מופע אורות הקוטב

אם תגיעו יום אחד לאחת מארצות הצפון הרחוק, או ליבשת אנטרקטיקה הקפואה, נסו להישאר ערים כל הלילה. עמדו בחוץ והסתכלו על השמים - אתם עשויים לראות את אחת התופעות המרהיבות על פני כדור הארץ – זוהר הקוטב. הזוהר הצפוני | צילום: ניוז קום

המופע הזה מתחיל כמה שעות אחרי השקיעה, בערך בחצות. לפתע פתאום, וללא שום רמז מוקדם, השמים מתעוררים לחיים ומתכסים ברצועות גליות ובמשטחים צבעוניים, ונראה כאילו הרקיע כולו רוקד לצלילי מנגינה בלתי נשמעת.

בשלב מסוים עוצמת האורות מתגברת והריקוד הופך לסוער ותזזיתי. אחרי שעה האורות הצבעוניים נרגעים, וחוזרים לנוע בצורה גלית רגועה. ריקוד סוער שכזה יכול לחזור על עצמו שוב במשך הלילה, אך בבוקר, כשזורחת השמש, הכול נעלם כאילו היה זה חלום.

בישראל אין סיכוי לחזות בריקוד המהפנט, ורק מי שמרחיק לצפון ולדרום יכול לחזות בתופעה המדהימה הזו. הצטרפו למסע בעקבות אורות הקוטב ויחד ננסה להבין כיצד הם נוצרים, איך השמש קשורה לזה, ומתי צפוי להתחיל הגל הקרוב של מופע האורות הטוב בעולם.

ריקוד הנשמות

זוהר הקוטב נקרא אוֹרוֹרה, על שם אלת השחר מיתולוגיה הרומאית – וברור מה המקור לשם. יש מקומות שבהם התופעה מתרחשת בכל כמה ימים, אבל האזורים האלה מיושבים בדלילות ולכן רק מעט מאוד אנשים זוכים לצפוֹת בו באופן קבוע.

העמים שחיו בצפון קנדה ובאלסקה קראו לתופעה "ריקוד הנשמות". הם האמינו שאלה נשמותיהם של הגיבורים שעוברות דרך פתח ברקיע בדרכן לגן העדן. רבים פחדו מהאורות המתנועעים, והניחו סכין ליד המיטה כדי שיוכלו להגן על עצמם מפני הנשמות כשיבואו לקחת אותם.

כך זה נראה מהחלל | צילום: inhauscreative, Istock

מרבית האנשים בעולם הקדום בכלל לא הכירו את אורות הצפון האלה. במקרים הבודדים שבהם הופיע זוהר הקוטב במרכז אירופה, הדבר גרם לבהלה. בשנת 1583, למשל, נהרו הכפריים של צרפת לכנסייה בפריז לאחר שראו "אש בשמים".

אבל עמי אירופה הצפונית הכירו אותם היטב, והנורווגים לא התייחסו אליהם כתופעה על טבעית. לכן, כבר במאה ה-13 הם ניסו למצוא הסברים מדעיים לתופעה. בשנת 1900 היה החוקר הנורווגי כריסטיאן בירקלנד הראשון שהצליח ליצור מעין אורורה בתנאי מעבדה, וסלל את הדרך למחקר המודרני של זוהר הקוטב.

 

הקשר המגנטי

קשה לחקור את זוהר הקוטב, משום שהאזורים שבהם הוא מופיע לעתים קרובות – אלסקה, צפון קנדה, גרינלנד, צפון סקנדינביה, צפון סיביר ויבשת אנטרקטיקה – רחוקים ממרכזי המחקר. למעשה, עד שנות ה-50 של המאה שעברה לא ידעו לומר בוודאות היכן התופעה מתרחשת.

שמיים בצבעים מרהיבים | צילום: דיילי מייל

כדי ללמוד קצת יותר, החליטו מדענים להציב באזורים הצפוניים כ-100 מצלמות שכוונו לשמים וצילמו את האורות הצבעוניים. מבין מאות החוקרים שבדקו את החומר המצולם, רק סטודנט יפני צעיר הצליח להבין את מה שהסתתר במשך שנים: זוהר הקוטב מתרחש בצורת טבעת ענקית סביב הקוטב המגנטי הצפוני.

מחקרים נוספים הראו שגם זוהר הקוטב הדרומי מתרחש בו זמנית באזור שצורתו טבעת, הממוקמת סביב הקוטב המגנטי הדרומי, כמובן.

כאן המקום להעיר שהקטבים המגנטיים רחוקים מהקטבים הגיאוגרפיים, המוכרים יותר, שדרכם עובר ציר הסיבוב של כדור הארץ. מקורם של הקטבים המגנטיים במגנטיות הפנימית של כדור הארץ, זו שגורמת למחט המצפן לפנות צפונה - או ליתר דיוק לעבר הקוטב המגנטי הצפוני.

מקומם של הקטבים הגיאוגרפיים ידוע בדיוק רב, אבל הקטבים המגנטיים זזים כל הזמן, ומדי שנה הם משנים את מקומם בכמה עשרות קילומטרים. נכון להיום, הקוטב המגנטי הצפוני נמצא מצפוֹן לקצה הצפוני של קנדה, והקוטב המגנטי הדרומי נמצא ליד יבשת אנטרקטיקה.

ובחזרה לאורות המסתוריים: אם זוהר הקוטב מופיע סביב הקטבים המגנטיים, סימן שהוא קשור למגנטיות של כדור הארץ. זה הרמז הראשון שלנו לפיצוח תעלומת ההיווצרות שלו. אנחנו יכולים לומר איפה אפשר לצפות בזוהר הקוטב, אבל זה עדיין לא אומר איפה הוא נוצר, כי כשאנחנו מסתכלים למעלה אנחנו יכולים לראות למרחק גדול מאוד.

למזלנו, את הגובה שבו נוצר זוהר הקוטב קל למצוא: פשוט מצלמים בו זמנית את האורות ממקומות שונים, ובודקים את הכיוון שבו הם מופיעים. הבדל גדול בכיוון בין שני תצלומים מצביע על גובה נמוך, ואילו הבדל קטן מרמז על גובה רב.

המדידות מראות שהגובה שבו נוצר זוהר הקוטב עומד על 250-80 קילומטרים, כלומר די גבוה - אבל עדיין באטמוספרה. זה הרמז השני שלנו.

 

הצבעים הזוהרים

הרמז השלישי קשור לצבעים של האורורה. כשמפציצים במעבדה גז באמצעות חלקיקים אנרגטיים, מקבלים פליטה של אור. התהליך מורכב משני שלבים: בהתחלה החלקיקים מעבירים לאטומי הגז אנרגיה וגורמים לאלקטרונים שלהם להתרחק מהמרכז. אחר כך, כשהאלקטרונים חוזרים למצב היציב שלהם, עודף האנרגיה נפלט בצורת אור.

כל מעבר של אלקטרון מרמה אנרגטית גבוהה לרמה נמוכה כרוך בפליטת אור בצבע מסוים, האופייני לגז שאותו בודקים. לכן בדיקת צבעי האורורה יכולה להסגיר את זהות הגזים האחראים לתופעה

אז אנחנו חוזרים לזוהר הצפוני שלנו, ורואים שהוא מתאפיין בגוונים של ירוק ואדום-כהה המתאימים לצבעים שפולטים אטומי חמצן, ובגוונים של כחול ואדום המתאימים לצבעים שפולטים אטומי חנקן. בעצם זה לא כל כך מפתיע, מפני שאלה שני הגזים הנפוצים ביותר באטמוספרה, ואנחנו כבר יודעים שזוהר הקוטב נוצר באטמוספרה.

סערת שמש | צילום: דיילי מייל תהליך היווצרות זוהר הקוטב דומה קצת למה שקורה בטלוויזיות הישנות (לא השטוחות). אלקטרונים אנרגטיים משתחררים מהצד האחורי של השפופרת, מואצים בעזרת מתח חשמלי ופוגעים במסך.

בעת הפגיעה הם מעבירים אנרגיה לאלקטרונים של החומר שממנו עשוי המסך, וכשהאלקטרונים הללו חוזרים למצב היסוֹדי שלהם נפלטת קרינת אור. זו התמונה שאנו רואים על המסך.

ואיך קשורה המגנטיות לכל הסיפור? באותם מכשירי טלוויזיה מוצבים מגנטים, המסיטים את קרן האלקטרונים וגורמים לה לסרוק את כל המסך. באופן דומה, המגנטיות של כדור הארץ משפיעה על התנועה של החלקיקים האנרגטיים ומנתבת אותם לעקוף את כדור הארץ.

 

סערת שמש

בשלב זה נשארה לנו רק תעלומה אחת לפתור: מהו מקור החלקיקים האנרגטיים שפוגעים באטומי הגז באטמוספרה? האם הם נפלטים מכדור הארץ עצמו, או שאולי הם מגיעים מאזורים רחוקים בגלקסיה שלנו?

הצבעים הזוהרים | צילום: ניוז קום תצפיות על השמש הראו באופן ברור שאחרי סערה שמשית, מתחזקת העוצמה של זוהר הקוטב והוא מגיע לאזורים רחוקים יותר מהקטבים המגנטיים. לאחר סערה שכזו יכולים תושבי ארצות הברית, אירופה המרכזית, דרום אוסטרליה וניו זילנד לצפות במופעי אורורה מרהיבים.

השכבה החיצונית של השמש נקראת עטרה, והטמפרטורה שלה יכולה להגיע למיליוני מעלות צלזיוס. בטמפרטורה כזו אטומי המימן, המרכיב העיקרי של השמש, מתפצלים לאלקטרונים ולפרוֹטוֹנים שנפלטים לחלל.

בעת סערה על השמש נפלטת בבת אחת כמות עצומה של אלקטרונים ופרוטונים לכיוונים שונים. החלקיקים הללו, המכונים רוח השמש, נעים במהירות עצומה והם יכולים להגיע לכדור הארץ בתוך יומיים-שלושה.

לרוח השמש עלולה להיות השפעה הרסנית, זה ברור. ההגנה הטובה ביותר שמספק הטבע היא המגנטיות של כדור הארץ, שגורמת לחלקיקים האלה לנוע סביבו מבלי לפגוע בו ישירות.

לאחר שהם כבר עברו את כדור הארץ, חלק מהאלקטרונים נלכד על ידי המגנטיות של כוכב הלכת שלנו ונעים לעברו בכל זאת.

הם גם מואצים על ידי מתח חשמלי גבוה לכיוון הקטבים המגנטיים, ופוגעים בגזים שנמצאים בחלקה הגבוה של האטמוספרה. וכמו שכבר הסברנו קודם, הגזים האלה פולטים את האור הצבעוני של זוהר הקוטב.

 

רוח טובה או רוח רעה

רוח השמש היא אחת הסיבות לכך ששהייה בחלל עלולה להיות מסוכנת מאוד – התוצאה של פגיעה ישירה שלה באסטרונאוטים דומה לזו של קרינה רדיואקטיבית, והיא עלולה לגרום להופעת מחלת הסרטן ואפילו למוות מיידי.

גם ציוד שמוצב בחלל, כמו לוויינים, עשוי להיפגע מרוח השמש ולהתקלקל או פשוט לשנות את מסלולו. אפילו אנחנו עלולים לסבול מרוח שמש חזקה במיוחד - חלק מהפסקות החשמל הגדולות בהיסטוריה נבעו משינויים שגרמה רוח השמש במגנטיות של כדור הארץ, והתוצאה הייתה היווצרות של זרמים חזקים בכבלי החשמל הארוכים.

למרבה המזל יש לנו דרך לדעת מתי רוח השמש תתחזק. אלה הם כתמים שחורים שנראים על פני השמש, שאותם אפשר לראות באמצעות ציוד מיוחד. הטמפרטורה בכתמי השמש נמוכה יותר מהסביבה שלם, וזה מסביר את הצבע השחור שלהם.

תופעת טבע מדהימה | צילום: דיילי מייל

הכתמים האלה הם תוצאה של פעילות מגנטית חזקה, שאחראית גם לסערות השמש - מה שאומר שיש קשר בין השניים. לכן מספר גדול של כתמי שמש הוא סימן מקדים מצוין לסערת שמש מתקרבת.

במאה ה-19 חלם האסטרונום החובב היינריך שוואבה לגלות כוכב לכת חדש. לשם כך הוא ספר מדי יום את כתמי השמש, כדי שלא יטעה לחשוב שאחד מהם הוא צילו של כוכב לכת המסתובב קרוב לשמש.

שוואבה לא גילה את כוכב הלכת הנכסף, אך מצא שכמות כתמי השמש משתנה במחזוריות של 11 שנים – אז מגיעה כמותם לשיא. בעוד שנתיים מגיע השיא הקרוב, וכבר השנה הספיקו תושבי סקנדינביה, קנדה וצפון ארצות הברית לחזות במופע אורורה מרשים.

המחזור הנוכחי של כתמי השמש יאפשר לחוקרים לבדוק את התיאוריות החדשות בכל הקשור לפעילות המגנטית של השמש והסערות שעל פניה, תחום מחקר שיש לו חשיבות רבה - בעיקר בגלל הסכנות של רוח השמש, אבל גם מפני שכך נוצר מופע האורות היפה ביותר בעולם.

הכתבה המלאה התפרסמה במגזין גליליאו צעיר, אוקטובר 2010

לקבלת גליון של גליליאו צעיר במתנה לחץ כאן

להזמנת מנוי