השמש

השמש

מידע כללי
סוג עצם:	כוכב
סיווג:	ננס צהוב
על פי הרצשפרונג-ראסל:	כוכב מהסדרה הראשית מטיפוס G2V
מאפיינים תצפיתיים
מרחק ממוצע מכדור הארץ:	149,597,887 ק"מ (8.31 דקות במהירות האור)
בהירות נראית (V):	26.8m−
בהירות מוחלטת:	4.8m
מאפיינים מסלוליים
מרחק ממוצע מהמרכז הגלקטי:	‎2.5×1017 km‎ ‏ (26,000-28,000 שנות אור)
תקופה גלקטית (a): (משך המסלול סביב המרכז הגלקטי)	225,000,000 שנה עד 250,000,000 שנה
מהירות: - סביב מרכז הגלקסיה - ביחס לסביבה הגלקטית	217 ק"מ/שנייה 20 ק"מ/שנייה
שיפוע ציר: - ביחס למישור המילקה - ביחס למישור הגלקטי	7.25° 67.23°
משך זמן סיבוב: (בקו המשווה)	25 יום, 9 שעות, 7 דקות, 13 שניות
מהירות סיבוב: (בקו המשווה)	7,174 ק"מ/שעה
מאפיינים פיזיים
קוטר ממוצע:	‎1.392×109 m‎ (פי 109 מקוטר כדור הארץ)
היקף:	‎4.373×109 m‎ (פי 342 מהיקף כדור הארץ)
שטח הפנים:	‎6.09×1018 m2‎ (פי 11,900 משטח פני כדור הארץ)
נפח:	‎1.41×1027 m3‎ (פי 1,300,000 מנפח כדור הארץ)
מסה:	‎ 1.988435×1030 Kg‎ (פי 332,946 ממסת כדור הארץ)
צפיפות:	1.408 גרם/סמ"ק (פי 0.26 מכדור הארץ, ו-1.409 ממים)
כבידה על פני השטח:	273.95 m s-2
כבידה יחסית על פני השטח:	27.9 ג'י
מהירות מילוט:	617.54 ק"מ/שנייה (פי 55 ממהירות המילוט בכדור הארץ)
טמפרטורה: - פני השמש - הילת השמש - ליבת השמש	5,785 קלווין ‎5×106 קלווין‎ ‎15.7×106 קלווין‎
נהירות: (LS)	‎3.827×1026 J s-1‎
הרכב הפוטוספירה
מימן:	73.46 %
הליום:	24.85 %
חמצן:	0.77 %
פחמן:	0.29 %
ברזל:	0.16 %
נאון:	0.12 %
חנקן:	0.09 %
צורן:	0.07 %
מגנזיום:	0.05 %
גופרית:	0.04 %

קובץ:Sun02.jpg

השמש בגלוית מרב מארצות הברית שנת 2000. צילום השמש על ידי הסקיילאב 4 ב-19 בדצמבר 1973. נאס"א

הַשֶמֶשׁ היא כוכב מטיפוס ננס צהוב שהוא מרכז מערכת השמש. כדור הארץ וגופים נוספים (הכוללים כוכבי לכת, כוכבי לכת ננסיים, אסטרואידים, שביטים ואבק כוכבי) חגים סביב השמש במסלול קבוע עקב כוח המשיכה שלה.

מסת השמש היא 99.86% מכלל המסה הידועה של מערכת השמש, והשפעתה על הגופים השונים בה רבה מאוד. כוח המשיכה הרב של השמש מושך חומר פנימה, ואילו רוח השמש שנפלטת כתוצאה מהפעילות התרמו-גרעינית דוחפת את אותם הגופים החוצה. הגופים הגדולים (כוכבי הלכת) במערכת השמש מצויים במסלולים יציבים של סיבוב סביב השמש, כאשר כח הכבידה של השמש הוא הכח המחזיק אותם במסלול, ומונע מהם לברוח לחלל הרחוק. מסלולי הגופים נקבעים על ידי האינטראקציה הכבידתית בין כל הגופים במערכת השמש, אם כי השמש עצמה היא הגורם הדומיננטי ובקירוב ראשון, המסלולים הם מסלולים אליפטיים קפלריאניים. יתרה מזאת, האנרגיה של קרינת השמש תומכת בכל החיים בכדור הארץ ומניעה את האקלים ומזג האוויר הגלובלי.

השמש ידועה גם בשם "חמה" ובשם הלטיני סוֹל (Sol) ובשם היווני שלה, הֶלְיוֹס (Helios).

הסמל האסטרולוגי והאסטרונומי של השמש מורכב מעיגול שבמרכזו נקודה - - על אף שנראה שהסמל מציין את מיקום השמש במרכז מערכת השמש, הוא קדם לתפיסה ההליוצנטרית.

מידע כללי

הטמפרטורה על פני השמש היא 5,785 קלווין ואילו במרכזה היא מגיעה לכ-15.7 מיליון מעלות. החום הרב השורר במרכז השמש מאפשר קיום תהליכים תרמו-גרעיניים, ובפרט היתוך גרעיני, שהם מקור האנרגיה של השמש. קוטר השמש הוא 1,392,000 קילומטר ונפחה גדול פי מיליון מנפח כדור הארץ. מסתה גדולה ממסת כדור הארץ פי 300,000 בקירוב, והיא עשויה בעיקר ממימן - 74%, והליום - 24%. היא מכילה גם חמצן, פחמן, חנקן, ניאון, ברזל, צורן, מגנזיום, גופרית ויסודות אחרים בשיעורים קטנים יחסית.

השמש סובבת סביב צירה אך היא אינה גוף קשיח, וזאת ניתן לראות בכתמי השמש, שהם תוצאה של פעילות מגנטית חזקה על פני השמש. צבעם כהה יותר מפני השמש בגלל הטמפרטורה הנמוכה שלהם יחסית לפני השמש.

גילה המוערך של השמש הוא 4.5 מיליארד שנה. היא נעה במסלול בגלקסיית שביל החלב במרחק של כ-25 אלף עד 28 אלף שנות אור ממרכז הגלקסיה, ומשלימה סיבוב בכ-226 מיליון שנים.

כאשר מסתכלים על השמש רואים אותה במצבה כפי שהיה לפני כ-8 דקות לערך. הסיבה לכך היא המרחק הגדול שבין כדור הארץ לשמש (כ-150,000,000 ק"מ, או 1 יחידה אסטרונומית), והעובדה שהאור נע במהירות סופית.

לעתים מסתיר הירח את השמש מעיני צופים הנמצאים על כדור הארץ. תופעה זו קרויה ליקוי חמה, ובמשך דורות רבים הטילה אימה על האדם.

סיווגה של השמש בדיאגרמת הרצשפרונג-ראסל הינו G2V שמשמעותו כי השמש הינה כוכב ננס צהוב הנמצא בשלב בעירת המימן.

מחזור חיים

ההיסטוריה של השמש ועתידה

קיומם של יסודות כבדים במערכת השמש, כגון ברזל, זהב ואורניום, מצביע על כך שהשמש לא נמנת על הדור הראשון של הכוכבים, כלומר, היא נוצרה משרידיהם של כוכבים קדומים אשר יצרו את אותם יסודות כבדים. הדרך הסבירה ביותר להופעת יסודות כאלה היא התהליכים הגרעיניים המתרחשים בהתפרצות של סופר נובה או מהתמרת יסודות דרך ספיגת ניוטרונים בליבה של כוכב מסיבי מן הדור הראשון.

מסת השמש הינה כ 1.9891x10³⁰ קילוגרם הקטנה מן הגבול התחתון ליצירת חור שחור (שלוש מסות שמש) או אף לכוכב נייטרונים (1.44 מסות שמש, גבול צ'נדרסקהר). לפיכך תהפוך השמש, בעוד כחמישה מיליארד שנים, לענק אדום, כאשר כ-9% מן הדלק המימני בליבה יותך להליום. בתקופה זו יתחיל היתוך נמרץ של גרעיני הליום בתהליך שנקרא הבזק הליום. אז תעלה טמפרטורת הליבה לכ-300 מיליון מעלות, והשכבות החיצוניות של השמש יתפשטו אל מעבר למסלולו הנוכחי של כדור הארץ. בהמשך, תנודות בטמפרטורה יגרמו לשמש להשיל את השכבות החיצוניות, שיהפכו לערפילית פלנטרית. ליבת השמש תהפוך לננס לבן, המצטנן לאיטו בחלל.

מבנה

השמש מורכבת משני חלקים המחולקים למספר מקטעים, החלק הפנימי של השמש מורכב מליבת השמש, אחריה מגיעה החלק הקרינתי והחלק הזרימתי. החלק החיצוני של פני השמש הנראה לעין ושממנו נפלטת קרינת השמש לחלל הוא הפוטוספירה, שעוביה אינו עולה על כמה מאות קילומטרים. מעל הפוטוספירה מצויה האטמוספירה של השמש, צבעה כתום והיא מכונה כרומוספירה. מעבר לכרומוספירה מצויה שכבת מעבר שעובייה כ-75,000 קילומטר ומעבר לה מצויה העטרה שבה ניתן לחזות בשעת ליקוי חמה מלא.

ליבת השמש

ערך מורחב – ליבת השמש

רדיוס ליבת השמש הינו 20% מרדיוס השמש בלבד, אולם אזור זה מהווה את מקור האנרגיה של השמש שכן רק שם מתקיים היתוך גרעיני. התנאים השוררים בליבת השמש על מנת לאפשר היתוך גרעיני הנם קיצוניים ביותר, הצפיפות הממוצעת עומדת על כ-150,000 קילוגרם למטר³, הטמפרטורה הינה כ13,600,000^o צלזיוס.

התהליכים המתרחשים בליבת השמש מהווים את המקור לאנרגית האור והחום המאפשרות את קיום החיים בכדור הארץ. מקור האנרגיה הינו בתהליכי היתוך גרעיני בו זוג אטומי מימן עוברים היתוך לאטום הליום. אם נמדוד את מסתו של אטום הליום נגלה שהיא קטנה במעט מזו של שני אטומי המימן, כ0.71% מן המסה הומרה לאנרגיה בהתאם למשוואתו הידועה של אלברט איינשטיין $E=mc^{2}$ כאשר E הינה האנרגיה, m המסה ו $c^{2}$ מהירות האור בריבוע. בשמש מידי שניה כ 4 מליון טונות של מימן הופך לאנרגיה ונייטרונים. לפי הערכות עדכניות במהלך חייה של השמש ככוכב סדרה ראשית עד עתה הומרה מסה הגדולה פי 100 מזו של כדור הארץ לאנרגיה.

מעטפת השמש

האנרגיה שנוצרת בליבת השמש עוברת בדרכה לפוטוספירה דרך נכבדה טרם הגעתה אל פני השמש וצאתה לחלל. חלקים שונים בפנים השמש מתנהגים בצורה שונה מבחינה תרמודינמית ולכן בשמש קיימים שני אזורים שונים בצורת העברת האנרגיה בהם.

האזור הקרינתי

באזור הקרינתי פוטונים שנפלטו מליבת השמש נקלטים באטומים ונפלטים וחוזר חלילה. רדיוס האזור הקרינתי הינו מ0.2 מרדיוס השמש ועד ל0.7 מרדיוסה.

האזור ההסעתי

האזור ההסעתי מאופיין בכך ש"בועות" חומר עולות בו מהאזור הקרינתי ועד לפוטוספירה. לאחר הגעתן אל פני השמש החומר בבועות מתקרר והחומר עתה יורד אל האזור הקרינתי שם יחומם שוב. תנועה זו של בועות חומר אל פני השמש גורמת למראה המנוקד של השמש. לפי תאוריית הדינמו דבר זה הוא אשר אשר ממלא את פני השמש באזורי צפון-דרום מגנטיים

ההפרדה בין האזור ההסעתי לאזור הקרינתי נובעת מהבדלים בצפיפות, בטמפרטורה וקצב ירידת הטמפרטורה כמרחק ממרכז השמש.

פוטוספירה

ערך מורחב – פוטוספירה

הפוטוספירה היא שכבה המהווה את פני השמש הנראים, ובה מתרחשות כל התופעות הנראות על השמש.

הטמפרטורה השוררת בפוטוספירה היא כ-5,500 מעלות צלזיוס. פני השמש אינם חלקים אלא דמויי גרעיני חמנייה, הנוצרים מזרמי בועות הגז, העולים משכבת ההסעה ומעלות את הפוטונים אליה. הקצוות הכהים של הגרעינים הם גז שהצטנן, היורד חזרה לשכבת ההסעה. עובי הפוטוספירה הכולל הוא 550 ק"מ.

כרומוספירה

ערך מורחב – כרומוספירה

הכרומוספירה היא שכבה המהווה את האטמוספירה התחתונה של השמש והיא בעלת צבע אדמדם. עובייה 3,000 ק"מ והיא אינה נראית לעין הבלתי מזוינת, אלא רק בזמן ליקוי חמה. בשכבה זו מופיעות לשונות השמש.

עטרה

ערך מורחב – עטרה (שמש)

העטרה, הנקראת גם הילת השמש, מהווה את האטמוספירה העליונה של השמש. היא נראית רק בזמן ליקוי חמה. עובי ההילה אינו מוגדר והוא מתמזג עם רוח השמש.

ההילה סימטרית כאשר פעילות השמש מינימלית, וגועשת כאשר פעילות השמש מקסימלית. טמפרטורת ההילה מגיעה לשני מיליון מעלות צלזיוס. בהילה ישנם אזורים שחורים (אזורי-X) הנקראים גם חורים בהילה. חורים אלה, גדולים בהרבה מכתם שמש ממוצע, ולכן משך חייהם ארוך יותר. החור "נסגר" תוך ארבעה חודשים והוא משלים סיבוב ב-27 ימי ארץ. מתוך החור זורם זרם חזק במיוחד של רוח שמש.

פעילות סולרית

כתמי שמש מחזור סולרי

כתמי השמש מופיעים במחזור לא לגמרי סדיר של כ-11 שנים. בשיא המחזור מתעצמת כמות הכתמים פי 10 ויותר. מאחר והכתמים נוצרים מפעילות המגנטית של השמש ומהתפרצויות המשחררות לחלל חלקיקים טעונים הבאות בעקבותיה יש למחזור הכתמים השפעה גם על כדור הארץ. דוגמא להשפעה ברורה היא הפרעות תקשורת הנוצרות מהגעת החלקיקים הטעונים לאטמוספירה. כמו"כ ההשפעה על התגברות תופעת הזוהר הקוטבי. לא ברור אם קיימת השפעה על האקלים בכדור הארץ. ידוע רק שבסוף המאה השבע עשרה ותחילת המאה השמונה עשרה חלה תקופת התקררות (תקופת הקרח הקטנה) בכדור הארץ במקביל להפסקת תופעת כתמי השמש. שיא כתמי השמש האחרון התרחש בשנים 2001-2000.

מקור האנרגיה של השמש

השמש כפי שהיא נראית מכדור הארץ, מבעד לעננים

משחר ההיסטוריה ידוע שקרינת השמש חיונית לחיים על כדור הארץ, אך לקדמונים לא הייתה כל דרך למצוא מה גורם לשמש לבעור.

את הנסיון הראשון בכיוון זה עשה ב-1848 רופא גרמני בשם יוליוס מאייר (Mayer), שחישב כי אם השמש (שממדיה כבר היו ידועים באותה עת) הייתה עשויה כולה פחם, היא הייתה יכולה לספק אנרגיה בקצב הנוכחי במשך 5000 שנה בלבד. הוא בחן גם את האפשרות שמקור האנרגיה של השמש הוא מטאוריטים הפוגעים בה, אלא שכדי להקרין די אנרגיה באופן כזה, היה על המסה של השמש לעלות עם הזמן במידה משמעותית, בניגוד לתצפיות האסטרונומיות.

ב1854 הציעו פון הלמהולץ ולורד קלווין שמקור האנרגיה של השמש בהתכווצות הגז המרכיב אותה. הם חישבו שבאופן כזה תוכל השמש לבעור כשלושים מיליון שנה. בתחילת המאה העשרים שער אדינגטון שהשמש מנצלת תגובות גרעיניות. מכניקת הקוונטים לא הייתה קיימת אז, וכך לא יכול היה אדינגטון להוסיף פרטים להשערה זו.

ב-1938 פתר הנס בתה את החידה, בהציעו סדרה מורכבת של תגובות גרעיניות המתאימות לטיפוסי הקרינה הנפלטים מן השמש; תגובות אלה הן הבסיס למה שמכונה היום "המודל הסטנדרטי של השמש". לפי בתה, רביעיות של אטומי מימן הופכות בליבת השמש לזוג אטומי הליום. הפסד המסה, 0.71%, הופך לאנרגית חום, הקורנת מן הפוטוספירה. בקצב הקרינה שלה השמש יכולה לפעול כ-10 מיליארד שנים, וכיוון שהיא כבר קיימת כ-5 מיליארד שנים, הרי שנותרו לה עוד 5 מיליארד שנים להקרין אנרגיה.

השמש בתרבות האנושית

ערך מורחב – אל השמש

ליפן המכונה גם "ארץ השמש העולה", דגל שבו עיגול אדום המסמל את דיסקת השמש על גבי רקע לבן. משמעות שמה של יפן ביפנית היא "מקור השמש".

לאורך ההיסטוריה האנושית, ראו תרבויות שונות בשמש גוף מקודש. היסטוריונים למדו מהספרות ומהמיתולוגיות השונות כי עמים סגדו לשמש והאנישו אותה בדמות אלי שמש שונים. פעמים רבות ייחסו תרבויות שונות יכולות וכוחות גדולים יותר לאלי השמש שלהם ביחס לשאר האלים.

כמעט בכל תרבות ניתן למצוא אל שמש: בהינדואיזם מתוארת השמש בצורה הנראית של אלוהים שאותה יכולים לראות הכול מדי יום ביומו וסוריא הייתה אלת השמש הראשית. בתרבות הכנענית השמש הייתה אלה ששמה היה שפש או שמש, וכינויה היה "מנורת האלים". במיתולוגיה מצרית אל השמש היה רע אמונה רווחת הייתה כי האל שט בסירת השמש, ובלילה הוא עובר בשאול, מתחת לפני הקרקע או במנהרה תת-קרקעית. בפירמידות שונות נמצאו סירות שמש שמטרתן הייתה להשיט את נשמתו של הנפטר לעבר השמש אל חיי נצח. גם תרבויות עתיקות באמריקה, כדוגמת בתרבות האינקה ותרבות האצטקים סגדו לשמש ולאלים שלה.

בתקופות מאוחרות המשיכו גם היוונים בהאנשת השמש במיתולוגיה שלהם והטיטאן הליוס אשר רכב על כרכרת אש בשמים, היה יוצר את היום, ואז רוכב למחילה תת-קרקעית ובכך יוצר את הלילה. בשלבים מאוחרים היה אפולו אל השמש הראשי של היוונים.

בחמש מאות שנות שלטונה של האימפריה הרומית אומצו האלים השונים מהתרבות היוונית ואת הליוס החליף אל השמש סול. הכינוי "סול אינביקטוס" (Sol Invictus) שמשמעותו "השמש הבלתי מנוצחת" אומץ למספר אלי שמש נוספים והוטבע על מטבעות רומיים שונים במהלך המאה ה-3 והמאה ה-4.

חוקרי האיקונוגרפיה הנוצרית מצאו הרבה דימויים המזהים את ישו עם השמש כמו הכתר הזוהר, הכרכרה הבהירה ויש המשערים כי המשיכה הנוצרית ל-25 בדצמבר מקורה בטקסים פגניים לציון אל השמש.

לקריאה נוספת

צפריר קולת, אטלס השמים הישראלי, מפה, 2004

ראו גם

• רוח השמש
• קרינת השמש
• אנרגיה סולארית
• מערכת השמש

קישורים חיצוניים

• תבנית:הידען2 (בעברית)
• תבנית:הידען2 (בעברית)
• השמש - באתר "אסטרופדיה" (בעברית)
• הספר העולמי: השמש - באתר נאס"א (באנגלית)
• דף נתונים על השמש, באתר נאס"א (באנגלית)
• צמ"ד אונליין - מאגר מדע: כיצד זורחת השמש? הרצאה בעברית.
• צמ"ד אונליין - מאגר מדע: מנהור קוונטי - היכולת להיות משני צידי המחסום סרטון עם הסברים.

תבנית:Link FA ak:Ewia