומטרים) ומשתלבת עם תופעת האור בגלגל המזלות.
שטיח קורונה סולארי מגנטי
לאחרונה, "השטיח המגנטי" נקשר לפאזל החימום העטרה.
תצפיות ברזולוציה מרחבית גבוהה מראות כי פני השמש מכוסים בשדות מגנטיים חלשים המרוכזים באזורים קטנים בעלי קוטביות הפוכה (מגנט שטיח). מאמינים שריכוזים מגנטיים אלה הם הנקודות העיקריות של צינורות מגנטיים בודדים הנושאים זרם חשמלי.
תצפיות אחרונות על "השטיח המגנטי" הזה מראות דינמיקה מעניינת: שדות מגנטיים פוטוספריים נעים ללא הרף, מקיימים אינטראקציה זה עם זה, מתפוגגים ויוצאים לפרק זמן קצר מאוד. חיבור מגנטי מחדש בין שדה מגנטי בקוטביות הפוכה יכול לשנות את הטופולוגיה של השדה ולשחרר אנרגיה מגנטית. תהליך החיבור מחדש יפזר גם זרמים חשמליים הממירים אנרגיה חשמלית לחום.
זהו רעיון כללי לאופן שבו השטיח המגנטי עשוי להיות מעורב בחימום העטרה. עם זאת, לא ניתן לטעון כי "השטיח המגנטי" פותר בסופו של דבר את בעיית החימום העטרה, שכן טרם הוצע מודל כמותי של התהליך.
האם השמש יכולה לכבות?
מערכת השמש כל כך מורכבת ולא נחקרת עד שאמירות סנסציוניות כמו: "השמש תיכף תכבה" או להיפך, "טמפרטורת השמש עולה ובקרוב החיים על פני כדור הארץ יהפכו לבלתי אפשריים" נשמעות מגוחכות בלשון המעטה. מי יכול לעשות תחזיות כאלה בלי לדעת בדיוק אילו מנגנוניםבליבו של הכוכב המסתורי הזה?!
