‏הצגת רשומות עם תוויות אטמוספירה. הצג את כל הרשומות
‏הצגת רשומות עם תוויות אטמוספירה. הצג את כל הרשומות

יום שבת, 27 באוגוסט 2011

האם ניתן לראות את החומה הגדולה מהחלל?

הטענה כי החומה הגדולה של סין היא העצם היחיד מעשה ידי אדם שניתן לראות אותו מהחלל מוזכרת בספרים, באמצעי תקשורות שונים וכמובן באינטרנט.

קטע מהחומה הגדולה של סין ליד בייג'ינג. צלם: נתי דינור

האם זה נכון? האם בכלל ניתן לראות את החומה הגדולה מהחלל?
בגדול, התשובה היא: כנראה שלא ניתן להבחין בה בעין, ללא טלסקופ.

למעשה, אם מתרחקים מכדור הארץ, גם טלסקופ לא יועיל. רוחבה של החומה הגדולה אינו עולה על 10 מטרים, ולכן מהירח, שמרוחק מאיתנו בערך 400 אלף ק"מ לא ניתן להבחין בה גם אם ייעשה שימוש בטלסקופ הגדול ביותר הקיים. בעזרת טלסקופ האבל, המוצב בחלל ואינו נתון למגבלות הרזולוציה שגורמת האטמוספירה של כדור הארץ, ניתן להבחין על הירח בפרטים שגודלם כמאה מטר לפחות (למשל אזור הנחיתה של אפולו 17). בתנאים אידאליים, על מנת לראות עצם שרוחבו כ-10 מטרים על כדור הארץ יהיה צורך להציב על הירח טלסקופ בקוטר של 25 מטרים, בעוד שקוטר העדשה הראשית של הטלסקופ האופטי הגדול ביותר הקיים כיום היא 10 מטרים. בפועל גם זה לא יספיק, כי האטמוספירה שלנו פוגעת בכושר ההפרדה.

ממסלול קרוב לכדור הארץ, למשל מהמסלול של תחנת החלל הבינלאומית שמשייטת מעלינו בגובה של כ-400 ק"מ, ניתן להבחין בפרטים רבים על פני כדור הארץ ובעזרת מצלמה המחוברת לטלסקופ ניתן להבחין אפילו בבתים ובמכוניות. לראייה, ניתן לעקוב בעזרת תוכנת Google Earth, שעושה שימוש בתצלומי לוויין המוצב בגובה של 700 ק"מ, אחרי תוואי החומה. מצד שני, אין דיווח ודאי של אסטרונאוט שראה את החומה במו עיניו, ללא אמצעים אופטיים, ואפילו יאנג ליוויי, הטייקונאוט הסיני הראשון, נאלץ להודות שהוא לא ראה את החומה מהחלל.

קטע מהחומה הגדולה של סין בחלקה המזרחי. צלמת: Annie Lou

הבעיה היא לא רק שהחומה צרה מדי על מנת להבחין בה בעין, אלא גם שצבעה אינו שונה בדרך כלל באופן מהותי מצבע הסביבה, כלומר אין ניגודיות טובה מספיק על מנת להבחין בה. על מנת לראות את החומה יש צורך להתמקד באזור שצבעו שונה מאוד מצבע החומה. אם כן, בעין עדיין לא ראו את החומה מהחלל, וספק אם יצליחו לראות אותה, אבל בעזרת מצלמה עם זום קטן הצליחו להבחין בקטעים של החומה הגדולה. בתמונה הבאה שצולמה ב-2004 מתחנת החלל הבינלאומית בעזרת עדשת 180 מ"מ (שקול לזום של פי 5) מסומנים שני קטעים של החומה בעזרת חצים אדומים וקטע נוסף שאין ודאות לגבי הזיהוי שלו בעזרת חץ צהוב.

קטעים של החומה הסינית הגדולה בצילום מתחנת החלל הבינלאומית בשנת 2004. החצים האדומים מצביעים על קטעים של החומה שזוהו בוודאות והחץ הצהוב מצביע על קטע נוסף שקשה יותר להבחין בו. מקור: נאס"א

אין ספק שגם אם רואים את החומה בתצלום הזה, היא לא נראית כל כך מרשימה. יותר משמעותית בעיני היא העובדה שאסטרונאוטים יכולים להבחין מהחלל בהשפעת האדם על כדור הארץ - לטוב ולרע. הם יכולים לראות שדות תבואה ענקיים שהחליפו שטחים מדבריים, הם יכולים להבחין באורות מעשה ידי אדם, ולהבדיל הם גם יכולים לראות את ימת אראל שהתייבשה כמעט לחלוטין עקב הטיית הנהרות שהזינו אותה והם יכולים להבחין בשטחים ענקיים של יערות שנכרתו באזורים הטרופיים.

מצרים וישראל בלילה בצילום מתחנת החלל הבינלאומית. מקור: נאס"א

לקריאה נוספת: China's Wall Less Great in View from Space באתר של נאס"א

יום רביעי, 24 בפברואר 2010

הטיל וכלבי השמש

לפני שבועיים, ב-11 בפברואר, שיגרה נאס"א לחלל את ה-SDO - לוויין שאמור לחקור בשנים הקרובות את האטמוספרה של השמש, כלומר את השכבה החיצונית שלה. בעת השיגור ארע אירוע יוצא דופן, שככל הידוע לא ניצפה עד היום, ולמרות שעברו כמה ימים מאז השיגור לא נמצא לו הסבר מלא.

אנא צפו בסרטון הבא שצולם על ידי אחת הצופות בשיגור.



התופעה המעניינת מתרחשת החל מדקה וארבעים שניות אחרי תחילתו של הסרטון (קצת פחות מ-75 שניות אחרי השיגור).

בצד ימין רואים כלב שמש (sundog) - תופעה אופטית אטמוספרית הנגרמת עקב שבירת קרני השמש בגבישי קרח משושים הנמצאים בגובה רב (כ-10 ק"מ). גבישי הקרח נמצאים בדרך כלל בענני צירוס דקים ושקופים למחצה. לפי סידור הצבעים ניתן להבין שזה כלב השמש השמאלי מבין השניים, כלומר השמש נמצאת מימין לתמונה. לאחר שטיל השיגור עובר את שכבת העננים מופיע בבת אחת מין גל בענני הצירוס אשר הורס את כלב השמש למשך מספר שניות (כאן וכאן ניתן לראות שכלב השמש מופיע שוב).

תצלום של הרגע שבו מופיע הגל (קרדיט: George Privon). העובדה שהגל הופיע בבת אחת על פני חלק גדול מהענן מרמזת על כך שהוא נוצר באופן מתמשך על ידי הטיל והופיע כאשר חלקים שונים שלו פגעו יחד בענן.

הגעתי למסקנה שהטיל כבר עבר את שכבת העננים משום שרואים קודם לכן שהוא נבלע בתוך עננים, והיות שרואים אותו בהמשך, גם דרך העננים, ניתן להסיק שזו שכבת עננים דקה למדי. בנוסף לכך ניתן לראות פרט מעניין בסרטונים אחרים של אותו שיגור. אלו סרטונים של נאס"א שמאגדים צילומים ממספר מצלמות שהוצבו סביב אתר השיגור. כאן וכאן רואים מין סילון שחור שמופיע באופן פתאומי לכיוון שמאל-למעלה ומיד אחר כך נוצר הגל המסתורי. לדעתי הסילון הזה הוא בעצם הצל של הטיל אשר מוטל על שכבת ענני הצירוס שמתחתיו. בצד ימין-למטה ניתן להבחין בעשן שחור שמקורו בטיל (ניתן להבחין בו גם בסרטונים נוספים, למשל כאן). אינני יודע למה נוצר העשן, אבל הוא לא קשור לצל. אגב, בהמשך רואים את שובל ההתעבות (contrail) האופייני לטילים ולמטוסים הטסים בגובה רב. צבעו לבן והוא מורכב מאדי המים הנפלטים מהמנוע אשר מתקררים והופכים לגבישי קרח.

 תצלום מסך מאחד הסרטונים של נאס"א. ניתן לראות את הצל של הטיל על הענן שמתחתיו ואת העשן השחור הנפלט מהמנוע. פחות משנייה אחר כך מופיעים הגלים המסתוריים על הענן.

תופעה מעניינת נוספת המתלווה לאותו גל היא התעבות של טיפות מים סביב הטיל, בחלקו הקדמי. ניתן לצפות בה בכל הסרטונים. ההתעבות הזו נגרמת כתוצאה מתופעה אווירודינמית הקרויה סינגולריות פראנטל-גלאוארט ואשר מופיעה במהירות טרנס-קולית (קרובה למהירות הקול). אם כך, הגל שלנו נוצר קצת לפני שהטיל עבר את מהירות הקול, אבל אני לא מוצא קשר ישיר בין השניים. עצם שנע במהירות על-קולית יוצר גל הלם בצורת חרוט, ואכן מספר אתרי אינטרנט שהתייחסו לאירוע הזה כתבו שמדובר בגלי הלם, אבל אני לא מזהה כאן מאפיינים של גל הלם - הוא דומה יותר לגל רגיל שנוצר במים על ידי מקור נקודתי. במקרה הזה יש לנו מועמד טוב למקור הגל - המנוע של הטיל שמייצר גלי קול באופן מתמשך.

באופן כללי, אני מסכים עם מה שרשום באתר של נאס"א לגבי הרס כלב השמש על ידי הגל. גל אקוסטי (גל קול) שמקורו בטיל פגע בסידור הגבישים בענן, וכתוצאה מכך נעלם כלב השמש לזמן מה, עד שהגבישים הסתדרו מחדש. אבל לגבי השאלה מהו אותו גל אקוסטי ומה מקורו המדויק - לא מצאתי תשובה משכנעת באינטרנט.

החלטתי להעריך את אורך הגל על ידי השוואה לגודלו של טיל השיגור (אטלס 5). אורך הטיל עומד על כ-58 מטר, והמרחק בין שיא לשיא בגל הנראה בסרטון די קרוב לאורך הטיל, כלומר אורך הגל הוא בסדר גודל של עשרות מטרים. הורדתי את הסרטון למחשב שלי ובעזרת מעבר בין פריימים בודדים הערכתי את מהירות הגל - מצאתי שהיא קרובה למהירות הקול באוויר (בערך 300 מטר לשנייה בגובה של 10 ק"מ), ולכן אני מסיק שככל הנראה מדובר בגלי קול. חלוקת מהירות הגל באורך הגל נותנת את התדר. מתקבל תדר נמוך מאוד, פחות מעשרה הרץ. אלו תדרים שיכולים להופיע במנוע הטיל (למשל רעידות מכניות) ובהחלט ייתכן שמקור הגל במנוע, והוא נראה רק כשהוא פוגע בשכבת ענני הצירוס הדקה ומניע את גבישי הקרח הלוך ושוב למרחק של עשרות מטרים.

לסיכום, אלו הן המסקנות שלי:
מנוע הטיל יצר באופן מתמשך גלי קול בתדרים נמוכים מאוד וכאשר הם פגעו בשכבת ענני הצירוס ניתן היה לראות אותם עקב תזוזת גבישי הקרח בענן. התזוזה הרסה את סידור הגבישים וכלב השמש נעלם עד שהגבישים חזרו למקומם. הטיל היה קרוב למהירות הקול, ולכן הגלים שהוא יצר הגיעו לענן בערך ביחד איתו. הרגע שבו מופיע הגל בסרטונים הוא פחות או יותר הרגע שבו חזית הגלים פוגעת בענן.

האיור הבא מתאר חזית של גלי קול שנוצרים על ידי מטוס שטס במהירות נמוכה ממהירות הקול (שמאל) ושווה למהירות הקול (ימין). במקרה של תנועה במהירות הקול החזית מהווה גל הלם - שינוי חד בלחץ האוויר הנובע מהצטברות גלי קול רבים על קו אחד. לדעתי במקרה שלנו התופעה מופיעה לפני שהטיל מגיע למהירות הקול והיא לא קשורה להיווצרות גל הלם. 

היווצרות גל הלם בעת טיסה במהירות הקול (איור ימני) לעומת טיסה במהירות נמוכה יותר (איור שמאלי)

אני לא בטוח שההסבר שלי נכון, אבל לפחות כרגע הוא נראה לי הגיוני. מצד שני, מדוע לא ראו את התופעה בשיגורים קודמים? האם מעולם לא התבצע שיגור דרך שכבת ענני צירוס? האם היה משהו מיוחד בטיל הזה שגרם להיווצרות של גלי קול חזקים במיוחד בתדרי תת-שמע?

לקריאה ולצפייה נוספת:
על השיגור באתר APOD
סרטון נוסף של נאס"א

יום ראשון, 29 בנובמבר 2009

התחממות עולמית

לעתים איש חינוך נמצא במצב בעייתי בפני תלמידים, למשל כשיש מספר גישות של חוקרים או כשמדובר בנושא שהפך לסוגייה ציבורית. אני נתקל בבעיה כזו כשאני מעביר פעילות לתלמידי תיכון העוסקת בהתחממות העולמית (התחממות גלובלית) ובאנרגיה חלופית, שאותה פיתחתי יחד עם אשתי ג'ודי. הדרך שבה אני מתמודד עם הבעיה היא הצגת הגישות השונות, הדגשת הגישות המקובלות יותר, והפרדה בין אספקטים מדעיים לאספקטים פוליטיים. אם מתעורר דיון או ויכוח לגבי הגישות השונות אני מציג גם את דעתי האישית, מעין גילוי נאות כלפי התלמידים.

אין ויכוח בדבר ההתחממות העולמית עצמה: הטמפ' הממוצעת על פני כדור הארץ עלתה במהלך 100 השנים האחרונות ב-0.74 מעלות צלזיוס. הוויכוח הוא בכל הנוגע לסיבות לאותה התחממות. בוויכוח הזה קיימת כיום גישה מקובלת שאותה מציג הפאנל הבינלאומי העוסק בשינויי האקלים (IPCC). ה-IPCC הגיע למסקנה שמאז אמצע המאה ה-20 הגורם העיקרי להתחממות הוא עליית ריכוז גזי החממה באטמוספרה הנובעת מפעילות אנושית. מסקנה זו מקובלת על מרבית החוקרים והיא אומצה על ידי גופים מדעיים ברחבי העולם.

למעשה, אין ויכוח גם בדבר העלייה המשמעותית בריכוז גזי החממה באטמוספרה, דוגמת פחמן דו-חמצני ומתאן, מאז אמצע המאה העשרים, ואפילו המנגנון של השפעת עליית הריכוז על ההתחממות מובן - זהו אפקט החממה. אגב, אפקט החממה אינו קשור לאופן פעולת חממה חקלאית, שבה הקרקע מתחממת, וכתוצאה מכך האוויר מתחמם ועולה מעלה. לאוויר החם אין דרך לצאת מהחממה ולכן הטמפרטורה בתוכה נשארת גבוהה. אפקט החממה פועל בדרך אחרת: השמש מחממת את כדור הארץ, והוא, כמו כל עצם אחר, פולט קרינה בהתאם לטמפרטורה שלו. גזי החממה והעננים באטמוספרה בולעים את מרבית הקרינה התת-אדומה שפולט כדור הארץ, ופולטים בתורם קרינה תת-אדומה לכל הכיוונים. כלומר יש כאן שכבת גזים שמבצעת מעין החזרה חלקית של קרינה תת-אדומה כלפי כדור הארץ, ובשל כך כדור הארץ מתחמם.

בנוסף לכך, די ברור שהעלייה בריכוז גזי חממה מסוימים קשורה לפעילות האדם. עד כמה שאני יודע, אין תהליכים טבעיים שיכולים להסביר עלייה כה גדולה. בכל הנוגע לעליית ריכוז הפחמן הדו-חמצני באטמוספרה הסיבה העיקרית היא שרפת דלקים. הוויכוח בכל הנוגע להתחממות העולמית קשור למציאת האשם העיקרי. ברור שגזי החממה משפיעים, אך השאלה היא עד כמה? והאם הם האשמים המרכזיים? מבין החשודים הנוספים, השניים שיש להם פוטנציאל גבוה במיוחד לגרום לשינוי טמפרטורה הם הרי געש וכמובן - השמש עצמה. פעילות מוגברת של הרי געש משחררת חלקיקים לאטמוספרה שמקטינים את עוצמת קרינת השמש שמגיעה לקרקע, כלומר היא גורמת להתקררות. לפי הנתונים הנוכחיים, מאז אמצע המאה העשרים הייתה פעילות מוגברת של הרי געש, כלומר אם הם היו הגורם היחיד - הייתה אמורה להתרחש דווקא התקררות. ומה לגבי עוצמת קרינת השמש? כאן הנתונים מצביעים על עלייה בעוצמה במאה השנים האחרונות, אך לא בכמות כזו שתוכל להסביר את ההתחממות כולה. לסיכום, ה-IPCC טוען שמבין שלושת הגורמים האפשריים: עליית ריכוז גזי החממה, עלייה בעוצמת קרינת השמש ופעילות מופחתת של הרי געש, הגורם הראשון הוא היחיד שיכול להסביר את עליית הטמפרטורה שנמדדה.

לא כל החוקרים מסכימים עם המסקנות, ויש כאלו שמנסים להראות שפעילות השמש התגברה באופן ניכר בתקופה האחרונה או שקיים מנגנון אחר שאחראי להתחממות. קראתי הרבה בנושא, הן את דוחות ה-IPCC והן מאמרים של מתנגדים, ודעתי האישית היא שהנתונים הנוכחיים מצביעים על כך שהאדם אחראי למרבית ההתחממות. לא השתכנעתי שיש גורם אחר שיש לו השפעה מספיק חזקה עד כדי כך שהוא יכול להסביר את ההתחממות שנצפתה. יחד עם זאת, אני מסכים שיש חשיבות רבה להמשך איסוף הנתונים ולהבנה טובה יותר של התהליכים המורכבים המשפיעים על האקלים.

יום ראשון, 18 באוקטובר 2009

נילס בוהר והברומטר

את הסיפור הזה שמעתי פעמים רבות ונזכרתי בו שוב לפני כמה ימים כשהתחלתי לרשום במחברת מחשבות על חינוך ועל בתי ספר. הסיפור עוסק במבחן שנערך באוניברסיטת קופנהגן שבו נדרשו התלמידים למדוד גובה של בניין תוך שימוש בברומטר. אחד הסטודנטים הציע לקשור חוט לברומטר, לעלות לראש הבניין ולשלשל את הברומטר מטה עד שיגע בקרקע. אורך החוט יחד עם אורך הברומטר הוא גובה הבניין. המרצה הכשיל את הסטודנט, הסטודנט ערער, ומרצה אחר התבקש לפסוק בנושא.

הפוסק אמר שהתשובה נכונה אבל הסטודנט לא הפגין ידע בפיזיקה ולכן יש לבחון שוב את ידיעותיו. הסטודנט התבקש למצוא תשובה "פיזיקלית" יותר. הוא חשב כמה דקות, וכשלא ענה דחק בו הבוחן לענות משום שהזמן עומד להיגמר. הסטודנט אמר שהוא מתלבט בין מספר תשובות: ניתן להפיל את הברומטר ולמדוד את זמן הנפילה (התלוי בגובה), או להשתמש באותו חוט מהתשובה הראשונה וליצור מטוטלת - זמן המחזור של התנודות יהיה תלוי באורך החוט, או להשתמש בחוט קצר יותר ואז לנדנד את המטוטלת על ראש הבניין ועל הקרקע - ההפרש בזמן המחזור קשור לתאוצת הכובד שמשתנה עם הגובה, או למדוד את הצל של הברומטר יחסית לצל של הבניין בשעה שהשמש מאירה, ומובן שניתן גם למדוד את לחץ האוויר על הקרקע ועל גג הבניין ולהמיר את ההפרש לגובה הבניין. וכאן מוסיף הסטודנט את האפשרות העסקית - לגשת לאחראי על הבניין ולומר לו: יש לי ברומטר מצוין שאתן לך בשמחה אם תגלה לי את גובה הבניין. הסטודנט היה נילס בוהר, שהפך לאחד הפיזיקאים הגדולים בהיסטוריה.

הסיפור מעורר אהדה לסטודנט המבריק, היצירתי והנועז (או שמא חצוף), רק חבל שהוא אינו נכון. לא ידוע על שאלה כזו במבחן באוניברסיטת קופנהגן, וגם לא באוניברסיטה אחרת, ואפילו לא בבית ספר, ובוודאי שאין לסיפור קשר כלשהו לנילס בוהר. האזכור הראשון של הסיפור מופיע במגזין אמריקאי ב-1958, ואחר כך גרסה מורחבת יותר מופיעה בספר של אלכסנדר קלנדרה (Alexander Calandra) שיצא לאור ב-1961. שם הוא מסופר כביכול כסיפור אמיתי, אך ללא קשר לבוהר.


מדידת גובה בניין בעזרת ברומטר שמחובר לחוט - זמן המחזור של המטוטלת תלוי באורך החוט

תמיד חשדתי בסיפור הזה שהוא אגדה. חוץ מזה, השאלה עם הברומטר לא הכי מוצלחת לטעמי. היא פשוטה מדי עבור תלמידי פיזיקה וגם מי שיודע מעט פיזיקה יכול לנחש את התשובה. הרעיון הפיזיקלי כאן הוא שלחץ האוויר יורד עם העלייה בגובה, משום שגובה עמוד האוויר (מלמעלה) קטן כשעולים. מבחינה פרקטית זו אינה השיטה המועדפת למדידת הפרשי גובה קטנים משום שהשינוי קטן למדי כשהפרש הגבהים עומד על כמה עשרות מטרים (גובה של בניין גבוה). בעיה נוספת היא התלות של הלחץ בגורמים נוספים, כמו טמפרטורה, אבל על זה דווקא אפשר להתגבר אם משווים בין לחץ האוויר בתחתית הבניין ללחץ האוויר בראשו. בעיה גדולה יותר נובעת משינויים מקומיים בלחץ האוויר, כמו למשל רוח פתאומית שנושבת בגובה של עשרות מטרים. המסקנה היא שלמדידת הפרשי גבהים קטנים עם ברומטר יהיה דיוק נמוך יחסית. מלבד זאת, אני לא אוהב שאלות שמכריחות את התלמיד להשתמש בכלים מסוימים בלבד, במקרה זה ברומטר, ולמען האמת אני גם לא כל כך אוהב את ההתחכמויות של התלמיד (הרי לא צריך ברומטר בשביל לבנות מטוטלת), ובכלל אני לא אוהב מבחנים - אבל זה כבר סיפור אחר.

אבל בכל זאת אני רוצה לקחת את הסיפור הלאה - נניח שמורה רוצה לעודד את התלמידים שלו לחשוב על הקשר בין לחץ אוויר לגובה. מהי הדרך הטובה ביותר לעשות זאת? אני יכול לחשוב על מספר דרכים. בפוסט הזה אני רוצה להתרכז בשיטה שלא מרבים להשתמש בה - דיון כיתתי, עם או בלי הרצאה פרונטלית לפניו. אגב, הרצאה כזו תהיה יעילה במקרה הנוכחי רק אם היא הוכנה בקפידה כך שבסופה היא מעלה שאלות שמובילות לדיון בשיעור הבא. היתרון הגדול בדיון כיתתי נעוץ בכך שהוא יכול להתפתח לכיוונים שונים ומעניינים ובצורה זו הוא יכול להיות כלי נהדר להבנה רחבה ומעמיקה.

לפני כמה שנים עבדתי בעבודה שבה נדרשתי להשתתף לעתים קרובות בישיבות עבודה. אני זוכר עד כמה שלא הייתי יעיל כשהיה מדובר בישיבה פתאומית, ללא זמן להתכונן, וכמה היה המצב שונה כשמצאתי זמן לקרוא את החומר ולהכין את עצמי. דיון כיתתי הוא בעצם מין ישיבת עבודה שכזו, ואני חושב שעדיף שהוא לא יבוא בהפתעה. על מנת לקבל דיון ער ויעיל יש לתת לתלמידים מספיק זמן להתכונן אליו, יום אחד לכל הפחות. בעיני רוחי אני רואה דיון שמתפתח מעבר לשאלת התלות של לחץ האוויר בגובה, ומעבר להבנה שברומטר הוא כלי לא מדויק למדידת גובה של בניין, לכיוונים אחרים כמו למשל השפעת הגובה על גדלים אחרים, ואפילו מציאת שיטות שונות למדידת גבהים, למשל בעזרת שעון מדויק ומקור לייזר, ובעצם כל כלי אחר שהעולם המודרני יכול לספק לנו.

יום רביעי, 15 ביולי 2009

מה מחזיק את האקסוספירה?

שאלה נוספת של שרון בריזינוב, קורא של הבלוג:
מה גורם לגזים בשכבות האקסוספירה להישאר צמודים לכדור הארץ? למה הגזים בשכבות אלו לא מתפשטים לעבר החלל ?
האקסוספירה, שמתחילה בגובה של כ-500 ק"מ, היא השכבה החיצונית של האטמוספירה. זאת שכבה דלילה של חלקיקים ומולקולות ששייכים לאטמוספירה, כלומר הם מוחזקים על ידי כוחות שמקורם בכדור הארץ. קשה להגדיר במדויק את הגבול בין האקסוספירה ובין החלל החיצון - מדובר על סדר גודל של עשרות אלפי ק"מ מפני כדור הארץ, כלומר זו שכבה עבה ביותר.

חללית אספקה שעזבה את תחנת החלל הבינלאומית. צבען של השכבות התחתונות של האטמוספירה הוא כחול, ואילו השכבות העליונות כולל האקסוספירה שחורות. תחנת החלל משייטת בתרמוספירה, מתחת לאקסוספירה. מקור לתמונה: NASA.

התשובה לשאלה של שרון היא שהאקסוספירה, כמו שאר חלקי האטמוספירה, לא מתנתקת מכדור הארץ בגלל כוח הכבידה של כדור הארץ שפועל על הגזים באטמוספירה. עקב עקרון ארכימדס (עקרון הציפה), הגזים הקלים, בעיקר מימן והליום, צפים מעלה ומאכלסים את האקסוספירה הדלילה. גזים כבדים יותר שוקעים מטה וממלאים את השכבות הנמוכות של האטמוספירה.

מהירות הבריחה של מולקולות הגז באקסוספירה נמוכה יחסית, מה עוד שכמות המולקולות שם נמוכה ולכן יש מעט התנגשויות. זו הסיבה לכך שמולקולות אכן בורחות בקצב נמוך מהאקסוספירה לחלל החיצון, וזה בעצם ההסבר לכך שכמות המימן וההליום באטמוספירה נמוכה מאוד. בעבר הרחוק של כדור הארץ הכמות שלהם הייתה הרבה יותר גדולה.

עקב הצפיפות הנמוכה של הגז, האקסוספירה לא מפזרת את אור השמש כמו השכבות הנמוכות של האטמוספירה (פיזור ריילי שגורם לשמים להיראות כחולים) ונראית שחורה. אך ניתן לצפות בה בדרך אחרת. אטומי המימן מחזירים אור על-סגול שמקורו בשמש. את התופעה הזו, הקרויה גיאוקורונה (Geocorona), ניתן לראות מהחלל באמצעות מכשור רגיש לאור על-סגול.

תופעות נוספות המתרחשות באקסוספירה קשורות לשדה המגנטי של כדור הארץ, שבכוחו להחזיק חלקיקים טעונים במרחק די גדול מפני כדור הארץ. מקורם של אותם חלקיקים טעונים, בעיקר פרוטונים ואלקטרונים, ברוח השמש וביונוספירה של כדור הארץ (אחת השכבות של האטמוספירה). החלקיקים הטעונים נלכדים באזורים רחבים באקסוספירה הקרויים חגורות קרינה או חגורות ואן אלן. בהקשר זה קיימת חפיפה בין האקסוספירה שמקורה בפעולת הכבידה של כדור הארץ ובין המגנטוספירה שמקורה בשדה המגנטי של כדור הארץ ובאינטראקציה שלו עם רוח השמש.

יום ראשון, 15 בפברואר 2009

שריפות היער באוסטרליה וההתחממות העולמית

שריפות היער במדינת ויקטוריה שבאוסטרליה גבו את חייהם של למעלה מ-180 בני אדם ומספר עצום של בעלי חיים. ידוע שלפחות חלק מהשריפות נגרמו בשל הצתות, וחשודים אכן נעצרו. יחד עם זאת, קדמה לשריפות בצורת של כמה שנים, ויתרה מכך - גל חום כבד במיוחד פקד את האיזור בינואר 2009. מאז שהחלו מדידות הטמפרטורה באוסטרליה לפני כ-150 שנה לא נרשם גל חום כה חזק - הטמפרטורות במלבורן הגיעו ל-46 מעלות צלזיוס. קרוב לוודאי שאותם פירומנים, שאחראים לחלק מהשריפות, הצטרפו ל"חגיגה" לאחר הדיווחים הראשונים על שריפות שפרצו באופן ספונטני.
מעבר לטרגדיה האנושית ולפגיעה בעולם הטבע הייחודי של אוסטרליה מעניינת אותי השאלה אם יש קשר בין השריפות להתחממות העולמית. במאה השנים האחרונות עלתה הטמפרטורה הממוצעת על פני כדור הארץ בשלושת רבעי מעלה. על כך אין ויכוח. הוויכוח לגבי ההתחממות העולמית נוגע לסיבות שגרמו לאותה עלייה יוצאת דופן ולתוצאותיה של ההתחממות.

הפאנל הבין-ממשלתי לחקר שינויי אקלים (IPCC) שפועל בחסות האו"ם כולל בתוכו מאות מדענים החוקרים את אקלים כדור הארץ. מטרתם לאסוף את הנתונים שפורסמו ולהציג אותם בצורה ברורה. קראתי חלק גדול מהדו"ח האחרון שלהם שהופק ב-2007 (ניתן למצוא אותו באתר של IPCC). אני סבור שהם עושים עבודה טובה בכל הקשור לאיסוף החומר וגם בכל הקשור להסקת המסקנות, אבל צורת ההצגה אינה ברורה מספיק לטעמי. על כך אולי בפעם אחרת.
בכל אופן, ה-IPCC טוען (עמ' 5) שקרוב לוודאי (very likely) שהאדם אחראי לעליית הטמפרטורות מאז אמצע המאה ה-20, וזאת כתוצאה מפליטת גזי חממה לאוויר. הם מבססים את המסקנה באמצעות ניתוח שלושת הגורמים העיקריים שיכולים לגרום לשינויי טמפרטורה: שינויים בעצמת קרינת השמש, פעילות געשית (מורידה את הטמפ') וגזי חממה. מבין אלו, מדידות של השניים הראשונים מראות שהטמפ' הייתה אמורה לרדת בחמישים השנים האחרונות. אם כך, העלייה בריכוז גזי החממה, שמקורה ללא ספק בפעילות האדם, גרמה לעליית הטמפרטורה. המסר הזה שהאדם אחראי להתחממות העולמית מוסכם על כל חברי ה-IPCC ועל מרבית החוקרים בעולם שעוסקים בתחום.

ה-IPCC מתייחס באריכות גם לתוצאות אפשריות של ההתחממות העולמית. זו, אגב, עלולה להגיע לסדר גודל של 4-2 מעלות צלזיוס נוספות במהלך המאה ה-21. מבין הסכנות האפשריות, זו שמתייחסת לאירועי מזג אוויר קיצוניים היא פחות ודאית (סכנות ודאיות יותר - בצורת, מחסור במים, עליית פני הים, היעלמות מינים). מה עוד שלשם בדיקה שלה יש צורך בהרבה יותר סטטיסטיקה ממה שיש כעת. אני לא מחויב לזהירות שבה נוקט ה-IPCC, ולכן אני מוכן להעז ולומר ששריפות היער באוסטרליה נובעות מההתחממות העולמית. נכון שאין ודאות סטטיסטית, משום שאין מספיק מידע לגבי שריפות יער באוסטרליה בתקופות קדומות (וקרות יותר), אבל מצד שני המנגנון שבו ההתחממות העולמית גורמת לפרוץ השריפות הגיוני למדי - השריפות הללו נגרמו על ידי גל חום קיצוני שפקד את האיזור, וגלי החום הם קרוב לוודאי ביטוי של ההתחממות העולמית.

אפקט החממה, מנגנון החימום של כדור הארץ באמצעות גזי החממה, מובן כיום באופן מלא, אך כמובן יש עוד הרבה דברים קשורים שכדאי לחקור. בכל הנוגע לאירוע הנוכחי הייתי מציע להתמקד בניסיון להבין אם וכיצד העלייה בריכוז גזי החממה גורמת להיווצרות גלי חום פתאומיים וחזקים. במילים אחרות, ידוע כיצד ריכוז גזי החממה משפיע על הטמפ' הממוצעת, אבל לא ידוע כיצד הוא משפיע על אירועים קצרים ומקומיים.

יום חמישי, 12 בפברואר 2009

התנגשות לוויינים בחלל

ביום שלישי האחרון התנגשו שני לוויינים בחלל. ההתנגשות אירעה מעל סיביר בגובה של 790 ק"מ מעל פני כדור הארץ. אחד הלוויינים הוא לוויין תקשורת של אירידיום, רשת שמפעילה טלפונים ניידים בעלי קליטה כלל-עולמית. הלוויין השני הוא לוויין תקשורת רוסי (קוסמוס 2251) שיצא מכלל שימוש לפני כמה שנים. ההתנגשות גרמה להרס מוחלט של שני הלוויינים ויצרה כמות גדולה במיוחד של פסולת חלל, פסולת שעלולה אף להגיע למסלול נמוך יותר שבו נעה תחנת החלל הבינלאומית, בגובה של בערך 350 ק"מ (עדכון: בשנת 2011 החליטו להעלות את תחנת החלל לגובה של כ-400 ק"מ על מנת לחסוך בדלק - בגובה רב יותר יש פחות חלקיקי אטמוספירה ופחות חיכוך וניתן לחסוך בדלק הדרוש לתיקוני מסלול).

השאלה הראשונה שעולה בראשי היא האם עקבו אחרי הלוויין הרוסי. שני הלוויינים נעים במסלול קרוב-ארץ (Low Earth Orbit), כלומר בגובה של עד 2,000 ק"מ, איזור שמאוכלס בצפיפות בלווייני מיפוי ומחקר, לווייני ריגול ולווייני תקשורת. בגלל הצפיפות וסכנת ההתנגשות, כל הגופים שגודלם מעל 10 סנטימטרים זוכים למעקב של האמריקאים - אני לא מבין איך פספסו לוויין רוסי גדול.
לדעתי זו התנגשות שניתן היה למנוע אותה. אני לא בטוח לגבי הלוויין הרוסי, אבל עד כמה שאני יודע לווייני אירידיום מצוידים במערכת לתיקון מסלול. המערכת נועדה להוציא לוויינים מקולקלים מהמסלול ולהכניס לשם לווייני אירידיום אחרים שנמצאים בכוננות במסלול נמוך יותר. באופן רגיל המערכת לא מופעלת משום שהלוויין נע במסלול מעגלי או אליפטי בזכות כוח המשיכה של כדור הארץ.

מיפוי פסולת החלל המוכרת לנו כיום. מקור: ESA

יהיה מעניין לעקוב אחרי החקירה. השאלות החשובות הן:
1. האם ידעו את המסלול של הלוויין הרוסי?
2. אם ידעו את המסלול, האם ניתן היה למנוע את ההתנגשות?

כבר די הרבה זמן מדברים על פסולת החלל (בעיקר לוויינים מקולקלים ושאריות מטילים) שעלולה לסכן חלליות ולוויינים. בתמונה שלמעלה ניתן לראות את אוסף הגופים שנעים סביב כדור הארץ ויש אחריהם מעקב. הריכוז העיקרי של הגופים נמצא במסלול קרוב-ארץ שנראה כמו מעטפת כדור קטנה במרכז התמונה, ובמסלול הגאוסטציונרי המשמש את מרבית לווייני התקשורת (הטבעת הגדולה בתמונה). כעת מדובר בפעם הראשונה ששני לוויינים גדולים מתנגשים האחד בשני. עד היום היו רק כמה התנגשויות עם פסולת חלל קטנה שלא גרמו לנזק משמעותי.
נקודה חשובה נוספת היא פיתוח היכולת להרוס או לסלק לוויינים מסוכנים. האמריקאים הרסו לוויין כזה לפני שנה באמצעות טיל שנורה מספינת מלחמה. שרידי הלוויין נשרפו באטמוספירה. אני לא בטוח שזה פיתרון טוב משום שאם השברים גדולים, הם ישרדו את הנפילה, והם עלולים להיות מסוכנים, במיוחד אם הלוויין הכיל חומרים רדיואקטיביים או חומרים מסוכנים אחרים.

בשולי הסיפור, לווייני אירידיום מספקים חווייה מיוחדת לחובבי לוויינים ואסטרונומיה. האנטנות והפאנלים הסולאריים (שממירים אנרגיה סולארית לחשמל) מחזירים את אור השמש ומאפשרים לצופים לראות בשמים הבזק חזק מאוד למשך שנייה או שתיים (Iridium Flare). ניתן לתכנן תצפית כזו בעזרת האתר הנהדר של Heavens Above.

לסיום, מצגת של 10 גופים מעשה ידי אדם שהגיעו מהחלל ונפלו לקרקע או לים.