11.22 ההשפעות של השמש על כדור הארץ

החיים על כדור הארץ היו בלתי אפשריים בלי השמש. כשאנחנו חוקרים את הסביבות העוינות בשאר מערכת השמש, אנחנו לומדים להעריך את הקשר המיטיב שבין כדור הארץ לשמש. כמעט כל המשאבים של בני האדם נשענים על אנרגיית השמש. זה נכון לגבי כל המזון שלנו, כי השמש נמצאת בבסיס שרשרת המזון. זה נכון גם לגבי מקורות האנרגיה שלנו, כי רובם דלקים מאובנים, שמקורם בפוטוסינתזה בעזרת קרינת השמש. אנרגיה סולארית היא דוגמה מובנת מאליה, אבל גם מקורות אנרגיה חלופיים אחרים, כמו אנרגיית רוח, מנצלים תהליכים שהשמש מניעה. השמש משפיעה על כדור הארץ גם בדרכים עדינות יותר.

מי שגרים בקווי רוחב צפוניים ודרומיים קיצוניים זוכים לפעמים למופע אור מרשים. התופעה נקראת זוהר קוטבי (aurora). מקורה בחלקיקים טעונים בעלי אנרגיה גבוהה, שנפלטים מהשמש ומתנגשים באטמוספירה של כדור הארץ ליד הקטבים המגנטיים הצפוני והדרומי. כך נוצרים מדי פעם זוהרים באזור הארקטי ובאנטארקטיקה. הם נקראים גם הזוהר הצפוני והזוהר הדרומי (aurora borealis ו-aurora australis).

מה הופך את הזוהר הקוטבי למופע צבעוני כל כך? התלקחויות השמש פולטות לא רק קרינה, כמו קרני רנטגן, אלא גם זרמים של חלקיקים, כמו פרוטונים ואלקטרונים. החלקיקים מצטרפים לרוח השמש ומגבירים אותה. אם התלקחות או התפרצות מכוונת חומר לעבר כדור הארץ, רוח השמש המוגברת פוגעת באטמוספירה שלנו אחרי מסע של ימים ספורים. ההתגברות של רוח השמש יכולה להיות חזקה מספיק כדי לעוות מאוד את השדה המגנטי של כדור הארץ, ולהשפיע על התנועה של חלקיקים טעונים בכל הסביבה של כדור הארץ. כשרוח השמש חולפת סביב הגבולות החיצוניים של האטמוספירה העליונה (היונוספירה), היא יוצרת מתחים חשמליים של 100,000 וולט ויותר בין האזורים החיצוניים של השדה המגנטי לבין האטמוספירה. המתח הזה מאיץ חלק מהחלקיקים הטעונים לאורך קווי השדה המגנטי, לעבר הקטבים. החלקיקים מתנגשים באטמוספירה העליונה, מעוררים את אטומי הגז שבה וגורמים להם לזהור: חמצן זוהר בירוק ובאדום, וחנקן בכחול ובסגול. הזוהר חזק מספיק כדי לראות אותו מהקרקע ומהחלל. אפשר לראות את התופעה גם בפלנטות אחרות: גם לצדק ולשבתאי יש זוהר קוטבי פעיל.

מלבד אורות הזוהר המהפנטים, השמש עשויה להשפיע גם על האקלים של כדור הארץ. שינויים ארוכי טווח בקרינת השמש יכולים לשנות את האקלים העולמי. למשל, בתקופה שבין 1645 ל-1715 מספר כתמי השמש היה נמוך במיוחד (מינימום מאונדר), ודפוסי טבעות עצים ועדויות אחרות מראים שהאקלים בכדור הארץ השתנה בתקופה הזו. התיעוד מראה שבמיוחד צפון אירופה היה נתון אז בתקופה קרה, שנקראת "עידן הקרח הקטן". אבל לפי המחקר העדכני, החלק של השמש בקירור הזה היה קטן: הוא נגרם בעיקר מהתפרצויות געשיות גדולות. וזה לא פשוט כמו "יותר כתמים – שמש עמומה יותר": למעשה, בשיא מחזור הכתמים השמש מעט בהירה יותר, כי לצד הכתמים הכהים יש בה אזורים בהירים רבים. הבהירות הנראית של השמש משתנה רק ב-0.1% לאורך מחזור השמש, וזה לא מספיק כדי להסביר שינויים גדולים במזג האוויר או באקלים. מדענים מצאו גם מתאם בין פעילות כתמים נמוכה לבין בצורות קשות באתיופיה, לאורך יותר מארבע מאות שנים. בין השאר בגלל ההשפעות האלה על האקלים, האסטרונומים חוקרים את השמש מקרוב יותר, ולא רק את הכתמים שלה. החללית SOHO (Solar and Heliospheric Observatory) שוגרה בשנת 1995, והיא עדיין חוקרת את רוח השמש, את פנים השמש ואת האטמוספירה שלה מנקודת תצפית בין כדור הארץ לשמש (ובדרך גילתה יותר מ-5,000 שביטים!). במשך עשורים SOHO הייתה המקור העיקרי לנתונים בזמן אמת לחיזוי "מזג האוויר בחלל", אבל היכולות שלה נעקפו בידי מצפה הדינמיקה הסולארית (SDO), שנאס"א שיגרה בשנת 2010.

בכל שנייה מגיעים כ-1,360 ג'אול של אנרגיית שמש לכל מטר רבוע שפונה לשמש (מעל האטמוספירה של כדור הארץ). הקצב הכולל הזה משתנה רק בעשירית האחוז לאורך מחזור השמש, אבל השינויים בחלקים מסוימים של הספקטרום, כמו קרני רנטגן או קרינה אולטרה-סגולה, יכולים להיות גדולים הרבה יותר. מאחר ששכבת האוזון בולעת קרינה אולטרה-סגולה, שינוי בכמות הקרינה האולטרה-סגולה מהשמש יכול להשפיע על החימום ועל המבנה של האטמוספירה. שינויים קטנים במאזן החום של האטמוספירה יכולים להיות בעלי השפעות חמורות. שינוי של מעלה אחת בלבד בטמפרטורה השנתית הממוצעת יכול לגרום לשינויים דרמטיים באקלים ובייצור המזון. זו הסיבה שסימני ההתחממות הגלובלית מעוררים דאגה כה רבה. (כדור הארץ כבר התחמם בכ-1.3 מעלות מאז תחילת העידן התעשייתי, בעיקר בגלל פליטת גזי חממה על ידי בני אדם – לא בגלל השמש). ההשפעה של השמש על האקלים ועל החקלאות היא תחום מחקר פעיל. חקר השמש נוגע יותר ויותר לאסטרונומיה, למטאורולוגיה, לחקלאות ולכלכלה העולמית. הקשר בין השינויים בשמש לבין האקלים בכדור הארץ הוא תעלומה מדעית שעדיין מפוענחת.

→ הסעיף הקודם: 11.21 רוח השמש  |  הסעיף הבא: 11.23 מקורות אנרגיה קוסמיים ←