כדור הארץ הוא גרגר אחד בים ענק של כוכבים
כדי להבין את ביתנו, נתחיל מהתמונה הגדולה ביותר שיש: היקום כולו
מהו יקום?
סדרי הגודל ביקום: מהקטן אל הענק
כדי לסדר את היקום בראש, נטפס במדרגות הגודל. כל מדרגה גדולה בהרבה מהקודמת. ההיגיון הוא פשוט: כל שכבה גדולה כוללת את כל מה שמתחתיה, כמו בובות מטריושקה.
מדרגות הגודל ביקום
| יחידה | מה היא כוללת | דוגמה |
|---|---|---|
| כוכב לכת | גוף שמקיף כוכב | כדור הארץ, מאדים |
| מערכת כוכב | כוכב וכל הגופים שמקיפים אותו | מערכת השמש |
| גלקסיה | מיליארדי כוכבים, גז ואבק, קשורים בכוח הכבידה | שביל החלב |
| צביר גלקסיות | קבוצה של גלקסיות רבות שנעות יחד | הצביר המקומי |
| היקום | כל הצבירים, הגלקסיות והחלל שביניהם | הכול ביחד |
* סדר הגודל: כוכב לכת ← מערכת כוכב ← גלקסיה ← צביר גלקסיות ← היקום.
←
←←
כמה גדול באמת היקום?
קנה המידה של היקום עצום: אם כדור הארץ היה כדור טניס, השמש הייתה בגודל של בניין בן שתי קומות. אם מערכת השמש כולה הייתה בגודל פסנתר, הגלקסיה שלנו הייתה בגודל יבשת אירופה. וזו רק גלקסיה אחת מתוך מאות מיליארדי גלקסיות ביקום.
מסע התרחקות: ראו כיצד כדור הארץ הופך לגרגר
שנת אור: יחידת המרחק של היקום
מרחקים ביקום עצומים כל כך עד שקילומטרים אינם שימושיים. לכן נעשה שימוש בשנת אור: המרחק שאור עובר בשנה אחת, בערך 9,460 מיליארד קילומטר. האור הוא הדבר המהיר ביותר שקיים, ובכל זאת הוא זקוק לשנה שלמה כדי לעבור מרחק של שנת אור אחת.
מרחקים ביקום בשנות אור
מהשמש לכדור הארץ
כ-8 דקות אור. האור שמגיע מהשמש כרגע יצא לדרך לפני 8 דקות בדיוק.
לכוכב הקרוב ביותר
פרוקסימה קנטאורי - יותר מ-4 שנות אור. מסע חלל לשם יימשך עשרות אלפי שנים.
קצה גלקסיית שביל החלב
כ-100,000 שנות אור. מקצה לקצה של הגלקסיה שלנו.
גלקסיית אנדרומדה (הקרובה)
כ-2.5 מיליון שנות אור. הגלקסיה הדומה לשלנו הקרובה ביותר.
הגלקסיה שלנו: שביל החלב
מערכת השמש שלנו נמצאת בתוך גלקסיה ענקית בשם שביל החלב. בגלקסיה שלנו יש מאות מיליארדי כוכבים, והשמש שלנו היא רק אחד מהם - כוכב ממוצע לחלוטין, שיושב בזרוע אחת של הגלקסיה. בלילה צח רחוק מהעיר אפשר לראות את שביל החלב כפס בהיר בשמים, אוסף אינסופי של כוכבים רחוקים.
הנראה מול המציאות: כוכבים בקבוצה
מה שהעין רואה לא תמיד משקף את המציאות המדעית:
- כוכבים בקבוצת כוכבים נראים סמוכים זה לזה, אך באמת המרחקים ביניהם עצומים, לעיתים מאות שנות אור
- כוכב שאנחנו רואים בשמיים אולי כבר כבה, כי האור שלו יצא לדרך לפני שנים רבות
- השמש נראית קטנה בשמיים, אך היא גדולה פי כמיליון בערך מכדור הארץ
- המסקנה: אנחנו רואים את העבר של כוכבים רחוקים, לא את ההווה שלהם
כיצד נוצר היקום? תאוריית המפץ הגדול
ההסבר המדעי המקובל לראשית היקום הוא תאוריית המפץ הגדול. תאוריה מדעית אינה 'ניחוש', אלא הסבר שנתמך בעדויות רבות ושנבדק שוב ושוב. העדויות המרכזיות כוללות את התפשטות הגלקסיות ואת קרינת הרקע הקוסמית.
המפץ הגדול
ההסבר המדעי המקובל ביותר להיווצרות היקום נקרא תאוריית המפץ הגדול.
לפי תאוריית המפץ הגדול, לפני כ-13.8 מיליארד שנים היה היקום במצב חם, צפוף ודחוס ביותר. ברגע מסוים החלה הנקודה להתפשט במהירות אדירה, והיקום החל לגדול ולהתקרר. עם הזמן נוצרו מהחומר אטומים, ואחר כך ענני גז, כוכבים וגלקסיות. היקום ממשיך להתפשט עד היום, כפי שמדענים מדדו.
עדויות לתאוריה: הגלקסיות מתרחקות זו מזו (מה שמלמד שפעם הן היו קרובות), קיימת קרינת רקע מיקרוגלית שמפוזרת בכל היקום ומשקפת את החום הראשוני, וגם ההרכב הכימי של היקום (בעיקר מימן והליום) תואם את ניבויי התאוריה.
המפץ הגדול אינו פיצוץ בחלל קיים, אלא ההתפשטות של החלל עצמו. זו תאוריה מדעית חזקה שנתמכת בעדויות עצמאיות מכמה כיוונים.
שאלה לחשיבה
מדוע העובדה שהגלקסיות מתרחקות זו מזו היא עדות לתאוריית המפץ הגדול?
אם הגלקסיות מתרחקות זו מזו עכשיו, פירוש הדבר שבעבר הן היו קרובות יותר. אם מחזירים את ה'סרט' אחורה, כל החומר היה צפוף מאוד ומרוכז. זה בדיוק מה שתאוריית המפץ הגדול מתארת - יקום שהתפשט מנקודה אחת. הגלקסיות המתרחקות הן כמו שברי קליפה של ביצה שנפוצו לכל עבר.
עדות טובה היא כזו שמוכיחה את התאוריה גם כשבוחנים אותה מזווית שונה.
מחזור החיים של כוכב
גם לכוכבים יש לידה, חיים ומוות, אך הם נמשכים מיליוני ומיליארדי שנים. כוכב הוא כדור ענק של גז, שבמרכזו מתרחשים תהליכים תרמו-גרעיניים: גרעיני מימן מתמזגים ויוצרים הליום, ובתהליך זה משתחררת כמות עצומה של אנרגיה. זוהי הסיבה שהשמש שלנו מאירה כבר 4.6 מיליארד שנים ועוד תאיר כ-5 מיליארד שנים נוספות.
שלבים בחיי כוכב
| שלב | מה קורה | משך זמן משוער |
|---|---|---|
| לידה מערפילית | ענן של גז ואבק (ערפילית) מתכווץ בכוח הכבידה עד שמתחילים תהליכים תרמו-גרעיניים | מיליוני שנים |
| חיים - רצף ראשי | הכוכב יציב ומאיר, שורף מימן בליבתו. השמש שלנו בשלב זה | מיליארדי שנים |
| התפתחות - ענק אדום | כשהמימן אוזל, הכוכב מתנפח לממדי ענק ומשנה צבעו לאדום | מיליוני שנים |
| סוף כוכב קטן-בינוני | מתכווץ לגמד לבן ואז מקרר לגמד שחור - גוף מת וצפוף | מיליארדי שנים להתקרר |
| סוף כוכב ענק | מתפוצץ בסופרנובה, ועשוי להשאיר אחריו כוכב נויטרונים או חור שחור | שניות עד ימים |
* גודלו של הכוכב קובע את גורלו: כוכבים גדולים חיים פחות זמן ומסיימים בצורה דרמטית יותר.
מה הקשר לכדור הארץ?
יסודות כבדים כמו ברזל, סידן וחמצן נוצרו בתוך כוכבים בתהליכים גרעיניים, ונפוצו לחלל בפיצוצי סופרנובה. לאחר מיליארדי שנים חלק מן החומר הזה התכנס לענן גז ואבק שממנו נוצרו השמש וכדור הארץ. לכן החומר שמרכיב את כדור הארץ ואת היצורים החיים מקורו בתהליכים כוכביים.
חור שחור נוצר כשכוכב ענק קורס לתוך עצמו לאחר פיצוץ סופרנובה. כוח הכבידה שלו כה חזק עד שאפילו האור אינו יכול להימלט ממנו, ולכן הוא נראה שחור לחלוטין. אי אפשר לראות חור שחור ישירות, אך ניתן לגלות אותו על ידי השפעתו על גופים סביבו. בשנת 2019 פרסמו מדענים לראשונה תמונה של סביבת חור שחור בגלקסיה אחרת, באמצעות מדידת הקרינה שמגיעה מהחומר שסביבו.
שאלות לחשיבה
שאלה לחשיבה
סדרו לפי גודל מהקטן אל הגדול: גלקסיה, כוכב לכת, צביר גלקסיות, מערכת כוכב.
מהקטן אל הגדול: כוכב לכת ← מערכת כוכב ← גלקסיה ← צביר גלקסיות. היקום כולו גדול מכולם. כדור הארץ הוא כוכב לכת - היחידה הקטנה ביותר ברשימה.
כדור הארץ הוא כוכב לכת, היחידה הקטנה ביותר ברשימה.
שאלה לחשיבה
מדוע מודדים מרחקים ביקום בשנות אור ולא בקילומטרים?
כי המרחקים ביקום עצומים כל כך, שמספר הקילומטרים יהיה ארוך מאוד וקשה לעבודה. שנת אור היא יחידה גדולה בהרבה, ולכן נוחה יותר. שנת אור היא המרחק שאור עובר בשנה אחת, בערך 9,460 מיליארד קילומטר.
שאלה לחשיבה
כוכב שאנחנו רואים בשמיים בלילה אולי כבר אינו קיים. הסבירו כיצד ייתכן הדבר.
האור מהכוכב נוסע אלינו שנים רבות בגלל המרחק העצום. ייתכן שהכוכב כבה כבר לפני זמן רב, אך האור שיצא ממנו בעבר עדיין מגיע אלינו עכשיו. אנחנו רואים את העבר של הכוכב, לא את ההווה שלו. זו דוגמה לכך שהמראה הנראה אינו תמיד המציאות.
ככל שגוף רחוק יותר, אנחנו רואים אותו כפי שהיה יותר בעבר.
שאלה לחשיבה
כוכבים גדולים מסיימים את חייהם בפיצוץ סופרנובה, ואילו כוכבים קטנים מסיימים כגמד לבן. מהו הגורם לסוג הסיום השונה?
גודל הכוכב קובע את עוצמת הכוח הכבידה שלו. ככל שהכוכב גדול יותר, כוח הכבידה החזק שלו מצטבר לאורך מיליוני שנים, ובסוף גורם לקריסה אלימה ולפיצוץ ענק - סופרנובה. בכוכב קטן יותר (כמו השמש שלנו), הכבידה החלשה יחסית גורמת לפיזור עדין יותר של החומר החיצוני, ולהשארת ליבה צפופה - גמד לבן.
המסה ההתחלתית של הכוכב קובעת את מסלול חייו ואת סופו.
מושגי מפתח
מושגים ועקרונות מרכזיים:
- סדר הגודל ביקום מהקטן לגדול: כוכב לכת ← מערכת כוכב ← גלקסיה ← צביר גלקסיות ← יקום
- שנת אור = יחידת מרחק (לא זמן), המרחק שאור עובר בשנה
- המפץ הגדול: לפני 13.8 מיליארד שנים, נקודה קטנה וחמה התחילה להתפשט
- ערפילית = ענן גז ואבק שממנו נוצרים כוכבים
- חור שחור = שרידי כוכב ענק, כוח כבידה כל כך חזק שאור אינו נמלט
- כל רכיבי כדור הארץ נוצרו בתוך כוכבים קדמוניים