מרחקים וגדלים ביקום – המסע בחלל במהירות האור

הדפסה דוא

תארו לעצמכם שאתם נמצאים בתוך חללית המשייטת מחוץ למערכת השמש שלנו.  מה תוכלו לראות ? רוב הזמן לא תוכלו להבחין  בדבר מיוחד – מכיוון שרוב החלל בסביבת מערכת השמש הינו למעשה ריק.

לפעמים תוכלו להתקרב לכוכב ( 1 שמש) רחוקה, ואז תבחינו בכך שרוב הכוכבים דומים למדי לשמש שלנו. ביקום יש כוכבים כה רבים שאם תנסו לספור אותם בקצב של 1 1 כוכב לשנייה, ייקחו לכם שנים רבות לספור את כולם !




שביל החלבהמסע אל החלל
בואו ונצא למסע דמיוני ברחבי היקום שלנו, נכיר את האובייקטים הקוסמיים בסביבתנו האסטרונומית וננסה לקבל תחושה בנוגע למרחקים והגדלים העצומים בחלל. את המסע נערוך תוך כדי שאנו צופים מחלון החללית ומצלמים תמונה בכל "קפיצה" לסדר הגודל הבא.
כעת אנו נמצאים רגעים ספורים טרם ההמראה...
את המסע שלנו נתחיל מחדר הבקרה של טלסקופ האינטרנט במצפה הכוכבים ברקת במכבים.
sizes_in_space (1)                                                                        תמונה: טלסקופ האינטרנט הישראליבמצפה הכוכבים ברקת במכבים       

נצפה מטה מחלון החללית תוך כדי ההמראה... בגובה של 2 ק"מ נוכל כבר לראות את מכבים ומודיעין, כפי שנראים ממעוף הציפור.                                            
sizes_in_space (2)                                                                    תמונה: מכבים ופאתי העיר מודיעין

לאחר מספר דקות בלבד, כבר נגיע למרחק של כ-100 ק"מ מפני הקרקע. על-פי ההגדרה הרשמית אנו כעת נמצאים בחלל. ממרחק זה נוכל לראות את כל ארץ ישראל ואת אזור המזרח התיכון.
sizes_in_space (4)                                                                                      תמונה: ארץ ישראל ואגן המזרח התיכון              

הביטו בעוד כדור הארץ נראה קטן יותר ויותר, בעוד אנו מתרחקים ממנו.
במערכת השמש שלנו שמונה כוכבי לכת ואנו נבקר בכולם.
הדבר אינו פשוט כלל, שכן עלינו לעבור מרחקים עצומים, להתגבר על 1 קרינה קוסמית מסוכנת ולדעת כיצד לנווט בחלל העצום במהירות אדירה. מסתבר שמסע זה דורש עבודת תכנון רבה והוא מסוכן למדי.
sizes_in_space (5)                                                            תמונה: כדור הארץ מבט מהחלל


'כוכבי הלכת הסלעיים'
את מסענו נמשיך בין כוכבי הלכת הסלעיים- הפלנטות חמה, נגה, ארץ ומאדים.
והנה – כוכב הלכת חמה. זהו 1 כוכב לכת סלעי קטן יחסית, פניו מצולקות במכתשים רבים. מרחקו מהשמש 58 מליון ק"מ בלבד, אורכה של השנה בכוכב הלכת חמה 88 יממות, והטמפרטורה נעה בין 173– מעלות צלזיוס בלילה, ל427 מעלות צלזיוס במהלך היום.
כוכב הלכת נגה מזוהה בסיפורי המיתולוגיה כאלת האהבה, אולם מסתבר שהתנאים השוררים שם מפחידים למדי : שכן עננים דחוסים של חומצה גופרתית, ופני שטח געשיים הרריים הופכים את נגה לאחד מכוכבי הלכת המשונים ביותר במערכת השמש.
מכדור הארץ - נוגה נראה בעזרת עין בלתי מצוידת מעט לאחר השקיעה או בסמוך לזמן הזריחה של השמש, ולכן נקרא גם 'כוכב השחר'. המרחק הממוצע של נגה מהשמש : כ- 108 מיליון ק"מ.

לפני שנמשיך את מסענו בחלל – נעצור לרגע ליד כדור הארץ, הבית שלנו.
מהחלל - כדור הארץ נראה בתור גולה קטנה וכחולה.
נכון לשלב זה הפלנטה שלנו היא המקום היחיד ביקום כולו על פניו מצאנו חיים.

החזיקו חזק בחללית תוך כדי שאנו חולפים ליד כוכב הלכת מאדים, השכן של כדור הארץ, מעט יותר רחוק מאיתנו ביחס לשמש. פניו מכוסים באדמת חול אדומה.
מכל כוכבי הלכת במערכת השמש שלנו, נראה כי לפני הקרקע של מאדים התנאים הדומים ביותר לכדור-הארץ.
אורכה של יממת המאדים שווה כמעט ליממה שלנו, גם על מאדים יש הרים, מדבריות, כיפות קטבים לבנות, הרי געש וקניונים עמוקים. יש מדענים הטוענים כי התנאים בכוכב הלכת מאדים אפשרו בעבר קיום חיים על פניו.

sizes_in_space (6)                                                           תמונה: חלק מכוכבי הלכת ה"סלעיים" ופלוטו (המרחקים אינם מוצגים בקנה מידה)

מסתבר שכדור הארץ הינו עצום - זהו 1 כוכב הלכת הסלעי הגדול ביותר במערכת השמש שלנו.
היזהרו! בעוד אנו חולפים דרך חגורת האסטרואידים. אסטרואידים הם גופים סלעיים הנמצאים בחלל ומקיפים את השמש. חגורת האסטרואידים נמצאת בין כוכב הלכת מאדים לכוכב הלכת צדק.


'ענקי הגזים'
כעת נמשיך לעלות בסדרי הגודל, ונעבור אל מסע בין כוכבי הלכת ה"ענקים הגזיים", אלו הן הפלנטות צדק, שבתאי, אורנוס ונפטון.

כוכב הלכת צדק הינו הגדול ביותר מבין כוכבי הלכת במערכת השמש שלנו, את פניו מעטרות חגורות עננים צבעוניות ומקסימות. מרחקו הממוצע מהשמש : כ- 778 מיליון ק"מ
לצדק מעל ל-60 ירחים, אחד מירחיו המעניינים ביותר הינו הירח "אירופה". שממה קפואה ומסתורית, יכול להיות שמתחת לשכבת הקרח של הירח - נמצא אוקיאנוס אדיר מימדים – יש מדענים המקווים למצוא שם חיים, בעתיד.

כוכב הלכת הבא בו נבקר הינו מקסים ומרתק – לשבתאי מערכת טבעות מרשימה ביותר, המורכבות מאלפי חלקיקים סלעיים המצופים קרח.
כעת אנו נמצאים כבר הרחק מהבית שלנו, במרחק של כ- 3 מיליארד ק"מ אנו מגיעים אל כוכב הלכת אוראנוס.
מכאן השמש נראית כמו כוכב קטן וחיוור בשמיים.

אל נפטון נגיע לאחר שנעבור כמעט 4 וחצי מיליארד ק"מ מתחילת המסע.

sizes_in_space (7)                                                           תמונה: כוכבי הלכת ה"גזיים". (המרחקים אינם מוצגים בקנה מידה) 
מצד שמאל ניתן לראות את כוכב הלכת נגה ולימינו את כדור הארץ. ניתן להבחין בכך שכוכב הלכת צדק מעט יותר גדול מכדור הארץ...
 

כעת נתבונן מחלון החללית על מערכת השמש שלנו. נבחין בכוכבי הלכת הסובבים את השמש.
ניתן להבחין בכך שהשמש גדולה יותר מצדק וכדור הארץ גם יחד.
sizes_in_space (8)                                                        איור: השמש וחלק מהפלנטות במערכת השמש (המרחקים אינם מוצגים בקנה מידה).
מסתבר שכדור הארץ הינו אובייקט קטן למדי ביחס לאובייקטים אחרים ביקום.  קוטרה של השמש גדול כמעט פי 109 מזה של כדור הארץ.

                                   

Solar System Scope


 אפליקציה: 1 מערכת השמש (הצגה אינה בקנה מידה)
                                                                                  מסע אינטראקטיבי במערכת השמש 

מומלץ: מסע אינטראקטיבי במערכת השמש (עברית). מצגת 



היקום הינו גדול ביותר. אולם עד כמה ?
בכדור הארץ אנו מודדים מרחקים באמצעות כלים כגון סרט מדידה ומשתמשים ביחידות כגון מילימטר, מטר או קילומטר, אולם בחלל לא נוכל לעשות זאת באופן אפקטיבי, שכן המרחקים גדולים מאוד. נצטרך למצוא שיטות אחרות למדידת המרחקים ביקום. לשם כך נשתמש ביחידה הנקראת " 1 שנת אור". אולם מהי שנת אור ?




שנת אור - מהי?

האור מורכב מפוטונים, אשר נעים במהירות אדירה של כ-300,000 ק"מ בשנייה (בריק). 'ניסע' עם הפוטונים בחלל במהירות האור, במשך שנה שלמה אחת.
המרחק שהאור עובר בשנה אחת - מכונה בשם "שנת אור" אחת. 

 בשנת אור אחת – האור עובר מרחק של כ-9 טריליון קילומטרים וחצי!
למרחקים קטנים יותר נוכל להשתמש ביחידות כמו "שניית אור" או "שעת אור".
לדוגמא : האור עובר את המרחק לירח בפרק זמן של כשנייה ורבע, כלומר – המרחק לירח הינו כשניית אור ורבע.

שניית אור אחת שווה לדוגמה להיקף של 7 כדורי ארץ וחצי (בקו המשווה).

ניתן לראות כי "שנת אור" הנו למעשה ביטוי למרחק ולא לזמן...



מרחקים וגדלים ביקום – מסע במהירות האור

מרחק השמש מכדור הארץ שמונה דקות אור בקירוב, קרן אור היוצאת מהשמש – מגיעה לכדור הארץ לאחר כ-8 דקות. כשאתם צופים בשמש השוקעת ביחס לאופק מחוף הים לדוגמא, השמש למעשה כבר "שקעה" 8 דקות קודם לכן, אולם רק כעת קרני האור פוגעות ברשתית העין שלכם, לאחר שעברו מרחק של כ-150 מליון ק"מ.
כשאנו צופים אל עבר אובייקטים הנמצאים רחוק בחלל אנו רואים תהליכים שכבר התרחשו בעבר, זמן רב לפני שהמידע מגיע אלינו בפועל.

כוכב הלכת הרחוק ביותר מהשמש הינו נפטון. מרחקו של נפטון מהשמש 240 דקות אור, או 4 שעות אור. על קרני השמש לנוע בחלל במשך 4 שעות בטרם מגיעות לנפטון!

בלילות הקיץ ניתן להבחין מישראל בכוכב אדום ובהיר יחסית, המכונה ארקטורוס (Arcturus), זוהי שמש אדירת מימדים מטיפוס המכונה בשם ענק אדום (שלב בהתפתחותם של כוכבים).
בתמונה הבאה - ניתן להבחין בגודלם היחסי של כוכב הלכת צדק (שמאל) והשמש שלנו (אמצע) ביחס לכוכב ארקטורוס. מרחקו של הכוכב ארקטורוס מאיתנו כ-37 שנות אור.
sizes_in_space (9)איור: השמש, כוכב הלכת צדק והכוכב ארקטורוס Arcturus בקבוצת הכוכבים רועה הדובים (המרחקים אינם מוצגים בקנה מידה).
בכדי למצוא את הכוכב ארקטורוס בשמיים ניתן להיעזר בפלניספרה, מפת הכוכבים באתר מצפה ברקת.

נמשיך להתרחק יותר ויותר מכדור הארץ הבית שלנו, ונראה מחלון החללית את ערפילית הטבעת, ענן של גז ואבק הנמצא בחלל, מספרה הקטלוגי M57.
מרחקה של 1 ערפילית הטבעת מאתנו מרשים למדי – כמעט 2,300 שנות אור!
ערפילית הטבעת הינה ערפילית פלנטרית, זוהי שארית מכוכב זקן אשר השיל את מעטה החומר שלו אל עבר החלל, ויצר ענן גדול של חומר, במרכזו כוכב מטיפוס ננס לבן.


הערפילית עצמה אינה דחוסה כמו שנהוג אולי לחשוב, מסתה מוערכת בכ-0.2 מסות שמש (0.2 ממסת השמש שלנו) וקוטרה גדול פי 500 ממערכת השמש כולה. הערפילית מתפשטת אל עבר החלל במהירות ממוצעת של 25 ק"מ בשנייה. ניתן להבחין בערפילית באמצעות טלסקופ חובבים בינוני או גדול.

גם השמש שלנו צפויה לעבור תהליך דומה, ככל הנראה בעוד כ-4.5 מיליארד שנים.
m57 ערפילית הטבעת
תמונה: ערפילית הטבעת. צילום: מצפה ברקת


גלקסיית שביל החלב
 כעת אנו עוזבים את גלקסיית שביל החלב, בה אנו חיים. קוטרה של הגלקסיה הספיראלית שלנו כ-100,000 שנות אור.

באיור מסומן מיקומה של מערכת השמש שלנו, אולם ממרחק זה לא ניתן להבחין בה כלל...
milkyway_galaxy
איור: ציור אמן של גלקסית שביל החלב. (האיור להמחשה בלבד)

לאחר שנעבור מרחק של 2 מיליון שנות אור וחצי - נגיע אל גלקסיית אנדרומדה הרחוקה, השכנה הגלקטית של גלקסית שביל החלב.
andromeda_galaxy_IR_WISE
תמונה: גלקסיית אנדרומדה באינפרא אדום. צילום: NASA / JPL-Caltech / UCLA
גלקסיית אנדרומדה הנה 1 גלקסיה ספיראלית, בדומה לגלקסיה שלנו, אולם קוטרה כפול – 200,000 שנות אור!

לפני מספר שנים – כיוונו האסטרונומים את 1 טלסקופ החלל האבל לנקודה ה'שחורה' ביותר בשמיים הצפוניים. מקום בו לא הבחינו עד כה בדבר.
האבל צפה בנקודה זו במשך 10 יממות רצופות, וצילם תמונות רבות, אשר שולבו לתמונה מדהימה אחת - המכונה בשם "השדה העמוק של האבל" (HST deep field).
מלבד מנקודות ספורות בעלות הצלב, כל נקודה בתמונה הינה גלקסיה אדירת מימדים. גלקסיות נמצאות בכל כיוון, גם מיליארדי שנות אור מאיתנו, וככל שמתבוננים יותר ויותר ביקום – כן מוצאים עוד ועוד גלקסיות...
hubble deep field
תמונה: השדה העמוק של האבל. HST



כיצד מודדים מרחקים בחלל?

יש מספר שיטות למדידת המרחקים בחלל. אחת השיטות הינה למדוד את שטף האור מסופרנובה רחוקה. לפי עוצמת האור של האובייקט ניתן לחשב את מרחקו מכדור הארץ (הצופה). מידע על סופר-נובה ודרכי צפייה. מידע על סופר-נובה בגלקסיית M101.

מומלץ: פוסטר אסטרונומי המציג את המרחקים והגדלים ביקום. אתם מוזמנים להדפיסו ולהיעזר בו בכדי להיזכר במרחקים העצומים איתם עוסקים במדע האסטרונומיה, ולהפליג בדמיונכם למחוזות רחוקים ביקום.
פוסטר מערכת השמש גדלים מרחקים שנת אור מהירות האור

מדידת קוטרו המקורב של הירח - באמצעות הידיים וסרגל
חישוב המרחק לירח - בליקוי ירח
מדידת קוטר הירח - באמצעות תמונות משידור ליקוי הירח
- מדידת אורך הסילון של הגלקסיה M87





היקום בקנה מידה – בניית דגם של מערכת השמש
ברוב התמונות הנמצאות ברשת האינטרנט (ובספרי הלימוד) מערכת השמש מוצגת באופן בו כוכבי הלכת נמצאים קרובים מאוד אחד לשני, הרבה יותר קרובים מיחס המרחקים האמיתי של כוכבי הלכת בחלל. כך שהתמונות אינן מוצגות בקנה מידה מדוייק. בחלקו זה של המאמר נראה כיצד ניתן להכין דגם פשוט הממחיש את המרחקים היחסיים של כוכבי הלכת, בקנה מידה נכון.
המודל ממחיש באופן ויזואלי ומקסים את הנושא, ומתאים לילדים ומבוגרים כאחד.

הוראות הכנה -בניית דגם מרחקים של מערכת השמש בקנה מידה:
א. הדפיסו את תמונותיהן של כוכבי הלכת מאתר מצפה הכוכבים ברקת
ב.קבעו את השמש בנקודה מסויימת בחצר, בתור נקודת היחוס. בנקודה זו נמקם בהמשך את השמש. המשיכו להתרחק ממנה בהתאם לסדר כוכבי הלכת ולמרחקים היחסיים המצויינים בטבלה מטה.
ג. למתקדמים : ניתן להדפיס את תמונותיהן של כוכבי הלכת בקנה מידה הנכון גם ביחס לגודל (קוטר) האובייקט, ולערוך מסע במרחבי מערכת השמש!
ראו דפי מידע עם תמונות נתונים בנוגע לגודלם של כוכבי הלכת, בקישור
כרטיסיות מידע וסיכום מאפיינים - כוכבי הלכת במערכת השמש

AU המרחק ביחידה אסטרונומית

שם האובייקט

מרחק בדגם (ס"מ)

0.0AU

 שמש

0

0.4AU

חמה

4

0.7AU

נגה

7

1.0AU

ארץ

10

1.5AU

מאדים

15

2.8AU

חגורת האסטרואידים

28

5.2AU

צדק

52

9.6AU

שבתאי

96

19.2AU

אורנוס

192

30.0AU

נפטון

300

39.5AU

פלוטו

(מרחק ממוצע)

395

111.4AU

החללית Voyager 1

1,114

ניתן להציג בכיתה את תמונות כוכבי הלכת במערכת השמש - בקנה מידה נכון גם ביחס לגודל (קוטר), בנוסף ליחסי המרחק בקנה מידה נכון.
כך שהתלמידים יקבלו תחושה לגבי הגודל היחסי של השמש והפלנטות השונות, אל מול כדור הארץ.
הדפיסו את תמונות כוכבי הלכת, והיעזרו בנתונים הבאים בכדי לבנות דגם של גודל הפלנטות בקנה מידה נכון:

שם האוביקטקוטר יחסי
(ארץ=1)
השמש 109
חמה 0.38
נגה 0.95
ארץ 1
מאדים 0.53
צדק 11.19
שבתאי 9.40
אוראנוס 4.04
נפטון 3.88
פלוטו 0.18


 




חומרים נוספים ממצפה הכוכבים ברקת
- תלמידים חוקרים אסטרואידים בכיתה : מחקר המציג כיצד תלמידי תיכון משלבים לימודי פיסיקה ואסטרונומיה ועורכים עבודות חקר בבית הספר. המאמר המלא המציג את המחקר זמין באתר האינטרנט של המצפה
- סרטון מהשידור הישיר של השביט C2009 P1 Garradd : ניתן לצפייה באתר האינטרנט של המצפה
- סרטון ממטר המטאורים דרקונידים 2011 :ניתן לצפייה באתר האינטרנט של המצפה
- אסטרואיד עובר ליד כדור הארץ?






---------------------
תמונות: NASA HST JPL. (אלא אם צוין אחרת)

מצפה הכוכבים ברקת, נמצא בישוב מכבים. ופתוח לכל מי שאוהב מדע ואסטרונומיה.
המצפה פיתח את 1 טלסקופ האינטרנט הישראלי המשמש תלמידים וחוקרים מכל העולם, ומפעיל גם חנות לטלסקופים וציוד אסטרונומי.
באתר האינטרנט של המצפה תמצאו מאמרים מרתקים, ניסויים לבית ולכיתה, עזרים לתלמידים ואפילו מערכי שיעור למורים – והכול פתוח לכל המעוניין.
בקרו באתר האינטרנט של מצפה הכוכבים ברקת למידע נוסף:
http://www.bareket-astro.com

 

מאמרים נוספים

תגובות 

 
#2 הגר 2012-01-20 19:43
;-) יש פו דברים מדהימים ומגניבים באתר הזה!
צטט
 
 
#1 הגר 2012-01-20 19:42
:-) יש פו דברים מדהימים שלא חשבתי שיש
צטט
 

הוספת תגובה


קוד אבטחה
רענון הקוד

כיצד ניתן למצוא את...

ערפילית פלנטרית  מקסימה להרחבה: גדלים ומרחקים ביקום m27 צפייה מהנה !מידע נוסף על טלסקופים ודרכי צפייה בכוכביםחנות הטלסקופים והציוד האסטרונומי  של מצפה הכוכבים ברקת, מכבים. קרא עוד...
 

הידעת ?

מיקום השמש בגלקסיה
השמש שלנו נמצאת כ- 30,000 שנות אור ממרכז הגלקסיה.
קרא עוד...