התפרצויות שמש, הזוהר הצפוני ומה שביניהם

היום לפני 161 שנים (בשנת 1859), התרחשה התפרצות מגנטית חריגה על השמש אשר פגעה בכל שירותי הטלגרפיה וגרמה למחרת לתופעת זוהר הקוטב. ביקשנו מפרופ' נועם סוקר מהפקולטה לפיזיקה בטכניון להסביר על התפרצויות שמש, הזוהר הצפוני ומה שביניהם

התפרצויות שמש מקורן בשחרור אנרגיה מגנטית על פני השמש. בעירה גרעינית בליבת השמש, שם שוררת טמפרטורה של כ-10 מיליון מעלות, הופכת מימן להליום. האנרגיה מועברת אל פני השמש ונפלטת לחלל בעיקר כקרינה בתחום הנראה.
בחלק החיצוני של השמש יש מערבולות שבהן בועות חמות עולות ובועות קרות יורדות, וכך מוסעת אנרגיה אל פני השמש. בנוסף, השמש מסתובבת סביב צירה בזמן מחזור של 26 ימים בערך. המערבולות וסיבוב השמש סביב צירה שומרים על פעילות מגנטית של השמש מאז שנוצרה לפני ארבעה וחצי מיליארד שנים. הפעילות המגנטית יוצרת כתמים שחורים על פני השמש, שהם אזורים קרים יותר, וגורמת להתפרצויות שמש.
בהתפרצות שמש, אזורים עם כיווני מגנטיות הפוכים מתלכדים בזמן קצר (דקות עד שעות) ומבטלים זה את זה. התהליך מוכר לכל מי ששיחק במגנטים קטנים – מחזיקים מגנט אחד ומקרבים אותו למגנט המונח על השולחן בשלב מסוים הם ייצמדו במכה שמשחררת אנרגיה, במקרה הזה אנרגיית קול.
על פני השמש, האנרגיה המגנטית הופכת לחום ולאנרגיה קינטית של חומר שנזרק לחלל, וכאן נכנסת לתמונה ההשפעה על כדור הארץ. מרבית החומר שהשמש זורקת עוזב את מערכת השמש ומתנגש בגז הדליל מאוד הנמצא בין הכוכבים (התווך הבין-כוכבי). חלק קטן מהחומר שהשמש זורקת נלכד על ידי כוכבי הלכת. גם כדור הארץ לוכד את רוח השמש, וזאת בעזרת השדה המגנטי שלו.
החומר שנזרק מהשמש מכיל בעיקר מימן והליום ושני אחוזים של שאר היסודות. מרבית החומר הוא מיונן – לחלקיקים החופשיים, לאלקטרונים ולגרעיני האטומים הנעים בנפרד יש מטען חשמלי – ושדה מגנטי לוכד חלקיקים טעונים. כך לוכד השדה המגנטי את החלקיקים הטעונים סביב כדור הארץ. החלקיקים נעים ביתר קלות אל עבר שני הקטבים המגנטיים של כדור הארץ, אחד באנטרקטיקה ואחד באזור הקוטב הצפוני (או בצפון קנדה, ליתר דיוק). כאשר החלקיקים מתנגשים באוויר משתחררת אנרגיה, וחלק ממנה יוצר את תופעת זוהר הקוטב.
אפקט נוסף הוא שזרימת החלקיקים לאורך השדה המגנטי של כדור הארץ משרה זרמים חשמליים בחוטי חשמל – תופעה העלולה לגרום נזקים. התפרצות שמש חזקה ב-10 במרץ 1989 גרמה להפסקת חשמל באזורים נרחבים בקנדה שלושה ימים לאחר מכן (הזמן שלקח לחלקיקים להגיע מהשמש לכדור הארץ). התפרצות אחרת, שהתרחשה לפני פריסתם של קווי חשמל, פגעה בקווי טלגרף; ב-1 בספטמבר 1859 נצפתה התפרצות שמש חזקה ביותר שזרקה חומר לעבר כדור הארץ במהירויות גדולות. לאחר 20 שעות בערך כבר ניכרה ההשפעה על כדור הארץ; זוהר הצפון וזוהר הדרום נצפו עד קווי רוחב קרובים לקו המשווה, והטלגרף הפסיק לעבוד עקב זרמי חשמל שנוצרו בקווי הטלגרף. כיום, כשכדור הארץ מרושת בקווי חשמל וקווי תקשורת, עלולה התפרצות דומה לגרום נזק רב להם וללוויינים.
תהליך דומה להתפרצויות שמש מתרחש בהרבה מאוד כוכבים דומים לשמש, ואלי גם בכוכבים כבדים מאוד לפני שהם מתפוצצים כסופרנובות, כפי שקורה לאחרונה בביטלג'וס. ביטלג'וס, כוכב הגדול פי אלף מהשמש, מאבד מסה בקצב עצום – מסה הנפלטת לחלל במהירות.
גם השדה המגנטי של כדור הארץ נשמר על ידי סיבוב כדור הארץ סביב צירו ומערבולות של החלק הנוזלי של כדור הארץ – החלק הפנימי של כדור הארץ, המתקיים במצב נוזלי בשל הטמפרטורות הגבוהות שבו. טמפרטורות אלה נשמרות כבר ארבעה וחצי מיליארד שנים כתוצאה מהתפרקות רדיואקטיבית של אורניום בתוך כדור הארץ התפרקות שיוצרת הליום ואנרגיה ומפרקת את האורניום ליסודות אחרים. תהליך זה הוא מקור ההליום שלנו. את ההליום מפיק האדם מבארות גז שם הוא מצטבר.
לסיכום, תופעת זוהר הקוטב והפרעות השמש על תקשורת בכדור הארץ מקורן ביצירת הליום ממימן בליבת השמש וביצירת הליום בכדור הארץ מהפיכת אורניום ליסודות אחרים.