אסטרונומיה

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
Incomplete-document-purple.svg יש להשלים ערך זה: בערך זה חסר תוכן מהותי. ייתכן שתמצאו פירוט בדף השיחה.
הנכם מוזמנים להשלים את החלקים החסרים ולהסיר הודעה זו. שקלו ליצור כותרות לפרקים הדורשים השלמה, ולהעביר את התבנית אליהם.
המכתש הגדול דדלוס בצד הרחוק של הירח שצולם על ידי צוות אפולו 11. זו דוגמה לתצפית אסטרונומית שהתאפשרה בזכות שיגורן של חלליות

אַסְטְרוֹנוֹמִיָהיוונית: הלחם של המילים άστρον, אסטרון - כוכב, ו-νόμος, נומוס - חוק) היא ענף במדעי הטבע החוקר באמצעות תצפיות וניתוחן את התנועה, מבנה, ההתהוות וההתפתחות של גרמי השמים והיקום.

לאסטרונומיה הייתה השפעה גדולה לאורך השנים על תרבויות, אמונות ותפישות מדעיות. נמצאו ממצאים מרשימים עוד מהתקופה הפרהיסטורית המעידים על מרכזיות האסטרונומיה בחברות פרהיסטוריות. אמונות רבות העמידו במרכז האמונה היבטים אסטרונומיים, דוגמה לכך היא הפילוסופיה של אריסטו. במהפכות מדעיות רבות שימשה האסטרונומיה בסיס מרכזי, אחת מהבולטות שבהן היא תורת היחסות.

ייחוד נוסף של המדע האסטרונומי הוא תרומתם של אסטרונומים חובבים לחקר האסטרונומיה. תרומתם של האסטרונומים החובבים ניכרת בעיקר בגילוי אירועים חד פעמיים כמו סופרנובות, שביטים, אסטרואידים וכוכבים משתנים. עם התפתחות האינטרנט אסטרונומים חובבים מסייעים גם בנתוח תצפיות בפרויקטים כדוגמת Galaxy Zoo.

עוד מאפיין ייחודי לאסטרונומיה הוא שבניגוד לשאר המדעים, האסטרונומיה כמעט אינה עוסקת בניסויים אלא בתצפיות. כמעט כל המחקר האסטרונומי נעשה באמצעות צפייה וניתוח של הספקטרום האלקטרומגנטי. יוצא מן הכלל הוא מחקר הירח, המאדים ומספר אסטרואידים שנעשה גם באמצעות דגימות קרקע.

הגדרה[עריכת קוד מקור | עריכה]

אסטרונומיה היא שם כולל לכל מדעי החלל שעוסקים בתיאור גרמי השמים והיקום, הילוכם, מיקומם, הפיזיקה שלהם ויחסי הגומלין ביניהם. תחומים עיקריים שנכללים באסטרונומיה הם:

עד לתקופת פריחת הפילוסופיה והמדע ביוון הקלאסית, העיסוק היה באסטרומטריה בלבד. העיסוק בקוסמוגוניה וקוסמולוגיה היה בממד המיתי בלבד ואין כל תעוד לניסיון למצוא מודל שיסביר את התצפיות. הפילוסופים היוונים ניסו לראשונה לתת הסבר למוצא היקום (קוסמוגוניה) ולמבנהו העכשווי (קוסמולוגיה). עם פרוץ המהפכה המדעית נוסדה גם הפיזיקה המודרנית ואיתה גם נולד תחום האסטרופיזיקה.

מתחילת המאה ה-20 כל תחומי המחקר האסטרונומי הם, למעשה, ענפים של אסטרופיזיקה. יש המשתמשים במונחים אסטרונומיה ואסטרופיזיקה כמונחים מקבילים אחד לשני, ויש המשתמשים במונח אסטרונומיה לתיאור החלק התצפיתי ואילו במונח אסטרופיזיקה לחלק העיוני (ראו גם בערך אסטרופיזיקה הרחבה בנושא, ודוגמאות לאסטרופיזיקה תצפיתית מול אסטרופיזיקה עיונית).

היסטוריה[עריכת קוד מקור | עריכה]

זריחת השמש מעל סטונהנג' ביום ההיפוך הקייצי

האסטרונומיה היא, ככל הנראה, המדע העתיק ביותר. כבר תרבויות פרימיטיביות שמו לב לתופעות אסטרונומיות בסיסיות; זריחה ושקיעה, מופעי הירח, נטיית מסלול השמש בעונות השנה, השפעת נטיית השמש על אורך היום והלילה ומזג האוויר, תנועת כוכבי הלכת וסידור כוכבי השבת. הבנת תופעות אלו הייתה חשובה במעבר לחברה חקלאית, על פי התופעות האסטרונומיות יכלו בני האדם לדעת מתי לחרוש ומתי לזרוע. ישנם גם ממצאים ארכאולוגים המתעדים אירועים נדירים יותר כגון שביטים, ליקוי מאורות ואף נובות וסופר נובות. אם כי לרוב ממצאים אלו אינם מוחלטים.

אסטרונומיה קדומה[עריכת קוד מקור | עריכה]

איננו יודעים מתי החל חקר האסטרונומיה המסודר ומתי פעל האסטרונום הראשון, אולם ישנן עדויות ארכאולוגיות ברורות לעיסוק רציני באסטרונומיה ברמה גבוהה בתרבויות העתיקות ביותר. נמצאו עדויות לעיסוק באסטרונומיה מתקופת הפריחה של שומר (לפני כ-6,000 שנה), וידוע גם שהמצרים הקדמונים עסקו בה. ממצא מרשים הוא סטונהנג' שבאנגליה (נבנה במהלך האלף השלישי לפנה"ס). החוקרים חלוקים האם האתר שימש כמצפה כוכבים או לשימוש אחר, אך מוסכם על כולם שהאבנים מוקמו על פי אירועים אסטרונומיים. עמודי האבן ממוקמים כך שניתן לחשב בעזרתם אירועים אסטרונומים כגון נקודת השוויון ונקודת היפוך נקודות במסלולו של הירח ועוד. עד ל פילוסופים היוונים ביוון הקלאסית שימשה האסטרונומיה הן כמדע תצפיתי (שסייע למשל לקבוע את לוח השנה) והן כבסיס לאסטרולוגיה שנחשבה אז חלק בלתי נפרד ממנה. גם כתבים אסטרונומיים מימיה האחרונים של ממלכת בבל, מן המאה השלישית או השנייה לפני הספירה, כוללים נתונים מספריים תצפיתיים, ללא רמז למודל שיוכל להסביר את התצפיות. ממצאים המעידים על תצפיות שיטתיות נמצאו במצרים, הודו, סין ומסופוטמיה. בכל המקומות הללו נעשו חישובים שחזו אירועים אסטרונומיים כגון ליקויים.

אסטרונומיה מסופוטמית[עריכת קוד מקור | עריכה]

חוקרים שבדקו את קבוצות הכוכבים המקובלות בעולם העתיק, והשוו זאת לכוכבים הנראים בקווי רוחב שונים בתקופות שונות, שערו כי החלוקה הראשונית של כוכבים בהירים לקבוצות נעשתה לראשונה לפני כ-4,800 שנה באזור קו רוחב 40°. יש יסוד לדבר שהחלוקה נעשתה בארם נהריים.

הלוח הבבלי (שמבוסס על לוח שומרי) מבוסס על מחזור ה"סארוס"- מחזור של ליקוי חמה (או לבנה) של 18 שנים ו-11 יום שהם 223 חודשים סינודים (הפרש בין מולד ירח אחד למשנהו). מחזור זה מאפשר קביעת לוח שמסנכרן חודשי ירח ושנות חמה ומעיד על לוחות תצפית מדויקים לאורך שנים רבות. מחזור זה היווה, ככל הנראה, בסיס למחזור המטוני של מטון ולחישוביו של תאלס איש מילטוס. גם הלוח העברי בנוי על יסוד חישובים אלו. נמצאו לוחות תצפית שמפרטים את מיקומי השמש, הירח, כוכבי הלכת, ליקויים, נקודות היפוך, ולעתים אף את זריחתו של סיריוס. הלוחות מתוארכים מסוף המאה השביעית לפסה"נ ועד למאה הראשונה לפסה"נ. הבבלים המציאו את גלגל המזלות המוכר וקבעו את תחילתו באלדברן שהיה אז בנקודת השוויון האביבי.

לאסטרולוגיה היה חלק חשוב בפיתוח האסטרונומיה הבבלית. היו להם אלים לכל כוכבי הלכת ואל לשמיים ולכוכבים. מצפי הכוכבים מוקמו כחלק מהמקדשים, וכהני הדת היו מנסים לחזות אירועים חשובים כמו עליית ונפילת מלכים.

בסביבות המאה ה-5 לפסה"נ חישבו הבבלים ברמת דיוק מפליאה את אורך החודש הסינודי הממוצע- 29.530614 או 29.530594 יום לעומת הזמן המדויק שעמד על 29.530583 באותה התקופה. גם את אורך השנה הטרופית חשבו הבבלים כ-365.234 במקום 365.2422. רמת דיוק זו מפליאה בייחוד בהתחשב במכשירי המדידה הלא מדויקים שהיו באותה תקופה.

אסטרונומיה מצרית[עריכת קוד מקור | עריכה]

האסטרונומיה המצרית לא הגיעה, ככל הנראה, לאותה רמת התפתחות של זאת הבבלית, אך הייתה גם היא מפותחת מאד. המצרים ידעו בשלב מוקדם למדי את ההבדל בין אורך של שנת חמה (365.25 יום) לבין הלוח המצרי (365 יום). המצרים חישבו מחזור גדול שבו 1,461 שנים שלהם שוות ל-1,460 שנות חמה. על פי החישוב מחזורים גדולים כאלה התחילו בשנים 4,241, 2,781 ו-1,321 לפסה"נ. אין ראיות ברורות מתי התחיל הלוח, אבל ישנם כמה חוקרים שסבורים שהתאריך הראשון היה תחילת הלוח. אם השערה זו נכונה הרי שמדובר בתאריך הקדום ביותר הידוע של כרונולוגיה היסטורית. בבניית הפירמידות במצרים ניכרים הישגיהם של המצרים באסטרונומיה. הן בכיוון המדויק לרוחות השמיים והן בכיוון אלמנטים שונים לאירועים אסטרונומיים כמו עמדות כוכבים בעונות השנה.

אסטרונומיה של בני המאיה[עריכת קוד מקור | עריכה]

Postscript-viewer-shaded.png ערך מורחב – לוח השנה של המאיה

מכל העולם העתיק, אלו שתוצאותיהם הכי מדויקות - ובהפרש משמעותי משל שאר בני זמנם - הם בני המאיה, מהמאה החמישית לפני הספירה.

אורך השנה הטרופית ע"פ חשבונם מדויק מאוד - הרבה יותר משל היוונים (סטיה של 18 שניות לשנה בלבד), אורך מחזור הירח די מדויק - 29 יום 12 שעות 44 דקות 1/3 26 שניות. אורך מחזור נוגה מדויק מאוד: 584 יום (היום ידוע לנו: 583.92). כמו כן הם היחידים שגילו - לפני המצאת הטלסקופ - שערפילית אוריון (כסיל) היא מטושטשת ויש בה כוכבים מפוזרים ולא נקודה בודדת. גם הם חישבו את זמני ליקויי החמה והלבנה.

האסטרונומיה ביוון[עריכת קוד מקור | עריכה]

רישומים ותצפיות של גלילאו על הירח גילו שפני שטחו הרריים

ממסופוטמיה עברה גחלת האסטרונומיה לעולם ההלניסטי, שבו מוקד העיסוק השתנה מאירועים כגון ליקויי חמה ולבנה והפקת לוחות שנה למיפוי כיפת השמים ויצירת קטלוגים ותאוריות קוסמולוגיות. כתבים המיוחסים לאסטרונום אאודוקסוס מקנידוס, מן המאה הרביעית לפני הספירה, כוללים מודל גיאוצנטרי, לפיו כדור הארץ היה במרכז וסביבו סבו השמים כולם. אצל אוודוקסוס, כל כוכב לכת נע כאילו הוא משובץ בכדור גדול שמרכזו מתלכד עם מרכז כדור הארץ, בעוד שהכדור סב על צירו. כדי להסביר את הנתונים האסטרונומיים, אוודוקסוס נאלץ להניח שציר הסיבוב עצמו אינו קבוע, אלא נוקף במעגל קטן כמו ציר הסיבוב של סביבון.

בתקופה הרומאית חל קפאון באסטרונומיה, שבתקופה זו עיקר תפקידה היה ביישומה המעשי (לדעת מאמיניה באותה תקופה), האסטרולוגיה. ברבע השני של המאה השנייה לפני הספירה ערך היפרכוס קטלוג שכלל כ- 1000 כוכבים, והצביע על אי-דיוקים במודלים האסטרונומיים של מערכת השמש שהיו מקובלים בתקופתו. מעט מאוחר יותר התקין יוליוס קיסר, המנהיג הרומאי החשוב, לוח אחיד באימפריה הרומית, הוא הלוח היוליאני.

במאה השנייה לספירה גיבש תלמי את המודל הגיאוצנטרי, שמשל בכיפה עד לימי גלילאו, במידה רבה בזכות רעיון האתנוצנטריות והחסות שהעניקה הכנסיה הקתולית למודל. המודל ההליוצנטרי היה קיים באותה עת אך נזנח ונשכח.

המודל הגאוצנטרי[עריכת קוד מקור | עריכה]

מערכת שמש גאוצנטרית
Postscript-viewer-shaded.png ערך מורחב – המודל הגאוצנטרי

מקור השם גאוצנטרי הוא ביוונית: גאו=ארץ וצנטרון=מרכז. ניתן להבין מכך שמשמעות השם המודל הגאוצנטרי היא ההשקפה לפיה כדור הארץ במרכז, הוא מרכז היקום לפי מודל זה, כלומר: השמש, הירח, הכוכבים וכוכבי הלכת סובבים את כדור הארץ. לאחר גילוי צורתו הכמעט-כדורית של העולם על ידי היוונים נוצר מודל זה. מודל זה היה נפוץ בעולם ההלניסטי ורעיונות דומים לו היו נפוצים בשאר העולם (הודו העתיקה, סין העתיקה).

לפי המודל הגאוצנטרי 55 ספירות (Spheres) בדולח הכילו את השמש הכוכבים וכוכבי הלכת. עם זאת כיפת השמים לא צייתה למודל זה. כוכבי הלכת התנהגו בדרכים מוזרות: נעו קדימה ואחורה בצורה שנראתה בלתי צפויה. כדי להסביר זאת אריסטו טען שכוכבי הלכת נעים לא בדיוק לפי סיבוב הספירות אלא גם לפי סיבוב של ספירות קטנות יותר על הספירות: אפיציקלים. תלמי העמיק במדידותיו את המודל עם אפיציקלים על-גבי אפיציקלים בכמויות מרובות. הוא גם שינה את המרכז שסביבו סובבים הכוכבים מכדור הארץ לנקודה קרובה לו.

המודל הגאוצנטרי שרד עד המאה השש-עשרה והוחלף בהדרגה במודל ההליוצנטרי של קופרניקוס, גלילאו וקפלר.

אסטרונומיה בימי הביניים-שליטת המודל הגיאוצנטרי[עריכת קוד מקור | עריכה]

לאחר נפילת האימפריה הרומית עבר לפיד האסטרונומיה לערבים (עם עליית האסלאם) ולהודים ולסינים שקיבלו אותה דרך דרך המשי. בעוד ההודים והסינים, שעסקו באסטרונומיה עוד לפני זאת, לא פיתחו את האסטרונומיה במיוחד בתקופה זו, הערבים, שעד עליית האסלאם היו עם מפגר אחרי העמים שבסביבתו, החלו בתקופה זו במחקר אסטרונומי רב כפי שלא נראה עד אותה תקופה, ועד היום רוב הכוכבים שלהם שם שאינו תחת מערכת מתן שמות מסודרת - שמם ערבי. אחת המוטיבציות לכך הייתה שימוש בניווט אסטרונומי למסעות ימיים ואחד האמצעים שסייעו בידם הייתה המצאה יוונית בשם אצטרולב.

באירופה, הבקיאות בשפה היוונית התמעטה וכתבים מפורטים שנכתבו ביוונית על תחום האסטרונומיה הפכו לפחות נגישים ואת מקומם תפסו תקצירים או מאמרים ישומיים בלטינית. עיקר העניין באותה עת בתחום האסטרונומיה היה בהקשר של לוחות השנה וקביעת מועדי החגים הנוצריים (כך למשל, חיבור של בדה ונרביליס שימש לקביעת המועד המדויק של חג הפסחא) ומצד אסטרולוגים. במאה ה-12 משכילים אירופאים כדוגמת סילבסטר השני ערכו מסעות אל ספרד וסיציליה עקב השמועה על הידע הקיים בעולם הערבי הקשור לאסטרונומיה ועריכת לוח השנה ובפרט האצטרולב. כתבים בערבית ויוונית תורגמו ללטינית והעשירו את הידע באירופה, באוניברסיטאות שהחלו לקום באותה עת נלמדה גם אסטרונומיה וכתבים חדשים נוצרו, כדוגמת אלו של יוהנס דה סקרובוסקו.

אסטרונומיה בעת החדשה[עריכת קוד מקור | עריכה]

Postscript-viewer-shaded.png ערך מורחב – המהפכה הקופרניקאית

בבוא הרנסאנס התפתחה רבות האסטרונומיה באיטליה, ומשם עברה לשאר אירופה הנוצרית. תגליותיהם של גלילאו גליליי וניקולאוס קופרניקוס, ויותר מכל - של יוהנס קפלר פתחו את הצוהר לתאוריה החדשה של האסטרונומיה: התאוריה ההליוצנטרית לפיה השמש במרכז היקום וכדור הארץ ושאר גרמי השמים סבים סביבה.

באותן שנים גליליי שכלל את הטלסקופ והפך אותו מאביזר אשליה ושעשוע כפי שנתפס אז (כדוגמת קליידוסקופ או חדר מראות) לכלי מדעי אמין וידידו הטוב ביותר של האסטרונום. המשכילים של אותה עת הביעו ספקנות רבה ועדיין חשדו כי מדובר באביזר אשליה, אך גליליי הציג את תגליותיו והצליח לבסס את התיאוריה החדשה והטלסקופ הפך לכלי החשוב ביותר באסטרונומיה במאות הבאות. שכלול הטלסקופ והשיפורים שהוכנסו בו לאורך השנים (כדוגמת פיתוח עדשה אכרומטית) עזרו לגילוי המוני כוכבים, ותרמו לאין ערוך לקידום תחומי מדעים אחרים, כדוגמת פיזיקה או אלקטרוניקה.

המודל ההליוצנטרי[עריכת קוד מקור | עריכה]

מערכת שמש הליוצנטרית
Postscript-viewer-shaded.png ערך מורחב – המודל ההליוצנטרי

מקור השם הליוצנטרי ביוונית הוא הליוס (בעברית: שמש) וצנטרון, כלומר ההשקפה לפיה השמש במרכז. המודל נוגד האינטואיציה (הרי כשמסתכלים לשמי הלילה רואים את הכוכבים נעים) היה מוכר כבר ליוונים והועלה על ידי הפיתגוראים ואריסטרכוס. גם במאה החמישית מודל הליוצנטרי הוצע בהודו על ידי האסטרונום ההודי אריבהאטה.

עם זאת רק במאות השש-עשרה והשבע עשרה המודל הועלה מחדש במערב על ידי קופרניקוס (בספרו שפורסם ב-1543) וגלילאו (אשר החל לתמוך בו בסביבות 1597) וזכה לביסוס מתמטי בעזרת קפלר שהתבסס על תצפיותיו המדויקות של טיכו ברהה. יחד עם זאת, התיאוריה לא התקבלה בברכה-קופרניקוס שחשש מהכנסייה הקתולית נמנע מפרסום עבודתו עוד בחייו ועבודתו של גליליי שתמכה במודל ההליוצנטרי, התקבלה כביזוי האפיפיור, למרות קשריו הטובים עמו, והוא נאלץ לעמוד למשפט האינקוויזיציה ולשבת במעצר בית עד סוף חייו.

להתפתחות המודל ההליוצנטרי באירופה היו מספר שלבים: תחילה הופיע המודל של קופרניקוס בו כל מערכת השמש פרט לירח סובבת סביב השמש, לאחר זמן הופיע המודל של טיכו ברהה לפיו השמש והירח מקיפים את כדור הארץ ושאר מערכת השמש מקיפה את השמש (משום שלא עמד לרשותו טלסקופ מתאים, לא הצליח לזהות היסט ולכן הניח שאין תנועת כוכבים). טיכו הצביע גם על קיומם של כוכב שביט וכוכב שבת נוסף (כיום ידוע שהיה מדובר בסופרנובה), עובדה שמעידה על הדינמיות של השמיים, מה שסתר את הרעיון של גרמי השמיים שאינם משתנים, חלק מהמודל שהכנסייה הגנה עליו. גילוי ירחי צדק על ידי גלילאו בינואר 1610 יצר סדק נוסף במודל הגיאוצנטרי לפיו כל הגופים השמימיים מקיפים את הארץ.

בשני המודלים, ההליוצנטרי והטיכוניאני, תנועת ההקפה הייתה מעגלית לחלוטין, ולכן עדיין נדרשו המוני אפיציקלים כדי לתאום את המציאות. ב-1609 פורסמו בספרו של קפלר "האסטרונומיה החדשה", שניים מחוקי קפלר ולפי מודל זה, התנועה של הגופים השמיימיים אליפטית ולכן התצפיות היו תואמות אפילו יותר משל המודל הגאוצנטרי. החוליה החסרה במודל הייתה הקשר בין אסטרונומיה לפיזיקה ואותה השלים אייזק ניוטון עם עבודתו בנוגע לכוח הכבידה.

הכנסייה אימצה את המודל רק לאחר תצפיותיו של ג'יימס בראדלי במאה ה-18, כאשר הצליח לזהות היסט.

תגליות מרכזיות[עריכת קוד מקור | עריכה]

ערפיליות או גלקסיות נוספות?[עריכת קוד מקור | עריכה]

Postscript-viewer-shaded.png ערך מורחב – הוויכוח הגדול

בשלהי המאה ה-17 יזם האסטרונום הבריטי ויליאם הרשל סקר שמים מקיף, אותו ביצע בטלסקופים שבנה במו ידיו. במסגרת הסקר בנה הרשל הערכה גסה של המבנה התלת-ממדי בו פזורים הכוכבים. הוא הופתע לגלות שכוכבי השמיים אינם מפוזרים באופן אחיד, אלא ערוכים במעין דיסקה שמרכזה נפוח, ומישור הדיסקה הוא שביל החלב - חגורה רחבה הנראית בעין בלתי מזוינת כענן זרחני בשמי הלילה.

אחרי שהרשל פרסם את תוצאותיו טבע הפילוסוף עמנואל קאנט את המונח גלקסיה. קאנט שיער שקיימות גלקסיות רבות, בניגוד להרשל שסבר ששביל החלב הוא הגלקסיה היחידה ביקום, ולמעשה היא היקום כולו. מחלוקת זו, שהתפרסמה בשם המחלוקת הגדולה, שיסעה את עולם האסטרונומיה למשך יותר ממאה שנה, הרבה אחרי שקאנט והרשל הלכו לעולמם.

עם שיפור הטלסקופים החלו האסטרונומים לקטלג ערפיליות, שהן גרמי שמים חיוורים. חלק מהערפיליות היו ללא מבנה מוגדר, אך אחרות נראו כדיסקה שמרכזה נפוח, בדומה למבנה שביל החלב. תומכי מחנה קאנט טענו שאלו אינן ערפיליות כלל, אלא גלקסיות אחרות, הנמצאות מחוץ לגלקסיית שביל החלב. מצדדיו של הרשל ענו שדמיון במבנה אינו מחייב זהות בממדים, וגרסו שאפשר שאלו מערכות שמש בשלב מוקדם של יצירתן. במקביל הצליחו למדוד מרחקים לכוכבים קרובים, אך ללא שיטה למדידת המרחק ל"ערפיליות" דמויות הדיסקה לא ניתן היה ליישב את המחלוקת.

ההכרעה הגיעה רק בשנות העשרים של המאה ה-20, מתגלית של אסטרונום צעיר בשם אדווין האבל. האבל זיהה קפאיד באחת ה"ערפיליות", והסתייע בתוצאות מחקריה של האסטרונומית הנרייטה ליוויט לחישוב המרחק לקפאיד זה. החשבון הניב תוצאה בת מאות אלפי שנות אור - בשני סדרי גודל מעל כל מרחק כוכבי שחושב קודם לכן - ולמעשה הוכח מעל כל ספק כי שביל החלב אינה הגלקסיה היחידה ביקום.

אמצעים חדשים, תיאוריות מודרניות וחקר החלל בחזית המדע[עריכת קוד מקור | עריכה]

Postscript-viewer-shaded.png ערכים מורחבים – התפתחות הפיזיקה במאה ה-20, תיאוריית המפץ הגדול

לאורך השנים שוכללו שיטות המחקר האסטרונומיות וגילויים חדשים תרמו לפיתוח התיאוריות המדעיות שלהן הייתה השפעה על יישומים טכנולוגיים. במקביל, בדומה לתהליך שאירע עם גיבוש המודל ההליוצנטרי, פיזיקאים חתרו לגלות את "הגביע הקדוש" של המדע והוא התאוריה של הכול, איחוד תורות או תיאוריות שונות מתחומים שונים לכאורה. כך למשל גילוי הקשר בין חשמל ומגנטיות, הקשר בין כוחות מגע בין חומרים לתגובות חשמליות בין חלקיקים, בין קשרים כימיים לכוחות חשמליים. התנהגות האור עצמו הייתה אפופה מסתורין-בתחילת המאה ה-20, נמצא כי האור הוא גם גל וגם חלקיק-הייתה לכך השלכה גם על חקר החלל. תצפיות החלל הפכו לשדה ניסויים גדול ושימשו גם לאישוש תיאוריות על אבני הבניין הבסיסיות ביותר של החומר, היווצרות היקום ושאלת הצפוי לו.

בראשית המאה ה-20 אלברט איינשטיין פיתח את תורת היחסות הפרטית בשל פער בהסבר תופעה אלקטרומגנטית של מוליך הנע בשדה מגנטי והזרם העובר בו-מטרתו הייתה להגדיר במדויק מושגי מרחב וזמן. בין המסקנות והיישומים שנבעו מתורה זו היו שקילות המסה והאנרגיה וקיומו האפשרי של אנטי-חומר. תורה זו גם תרמה לתיאור נכון של תופעות במכניקת הקוונטים.
לפי תיאוריות הפיזיקה הקלאסית של ניוטון ומקסוול, הבדלים במהירות האור בתוך "אתר נושא האור" אמורים להיות קיימים בכיוונים שונים. ניסוי מייקלסון-מורלי שנועד למצוא הפרשים כאלו לא מצא הפרשי מהירות ובראייה לאחור, "כישלון" זה למעשה הוכיח את נכונות תורת היחסות הפרטית שאינה מניחה שאתר קיים.
ההרחבה לתורה זו, תורת היחסות הכללית, מתייחסת גם לכבידה והשפעתה על המרחב והזמן. תורה זו חוזה את קיומם של חורים שחורים. מסקנה נוספת של תורה זו הייתה שהגלקסיות אמורות לנוע אחת אל השניה בשל קיומו של כוח משיכה הדדית, אך איינשטיין האמין בקיומו של יקום סטטי ולכן הוסיף קבוע קוסמולוגי, שמסמל כוח דחייה תיאורטית בין הגלקסיות. תצפית אסטרונומית שנערכה ב-1919 בעת ליקוי חמה לכאורה הוכיחה את הסטת אור הכוכבים כפי שניתן היה לחזות.

בראשית המאה ה-19 יוזף פראונהופר פיתח את הספקטרוסקופ. כאשר מצא הבדל בין ספקטרום האור הנפלט של סיריוס לספקטרום של כוכבי שבת אחרים, הוא יצר את תחום הספקטרוסקופיה הכוכבית (יישום ספקטרוסקופיה לגילוי הרכבם הכימי של הכוכבים, טמפרטורה, מהירות, צפיפות). ההתקדמות במכניקת קוונטים תרמה לפיתוח הספקטרוסקופיה.
יישום חשוב לספקטרוסקופיה נמצא כמאה לאחר מכן-במהלך תצפיות במסגרת עבודתו במצפה הכוכבים בשנות העשרים של המאה ה-20, אדווין האבל גילה שהקרינה המגיעה מהגלקסיות המרוחקות מוסחת לאדום ולמעשה היקום מתפשט (ובעקבות כך איינשטיין הודה בטעותו והסיר את הקבוע הקוסמולוגי) ועל כן תיאוריית המפץ הגדול נכונה בעיקרה. בסוף המאה ה-20 התגלה שקצב התפשטות היקום אף מואץ וההסבר שנמצא לכך הוא קיומה של "אנרגיה אפלה", ועל כן הקבוע הקוסמולוגי נוסף בשנית לנוסחאות-זהו מודל למדא-CDM.
האסטרונומית אנני ג'אמפ קאנון, אשר יחד עם צוותה סיווגה למעלה מרבע מיליון כוכבים לפי בהירותם, התפרסמה בזכות עבודתה על סיווג ספקטרלי (סיווג הרווארד). דיאגרמת הרצשפרונג-ראסל, המתבססת על הסיווג הספקטרלי, קושרת בין בהירות המוחלטת של כוכב לבין טמפרטורת פני השטח שלו ומאפשרת לסווג את הכוכב ולהעריך את אורך חייו והשלב שבו הוא נמצא במחזור החיים שלו. לאורך הדיאגרמה ישנה עקומה המכונה הסדרה הראשית-מיקום הכוכבים על העקומה תלוי בגילם ובמסתם ההתחלתית. בשנות ה-40 הוכנס לשימוש סיווג ירקס המתחשב גם בהשפעת רדיוס הכוכב על הארתו. עבודות אלו תרמו להבנה של מחזור החיים של כוכבים.

בשנות ה-30 של המאה ה-20, הודות להתפתחויות בטכנולוגיית הרדיו והמכ"ם החלו המדענים לחקור גם תחומים בספקטרום האלקטרומגנטי שאינם בתחום האור הנראה, ובפרט גלי רדיו (רדיו-אסטרונומיה). כמו במקרים רבים, הדבר התגלה במקרה על ידי קארל ג'נסקי בשנות ה-30, כאשר בנה אנטנה לשידור טרנס-אטלנטי וחיפש גורמי רעש וגילה שאחד הגורמים מגיע מחוץ לכדור הארץ, במרכז גלקסיית שביל החלב. עם גילוי קו המימן ב-1951, נוסד תחום ספקטרוסקופיית הרדיו. בשנות ה-40 נעשה ניסיון ליצור רדיו-אינטרפרומטר באמצעות אנטנה הסמוכה לים. בשנות ה-60 פורסמה שיטה לניתוח המידע המתקבל. ב-1965 הפיזיקאים ארנו פנזיאס ורוברט וילסון גילו באקראי את קרינת הרקע הקוסמית, תגלית שהכריעה לטובת תיאוריית המפץ הגדול אל מול תאוריית המצב היציב שהוצעה כנגדה.

בעקבות פיתוח יכולת השיגור לחלל, שוגר לחלל טלסקופ האבל שתרם רבות לחקר החלל והערכת גיל היקום. ראוי לציין שאטמוספירת כדור הארץ חוסמת סוגים שונים של קרינה ולכן יש תצפיות שמתאפשרות רק מחוץ לאטמוספירה.

אימות תופעות שונות כגון גלי כבידה (שנחזו לפי תורת היחסות הכללית) וקיומם של חלקיקים שנחזו לפי המודל הסטנדרטי כמו נייטרינו עשויים לשמש בעתיד לפיתוח יכולות תצפית חדשות. מאידך, המודל הסטנדרטי תוקן בהתאם לתצפיות אסטרונומיות שגילו כי לנייטרינו יש מסה.

ביהדות[עריכת קוד מקור | עריכה]

על פי היהדות, ישנה מצווה לחשב תקופות ומזלות[1], דהיינו לעסוק בחישובים אסטרונומיים ("מזל" בארמית פירושו כוכב), מה גם שההלכה זקוקה לחישובים כאלה להלכות מסוימות, כגון קידוש החודש, עיבור השנה, דיני ארבע התקופות ועוד. ואכן רבים מחכמי ישראל עסקו במדע זה: לרבן גמליאל היו טבלאות עם איורי הירח בגדלים שונים[2], האמורא שמואל העיד על עצמו שהוא בקי בשבילי הרקיע כמו שבילי נהרדעא (שם עירו)[3] ואף הרמב"ם הסביר באריכות את מסלולי השמש והירח (משנה תורה, ספר זמנים, הלכות קידוש החודש). בתלמוד מובאים כללים אסטרונומיים בסיסיים, כגון: מעולם לא ראתה חמה פגימתה של לבנה[4], כלומר, החלק החשוך של הירח (להבדיל מהצד ההפוך של הירח) לעולם לא יפנה לכיוון השמש (מכיוון שהשמש היא זאת שמאירה את הירח), אורך שנת החמה הוא 365 יום ורבע (על פי ערובין נ"ה ע"א), שנת החמה ארוכה באחד עשר יום משנת הלבנה ועוד.

זמן המולד הממוצע (החודש הסינודי) מופיע בגמרא כ- כ"ט י"ב תשצ"ג, כלומר 29 יום 12 שעות -793/1080 של שעה, שהוא 29.5305941358025, סטיה של כחצי שנייה (או מעט פחות) לכל חודש, שהוא דיוק מכובד. אם משקללים את האטת סיבוב הירח וכן את האטת סיבוב כדור הארץ במשך ה-2000 שנה האחרונות, הסטיה קטנה באופן משמעותי, עד ל-0.15 שניות. מספר זהה היה ידוע לכשדים מימי קידינו (המאה הרביעית לפני הספירה) וליוונים מהיפרכוס (המאה השנייה לפני הספירה).

תצפיות אסטרונומיות[עריכת קוד מקור | עריכה]

גרף המתאר את כמות הקרינה של אורכי הגל השונים הנחסמת באטמוספירה

מידע תצפיתי באסטרונומיה נאסף בכל תחומי הספקטרום האלקטרומגנטי, מגלי רדיו דרך הספקטרום הנראה ועד לקרינת גמא. צפייה בטווחים שונים של הספקטרום נדרשת כדי לקבל תמונה רחבה של היקום. רוב גרמי השמים פולטים קרינה רק בחלקים מסוימים מטווח הספקטרום האלקטרומגנטי בגלל תהליכים פיזיקליים שונים. ניתוח ספקטרום בליעה וספקטרום פליטה של גרמי שמים נותן מידע רב על תכונותיהם הפיזיקליות כגון טמפרטורה, הרכב, מהירות, עוצמת שדה מגנטי ועוד.

ייחוד נוסף לשימוש בתחומים שונים של הספקטרום הוא התגברות על תהליכים פיזיקליים הגורמים לשינויים בספקטרום הנמדד ביחס לנפלט. לדוגמה, אפקט דופלר של קוואזרים מסוגל לגרום להזזה של קווים מתחום העל סגול לתת אדום. דוגמה נוספת היא חקר אזורים מוסתרים בתחום הנראה, כגון ערפיליות יצירה או ליבת גלקסיית שביל החלב. פיזור האור על ידי ענני אבק בין-כוכבי משפיע בעיקר על אורכי גל קצרים ולכן אפשר לצפות אל ליבת הגלקסיה רק באמצעות טלסקופי רדיו ותת אדום ולא באור הנראה.

אורכי הגל השונים של הספקטרום האלקטרומגנטי מצריכים אמצעי תצפית שונים, בעלי ייחודים שונים בעיצובם בבחירת החומרים ובמבנה שלהם. חלקים נרחבים מהתחומים הלא נראים של הספקטרום נחסמים בשכבות שונות של האטמוספירה וכדי למדוד אותם צריך להשתמש באמצעי תעופה שונים, החל מכדורים פורחים וכלה בחלליות.

להלן יפורטו שיטות התצפית באורכי הגל השונים.

הספקטרום הנראה[עריכת קוד מקור | עריכה]

קרינת הרקע הקוסמית - תצפיות מיקרוגל[עריכת קוד מקור | עריכה]

קרינת הרקע הקוסמית באורכי גל שבין 1-2 מ"מ (150-300 גיגה-הרץ) היא קרינה המגיעה מן החלל והיא כמעט אחידה מכל הכוונים. קרינת הרקע מספקת מידע רב מאוד על ראשית היקום, והיא אחת העדויות הראשיות למפץ הגדול. התצפיות מתבצעות מלוויינים, מטלסקופים שמוטסים על גבי כדורים פורחים ומטלסקופים קרקעיים הממוקמים על פסגות הרים ומקומות ייחודיים נוספים. התאוריה המקובלת על מקור קרינת הרקע הוא כי הקרינה מתארת את הרגע שבו היונים החיוביים והשליליים התחברו והפכו לאטומים נייטרליים, אז היקום הפך לשקוף לכל סוגי הקרינה האלקטרומגנטית, ולפני כן היה עשוי פלסמה שאינה מאפשרת מעבר אור. ההבדלים המזעריים בקרינה מכל כוון מספקים את התמונה של היקום כפי שהיה בעת ההיא, כ-380 אלף שנה לאחר המפץ הגדול. התצפיות מנסות למפות את התפלגות הקרינה באופן המדויק ביותר, בכל הכוונים בשמיים. המיפוי המקיף והמדויק ביותר נכון לשנת 2012 הוא של לוויין המחקר WMAP, כאשר לוויין המחקר פלאנק (Planck Surveyor) ביצע מיפוי מדויק יותר. תצפיות קרקעיות מוסיפות מידע נוסף, למשל מפה של קיטוב הקרינה.

אורכי גל הקצרים מהתחום הנראה[עריכת קוד מקור | עריכה]

תצפיות באורכי הגל הקצרים: על-סגול, קרני רנטגן וקרני גמא מתבצעת כולה מאזורים גבוהים באטמוספירה או מהחלל משום שתחום קרינה זה נבלע באופן חזק ביותר באטמוספירה. כוכבים מסוימים מאירים גם בחלקים של האור העל סגול והרנטגן, אך תרומתם למראה היקום באורכי גל קצרים קטנה מאד. תצפיות בתחומים אלו כוללות בעיקר תהליכים פיזיקליים אלימים הקשורים ללידה ומוות של כוכבים ואזורים פעילים בליבות גלקסיות. תצפיות בתחום הרנטגן הן של גופים בעלי טמפרטורה אופיינית של מליון עד מאות מיליוני מעלות קלווין, כגון עצמים קומפקטיים ככוכבי ניוטורונים או חומר בדיסקת ספיחה של חורים שחורים (אם כי החורים השחורים עצמם אינם מאירים כלל). מאז שנות ה-40 של המאה ה-20 ידוע כי גם השמש מאירה בעל סגול וברנטגן אך בצורה חלשה משמעותית מההארה בתחום האור הנראה. תצפיות בתחום קרינת הגמא בדומה לקרינת הרנטגן כוללות אירועים אלימים כסופרנובות, יצירת חורים שחורים וכן דעיכה של געינים כבדים. מתפרצי קרינת גמא הם האירועים האנרגטיים ביותר הידועים לנו כיום, משך שיא ההתפרצות עומד על עשרות שניות בודדות אך בזמן זה משתחררת כמות אנרגיה השווה לזו שתאיר השמש במשך כל חייה.

האסטרונומיה בימינו[עריכת קוד מקור | עריכה]

תמונה של ערפילית הסרטן כפי שצולמה על ידי טלסקופ החלל האבל

האסטרונומיה המודרנית עוסקת בשלושה תחומים עיקריים, השלובים זה בזה:

האסטרונומים משתמשים במגוון שיטות, בראש וראשונה תצפיות בטלסקופים אופטיים ורדיו-טלסקופים המותקנים במצפים שונים ברחבי העולם או על לוויינים המיוחדים לכך. על גופים במערכת השמש לומדים גם מצילומם מקרוב באמצעות לוויינים.

בשנים האחרונות החלה להתפתח גם אסטרונומיה שאיננה בעזרת קרינה אלקטרומגנטית - אסטרונומית נייטרינו, אסטרונומית קרינה קוסמית ואסטרונומית גלי כבידה, תחומים אלו נמצאים בתחילתם ומרבית הידע האסטרונומי מגיע מקרינה אלקטרומגנטית.

אסטרונומיה על פי נושאים ובעיות[עריכת קוד מקור | עריכה]

ישנם תחומים נוספים שיכולים להחשב כחלק מאסטרונומיה:

ראו גם[עריכת קוד מקור | עריכה]

עיינו גם בפורטל

Q space.svg

פורטל מדעי החלל הוא שער לכל הערכים והנושאים הקשורים במדעי החלל. הפורטל מציג את תחומי מדעי החלל השונים, ביניהם: אסטרונומיה, אסטרופיזיקה, קוסמולוגיה, אישים שעסקו בתחום, ועוד.

לקריאה נוספת[עריכת קוד מקור | עריכה]

  • מייקל הוסקין (עורך), היסטוריה של האסטרונומיה: מהפרה-היסטוריה עד ימינו, תרגום והערות: ד"ר יקי מנשנפרוינד, עריכה מדעית: ד"ר שאול קציר, הוצאת רסלינג, 2012.
  • יגאל פת- אל, אסטרונומיה- מדריך להכרת השמיים, הוצאת קוסמוס טלסקופים, 1998, (מהדורה רביעית: 2011).
  • פליקס דותן, אל הכוכבים – מאטומים עד חורים שחוריםהוצאת מאגנס, 2001.

קישורים חיצוניים[עריכת קוד מקור | עריכה]

הערות שוליים[עריכת קוד מקור | עריכה]