מערכת השמש: השמש וכוכבי הלכת
כוכב אחד, שמונה כוכבי לכת, וכדור אחד מיוחד שעליו יש חיים
מהי מערכת השמש?
השמש: לב מערכת השמש
השמש היא כוכב, כדור ענק של גז חם שבמרכזו מתרחשים תהליכים תרמו-גרעיניים: מימן מתמזג להליום ומשחרר אנרגיה אדירה. השמש גדולה פי כמיליון מכדור הארץ, ומהווה יותר מ-99% מסך כל המסה של מערכת השמש. בלעדיה לא היו על כדור הארץ חיים. כל האנרגיה שמניעה את מזג האוויר, את מחזור המים, את הצמחייה ואת כל הדלק הפוסילי מגיעה בסופו של דבר מהשמש.
מה השמש נותנת לנו
אור וחום לחיים
מאפשרים טמפרטורות שמתאימות לחיים על פני כדור הארץ. בלי אור שמש אין פוטוסינתזה ואין חיים.
הנעת מזג האוויר
מחממת אוויר ומים בצורה לא שווה לפי קו הרוחב, ולכן נוצרות רוחות, עננים וגשם.
אנרגיה לצמחים
בתהליך ההטמעה צמחים קולטים אנרגיה מהשמש ויוצרים מזון וחמצן לכל שרשרת המזון.
כתמי שמש
אזורים כהים יחסית על פני השמש, סימן לפעילות מגנטית עזה שיכולה להשפיע על לוויינים על כדור הארץ.
כוח הכבידה מחזיק את המערכת
מדוע כוכבי הלכת מקיפים את השמש ולא בורחים לחלל?
כוח הכבידה (כוח המשיכה) הוא כוח שמושך גופים זה אל זה. ככל שגוף גדול יותר ו/או קרוב יותר, כוח הכבידה שלו חזק יותר. השמש עצומה, ולכן כוח הכבידה שלה מושך אליה את כוכבי הלכת ומחזיק אותם במסלוליהם האליפטיים.
כוכב הלכת נע קדימה במהירות, ובאותו הזמן כוח הכבידה של השמש מושך אותו פנימה. השילוב בין מהירות התנועה לבין המשיכה הכבידתית יוצר מסלול אליפטי סביב השמש במקום נפילה ישירה אליה או בריחה לחלל.
ככל שכוכב לכת קרוב יותר לשמש, כוח הכבידה חזק יותר, ולכן הוא נע מהר יותר ומשלים הקפה בזמן קצר יותר. שנה על כוכב הלכת צדק, שרחוק מהשמש, נמשכת כ-12 שנות ארץ.
המחשה אינטראקטיבית: מרוץ ההקפה של כוכבי הלכת
כוכבי לכת: סלעיים מול גזיים
שמונת כוכבי הלכת מתחלקים לשתי קבוצות עיקריות לפי מבנם ומיקומם. ההבדל בין הקבוצות קשור ישירות למרחק מהשמש: באזור החם הקרוב לשמש שרדו בעיקר חומרים עמידים לחום, ואילו באזור הקר הרחוק נשארו גם גזים וקרח.
שתי קבוצות של כוכבי לכת
כוכבי לכת סלעיים
קרובים לשמש, קטנים יחסית, בנויים מסלע ומתכת ובעלי פני שטח מוצקים. אלה כספית, נוגה, כדור הארץ ומאדים - ארבעת הכוכבים הקרובים לשמש.
כוכבי לכת גזיים
רחוקים מהשמש, ענקיים, בנויים בעיקר מגז ואין להם פני שטח מוצקים. אלה צדק, שבתאי, אורנוס ונפטון. שבתאי ידוע בטבעותיו.
השוואת כוכבי הלכת
| תכונה | כוכב קרוב לשמש (סלעי) | כוכב רחוק מהשמש (גזי) |
|---|---|---|
| טמפרטורה | חם יחסית | קר מאוד |
| גודל | קטן יחסית | ענק |
| מבנה | סלעי ומוצק | גזי בעיקר |
| צפיפות | גבוהה | נמוכה |
| זמן הקפה סביב השמש | קצר (עד שנתיים) | ארוך מאוד (עשרות-מאות שנים) |
| דוגמאות | כספית, נוגה, כדור הארץ, מאדים | צדק, שבתאי, אורנוס, נפטון |
* ככל שכוכב הלכת רחוק יותר, המסלול שלו ארוך יותר והוא נע לאט יותר, ולכן שנה אצלו ארוכה יותר.
מדוע דווקא בכדור הארץ יש חיים?
כדור הארץ אינו הכוכב הגדול ביותר, ואינו הקרוב ביותר לשמש. אז מדוע הוא כה מיוחד? התשובה טמונה בשילוב נדיר של שלושה תנאים שמאפשרים חיים, ושאף כוכב אחר במערכת השמש אינו מקיים אותם יחד.
המרחק המושלם
כדור הארץ נמצא באזור ניתן לדיור - המרחק המתאים מהשמש שמאפשר מים נוזליים. לא חם מדי ולא קר מדי. בזכות המרחק הזה יש בו מים נוזליים על פני השטח, אטמוספרה עם תערובת גזים מתאימה לנשימה, וטמפרטורות שמאפשרות חיים. אילו היה קרוב יותר לשמש - המים היו מתאדים. אילו היה רחוק יותר - הם היו קופאים.
שלושת התנאים לקיום חיים בכדור הארץ
שלושה תנאים מרכזיים הופכים את כדור הארץ למתאים לחיים:
- מרחק מתאים מהשמש שמאפשר טמפרטורות נוחות - לא חם מדי ולא קר מדי
- מים נוזליים על פני השטח - הבסיס לכל פעילות ביולוגית
- אטמוספרה עם חמצן, פחמן דו-חמצני ושכבת האוזון שמגינה מקרינה מסוכנת
שאלה לחשיבה
מדענים מחפשים חיים על כוכבי לכת אחרים ועל ירחיהם. לפי מה שלמדתם, אלו שלושה תנאים חיוניים שיחפשו?
הם יחפשו: (1) מרחק מתאים מהכוכב שמאפשר טמפרטורות נוחות - לא קיצוניות מדי. (2) עדויות למים נוזליים - בין אם על פני השטח או מתחתיהם. (3) אטמוספרה עם גזים שמסוגלים לתמוך בפעילות ביולוגית ולהגן מקרינה. אנצ'לדוס, אחד מירחי שבתאי, מעניין מדענים כי מתחת לקרח שעליו יש מים נוזליים.
שימוש בידע ממקרה מוכר להבנת מקרה חדש.
גופים נוספים במערכת השמש
מלבד כוכבי הלכת ומסלוליהם, מערכת השמש כוללת גופים קטנים יותר. אסטרואידים, שביטים ומטאוריטים חשובים להבנת ההיסטוריה של כדור הארץ, מפני שחלקם פגעו בו בעבר והשפיעו על פניו ועל החיים בו.
אסטרואיד
גוש סלע גדול שמקיף את השמש. רוב האסטרואידים מרוכזים בחגורת האסטרואידים שבין מאדים לצדק. כאשר פגעו בכדור הארץ בעבר, יצרו מכתשים ועשויים לתרום להכחדות מסיביות.
שביט
גוף מקרח ואבק שמקיף את השמש במסלול ארוך מאוד. כשמתקרב לשמש, הקרח מתאדה ונוצר זנב מאיר. שביט הלי מגיע לאזור כדור הארץ כל 76 שנים בערך.
מטאור ומטאוריט
גוש קטן שנכנס לאטמוספרה ונשרף - נראה ככוכב נופל. אם הוא מגיע לקרקע לפני שנשרף לגמרי, הוא נקרא מטאוריט. בישראל נמצאו מטאוריטים בנגב.
הירח הוא הגוף הקבוע היחיד שמקיף את כדור הארץ. הוא קטן בהרבה, ואין בו אטמוספרה או מים נוזליים, ולכן אין עליו חיים. אך הירח חשוב לנו: כוח הכבידה שלו גורם לגאות ושפל בימים, ייצב את ציר כדור הארץ לאורך זמן (מה שמאפשר אקלים יציב), ואף שימש לאורך ההיסטוריה כבסיס לחישוב לוחות שנה.
שאלות לחשיבה
שאלה לחשיבה
מהו ההבדל העיקרי בין כוכבי הלכת הסלעיים לכוכבי הלכת הגזיים, וכיצד הוא קשור למרחק מהשמש?
כוכבי הלכת הסלעיים קרובים לשמש, קטנים, חמים ובנויים מסלע מוצק. כוכבי הלכת הגזיים רחוקים מהשמש, ענקיים, קרים ובנויים בעיקר מגז. ההבדל קשור למרחק: באזור הקרוב והחם נשארו בעיקר סלע ומתכת, ובאזור הרחוק והקר נשמרו גם כמויות גדולות של גז וקרח.
זו דוגמה לקשר בין מיקום (מרחק מהשמש) לבין תכונות הגוף.
שאלה לחשיבה
מדוע כדור הארץ מתאים לחיים בעוד שכוכבי לכת אחרים אינם מתאימים? כתבו שלושה הבדלים.
כדור הארץ: (1) נמצא במרחק מתאים מהשמש - לא חם מדי ולא קר מדי. (2) יש בו מים נוזליים על פני השטח - בסיס לחיים. (3) יש בו אטמוספרה עם חמצן ושכבת האוזון שמגינה מקרינה. בכוכבים קרובים מדי (כספית, נוגה) חם מאוד, בכוכבים רחוקים קר מאוד, ואצל רוב הכוכבים אין מים נוזליים או אטמוספרה מתאימה.
שאלה לחשיבה
מה מחזיק את כוכבי הלכת במסלוליהם סביב השמש, ומדוע הם לא בורחים לחלל?
כוח הכבידה של השמש. השמש עצומה, ולכן כוח הכבידה שלה חזק מאוד ומושך אליה את כוכבי הלכת. בה בעת, מהירות התנועה של כוכב הלכת גורמת לו להתקדם קדימה במסלול. השילוב בין מהירות זו לבין המשיכה הכבידתית יוצר מסלול אליפטי סביב השמש.
כוח הכבידה פועל גם על פני כדור הארץ ומחזיק גופים צמודים אליו.
שאלה לחשיבה
מדוע שנה על כוכב הלכת מאדים קצרה יותר משנה על צדק?
מאדים קרוב יותר לשמש מאשר צדק. ככל שכוכב קרוב יותר לשמש, המסלול שלו סביבה קצר יותר והוא נע מהר יותר בגלל כוח הכבידה החזק יותר. לכן מאדים משלים הקפה בזמן קצר יותר - כ-687 ימים לעומת כ-12 שנים אצל צדק.
קשר בין מרחק לזמן הקפה: קרוב יותר - מסלול קצר יותר - שנה קצרה יותר.