חשיבותה של השמש

אנו שומעים רבות על נזקיה האדירים ועל הסכנות שבחשיפה לשמש, אך אף אחד לא מדבר בשבחה ומזכיר לנו את העובדה הפשוטה שבלעדי השמש, לא היו חיים על כדור הארץ. במאמר הבא נסקור את מגוון התפקידים והתהליכים החשובים שהשמש אחראית עליהם, וכיצד כדור הארץ מתגונן מפני השפעותיה המזיקות.

כוח ואור
לעומת שאר היקום, כדור הארץ קטן מאוד. כוכב הלכת שלנו הוא אחד מתוך 200 מיליארד כוכבים בגלקסיה שלנו. הגלקסיה שלנו, שביל החלב, היא חלק קטן מהיקום שכולל מיליוני גלקסיות אחרות על מיליארדי הכוכבים שלהם. לשם השוואה, תוכלו להבין לבד שגודלו של כדור הארץ הוא מיקרוסקופי כשמדברים במונחים של יקום.

מצד שני, בהשוואה לאדם, כדור הארץ הוא עצום. יש לו קוטר של 12,756 ק"מ באיזור קו המשווה, והוא בעל מסה של 6x10²⁴ ק"ג. כדור הארץ מסתובב סביב השמש במהירות של כ-107,243 קמ"ש (29.79 ק"מ בשנייה). מובן אם כך, מדוע נתפס כדור הארץ כדבר עצום בעיני אנשים, אך למעשה הוא קטן בהרבה בהשוואה לשמש.

מנקודת המבט שלנו, על כדור הארץ, נראית השמש קטנה מאוד. הסיבה לכך היא שהשמש רחוקה מאיתנו 149,597,887 ק"מ. הקוטר של השמש, באיזור קו המשווה שלה, הוא בערך פי 100 מהקוטר של כדור הארץ, וכדור הארץ יכול "להיכנס" בגודל של השמש כמליון פעמים. אתם בטח יכולים לתאר לעצמכם על איזה דבר עצום אנחנו מדברים.

אך בלי השמש, כדור הארץ לא יכול היה להתקיים. במובן מסוים, כדור הארץ הוא מכונה ענקית המורכבת מהרבה חלקים נעים ומערכות מורכבות. כל המערכות הללו צריכות כוח, והכוח המניע אותן מגיע מהשמש.

השמש היא מקור עצום של אנרגיה גרעינית - באמצעות תגובות מורכבות, היא הופכת מימן להליום, דבר שמשחרר אור וחום. בזכות התגובות הללו, כל מטר מרובע על כדור הארץ מקבל בערך 342 וואט של אנרגיה מהשמש מדי שנה. זה בערך 1.7x10¹⁷ וואט בסך הכל, שזה שווה ערך לכמות האנרגיה שמסוגלות לייצר 1.7 מיליארד תחנות כוח.

כשהאנרגיה מגיעה לכדור הארץ, היא מספקת כוח עבור מגוון רחב של תגובות, מחזורים ומערכות. היא גורמת להנעת האטמוספירה והאוקיינוסים. היא עוזרת לצמחים לייצר מזון שעליו מתבססים החיים על הכדור.

לאדם הרגיל, התרומות הבולטות של השמש הן אור, חום ומזג האויר. כעת נצלול מעט ונבדוק כיצד השמש אחראית על כל אחד מהתהליכים השונים.

יום ולילה
חלק מההשפעות הגדולות של השמש על כדור הארץ מאוד אינטואטיביות. כשכדור הארץ מסתובב על צירו, חלק ממנו מול השמש וחלק בצל. במילים אחרות, השמש נראית כאילו היא זורחת ושוקעת. החלק של כדור הארץ שנמצא באור מתחמם, בעוד החלק שנמצא בצל מאבד בהדרגה את החום שספג במהלך היום.

אתם יכולים להבין את ההשפעה של השמש על טמפרטורת כדור הארץ בצורה טובה יותר אם תצאו החוצה ביום מעונן חלקית. כאשר השמש "מתחבאת" מאחורי העננים, תרגישו שקר יותר באופן ניכר אפילו שזה לא כך במציאות. פני השטח של כוכב הלכת שלנו סופג את חום השמש ופולט אותו, באותו האופן שהמדרכה ממשיכה להיות חמה בקיץ גם לאחר שקיעת השמש. האטמוספירה שלנו עושה את אותו הדבר - היא סופגת את החום שהקרקע פולטת, ומחזירה חלק ממנו חזרה לכדור הארץ.

מערכת היחסים של כדור הארץ והשמש יוצרת גם את עונות השנה. כדור הארץ נוטה מעט על צירו - בערך 23.5 מעלות. חצי כדור פונה לכיוון השמש בעוד החצי השני פונה לצד הנגדי. חצי הכדור שפונה לכיוון השמש מקבל צפיפות גבוהה יותר של קרני שמש, ולכן חם יותר ומקבל יותר אור - קיץ, בעוד החצי השני מקבל צפיפות נמוכה יותר של קרני שמש ולכן קר יותר ומקבל פחות אור - חורף. אפקט זה הוא פחות דרמטי באיזור קו המשווה לעומת הקטבים, שכן קו המשווה מקבל בערך את אותה הכמות של קרני שמש כל השנה. לעומת זאת, הקטבים אינם מקבלים כלל קרני שמש בתקופת החורף שלהם, וזו אחת הסיבות לעובדה שהם קפואים.

רוב האנשים רגילים כל כך להבדלים בין היום ללילה (ובין הקיץ לחורף) עד כדי כך שהם לוקחים זאת כדבר מובן מאליו. אך לשינויים אלה יש השפעה אדירה על מערכות אחרות על פני הכדור שלנו. אחת מהן היא זרימת האוויר דרך האטמוספירה שלנו.

לדוגמה, השמש מאירה מעל קו המשווה, כיוון שקו המשווה פונה ישירות לעבר השמש ובגלל ששכבת האוזון דקה יחסית באיזור זה. כשהאוויר מתחמם, הוא מתחיל לעלות ויוצר איזור עם לחץ אוויר נמוך. ככל שהאוויר עולה גבוה יותר, הוא מתקרר. ככל שהוא מתקרר, אדי המים שבאוויר מתעבים ונוצרים מים, כלומר עננים וגשם. האוויר מתייבש בזמן שיורד הגשם והתוצאה היא אוויר חם, יבש וגבוה יחסית באטמוספירה שלנו. בגלל לחץ אוויר נמוך יותר, האוויר זורם לכיוון קו המשווה מהצפון והדרום. כשהוא מתחמם, הוא עולה ודוחף את האוויר החם לצפון והדרום. האוויר היבש שוקע בזמן שהוא מתקרר, ויוצר איזורים עם לחץ אוויר גבוה וזורם צפונה ודרומה מקו המשווה.

זוהי רק דוגמה אחת לדרך בה השמש גורמת לזרמי אוויר ברחבי העולם - זרמי אוקיינוס, דפוסי מזג האוויר וגורמים אחרים משחקים תפקיד גם הם. באופן כללי, האוויר זורם מלחץ גבוה ללחץ נמוך, באותה צורה בה זורם האוויר החוצה מבלון מנופח. החום זורם גם הוא מקו המשווה החם לעבר הקטבים, שהם קרים יותר.

דמיינו לעצמכם משקה חם שמונח על השולחן שלכם - האוויר שמסביב למשקה הופך להיות חם יותר בעוד המשקה הופך להיות קר יותר. זה קורה גם על כדור הארץ, רק בקנה מידה עצום.

השמש מקבלת את רוב הקרדיט על יצירת רוח וגשם. כאשר השמש מחממת את האוויר במיקום מסויים, האוויר עולה ונוצר איזור עם לחץ אוויר נמוך. כאמור, האוויר זורם מלחץ גבוה ללחץ נמוך ולכן ממהר לאזן את הלחץ וזורם לאיזור עם לחץ האוויר הנמוך - יצירת הרוח. בלי השמש לא היתה רוח. יכול להיות שבכלל לא היה אוויר לנשימה. נבדוק את הסיבות לכך בהמשך.

סוכר וחמצן
האטמוספירה של כדור הארץ מורכבת בעיקר מחנקן. החמצן מהווה 21% מהאוויר שאנו נושמים. פחמן דו-חמצני, ארגון, אוזון, אדי מים וגזים אחרים מהווים חלק זעיר ממנו, בערך 1%. גזים אלה הגיעו, כנראה, מהתהליכים השונים בהתפתחות כדור הארץ.

אך ישנם מדענים רבים המאמינים שהאטמוספירה של כדור הארץ לא היתה מכילה את החמצן שאנו זקוקים לו ללא הצמחים. צמחים, ועוד מספר חיידקים, משחררים חמצן במהלך הפוטוסינתזה, תהליך שבו הם הופכים מים ופחמן דו-חמצני לסוכר, שהוא המזון שלהם.

הפוטוסינתזה היא תגובה מורכבת. היא דומה לדרך שבו הגוף מפרק את המזון לדלק שהוא יכול לאחסן. לאמיתו של דבר, באמצעות אנרגיה מהשמש, הצמח יכול להפוך פחמן דו-חמצני ומים, לגלוקוז וחמצן.

ובמונחים כימיים:  6CO₂ + 12H₂O  -> C₆H₁₂O₆ + 6O₂+ 6H₂O + אור.

במילים אחרות, בעוד אנו שואפים חמצן ונושפים פחמן דו-חמצני, הצמחים "שואפים" פחמן דו-חמצני ו"נושפים" חמצן.

ללא השמש, לא היה אוויר לנשימה ולא היה לצמחים אפשרות לייצר מזון, מזון שמזין אותנו ובעלי חיים רבים שמשמשים אותנו למאכל.

ברור, הצמחים חשובים לנו, אבל לא רק בגלל שהם מספקים לנו מזון וחמצן. הצמחים מסייעים גם בשליטה על כמות הפחמן דו-חמצני באטמוספירה. הם מגנים על האדמה מפני רוחות וסחף. בנוסף, הם משחררים מים לאוויר במהלך הפוטוסינתזה. מים אלה, יחד עם המים שעל פני כדור הארץ, משתתפים במחזור הענק עליו שולטת השמש.

מים ואש
לשמש יש השפעה עצומה על המים שלנו. היא מחממת את האוקיינוס סביב האיזורים הטרופיים, והעדרה גורם להתקררות המים סביב הקטבים. משום כך, זרמי האוקיינוס מעבירים כמויות גדולות של מים חמים וקרים, דבר שמשפיע באופן דרסטי על מזג האוויר והאקלים מסביב לעולם. השמש מניעה את מחזור המים, שהוא 495,000 ק"מ מעוקבים של אדי מים, מדי שנה.

אם יצא לכם אי פעם לשחות בבריכה ביום קייצי, ולאחר מספר דקות שיצאתם מהמים הייתם יבשים לגמרי, אזי חוויתם את אידוי המים ממקור ראשון. אם יצא לכם לראות טיפות מים זולגות על הכוס מסביב למשקה קר, אז הייתם עדים גם כן לעיבוי. אלה הם המרכיבים העיקריים של מחזור המים, המכונה גם המחזור ההידרולוגי. מחזור המים אחראי על העננים והגשם, כמו גם על מי השתייה שלנו.

אז זה מה שקורה: השמש זורחת על פני אוקיינוסים ואגמים, ומעוררת את מולקולות המים (מעלה אותם לרמה אנרגטית גבוהה יותר). ככל שהשמש מעוררת את המולקולות, הן זזות מהר יותר והמים מתאדים. המולקולות עולות דרך האטמוספירה כאדי מים. הצמחים מוסיפים גם הם אדי מים, כתוצר לוואי של הפוטוסינתזה, תהליך שתלוי גם הוא בשמש. במקומות אחרים, המים עוברים המראה, כלומר הופכים ממוצק ישירות לגז. כל אדי המים הללו עולים לאטמוספירה. ככל שהם עולים גבוה יותר, כך הם מתקררים. מולקולות המים הופכות לאיטיות יותר ונדבקות זו לזו, או בשפת העם מתרחשת התעבות - הפיכת אדים לנוזל. דבר זה יוצר עננים. (כתלות בגובה ובעובי שלהם, העננים יכולים לחמם או לקרר את פני השטח של כדור הארץ שמתחתם). הטיפות ממשיכות להשתלב בתוך העננים וכאשר הן מספיק גדולות וכבדות, הן נופלות בצורת משקעים - גשם, ברד או שלג. הגשם נופל על האדמה - חלקו נספג בה ומזין את הצמחים, וחלקו זורם בחזרה לאגמים ולאוקיינוס.

בלי השמש, שאחראית על תהליך האידוי, מחזור המים לא היה יכול להתקיים. לא היה לנו עננים או גשם. המים על פני כדור הארץ היו עומדים. הם היו בצורת מוצק (קרח) כיוון שאם השמש לא היתה מחממת אותו, כדור הארץ היה קפוא לגמרי.

השמש מניעה את התהליכים ששולטים באקלים ובתוכן של האטמוספירה שלנו. בלעדיה, לא היה לנו חמצן או מים בצורה נוזל. לא היה לנו מזג אויר או עונות שנה. אך לאנרגיה העצומה של השמש יש גם מספר חסרונות. אחרי הכל, נבחן מספר תופעות המגנות על כדור הארץ מכוחה האדיר של השמש.

חום ורוח
למקור העוצמה העצום של השמש יש שני חסרונות עיקריים - אור אולטרה סגול (קרינת UV) ורוח השמש. האור האולטרה סגול יכול לגרום לקטרקט, סרטן ובעיות בריאותיות אחרות. רוח השמש, זרם של חלקיקים טעונים (מיוננים) הזורמים מהשמש, יכולים לחסל את האטמוספירה שלנו. למרבה המזל, לכדור הארץ יש מספר הגנות טבעיות. שכבת האוזון מגנה עלינו מפני אור אולטרה סגול, והשדה המגנטי של כדור הארץ מגן עלינו מפני רוח השמש.

הסטרטוספירה, השכבה שמעל האטמוספירה שלנו, מכילה שכבה דקה של אוזון, הבנוי מהמולקולה O₃ (שלושה אטומי חמצן). זוהי מולקולה לא יציבה ונדרשת אנרגיה רבה כדי ליצור אותה. כאשר האור האולטרה סגול פוגע במולקולת חמצן (הבנויה משני אטומי חמצן - O₂), הוא מפרק אותה לשני אטומי חמצן בודדים (O). כאשר האטומים האלה באים במגע עם מולקולת חמצן (שעשויה משני אטומי חמצן - O₂), הם מתחברים ויוצרים את שכבת האוזון שבנויה ממולקולת O₃ - שלושה אטומי חמצן .
התהליך עובד גם בכיוון ההפוך - כאשר אור אולטרה סגול פוגע בשכבת האוזון, שמכילה מולקולות של שלושה אטומי חמצן (O₃), הוא מפרק אותה לאטום חמצן בודד (O), ועוד מולקולה של חמצן העשויה משני אטומי חמצן (O₂). תהליך זה חוזר על עצמו ומגן על כדור הארץ מפני האור האולטרה סגול.

לסיכום:

שני אטומי חמצן (O+O)   <--  אור + מולקולת חמצן (O₂)

מולקולת אוזון (O₃)   <--  מולקולת חמצן (O₂) + אטום חמצן (O)

תהליך זה נקרא מחזור אוזון-חמצן והוא ממיר את אור האולטרה סגול לחום, ומונע ממנו להגיע לפני השטח של כדור הארץ. ללא השמש, לכדור הארץ לא היתה שכבת אוזון, אך מצד שני, לולא השמש לא היה צורך בשכבת אוזון.

אך בעוד השמש יוצרת את שכבת האוזון, כדור הארץ מגן על עצמו מפני רוח השמש. ללא השדה המגנטי של כדור הארץ, חלקיקים מיוננים של רוח השמש היו מסלקים את אטמוספירת כדור הארץ. השדה המגנטי מגיע עמוק מתוך ליבת כדור הארץ. יחסי הגומלין בין הגרעין הפנימי והחיצוני יוצרים את השדה המגנטי.

הגרעין הפנימי של כדור הארץ עשוי מחומר מתכתי מוצק. סביב הגרעין הפנימי, קיים גרעין חיצוני נוזלי. אלה הן שתי שכבות עמוקות מאוד בתוך כדור הארץ. הגרעין הפנימי מסתובב, כפי שכדור הארץ מסתובב על צירו. השכבה הנוזלית מסתובבת גם היא, אך בקצב שונה. דבר זה יוצר את אפקט הדינמו המחולל זרם חשמלי, שיוצר את השדה המגנטי של כדור הארץ.

במאמר, סקרנו את ההשפעות הגדולות של השמש, אך לשמש עוד השפעות רבות וחיוניות על כדור הארץ בכלל ועל האדם בפרט. בין אם זה ברוממות מצב רוחינו ובין אם זה ביכולת שלנו לייצר ויטמין D. אז בפעם הבאה שאתם שומעים דברים שליליים על השפעת השמש, אל תשכחו גם את הדברים הטובים שהיא עושה...