מערכת שמש היא שם כולל למערכת שבה גופים שאינם כוכבים, כגון כוכבי לכת, אסטרואידים או שביטים, נמצאים במסלול המקיף כוכב. במרכז מערכת השמש שלנו מצויה כמובן השמש, וסביבה חגים שמונת כוכבי הלכת הקלאסיים ועוד גופים רבים קטנים יותר.
מערכת השמש שלנו היא נכון להיום המקום המרתק ביותר ביקום המוכר לנו. אולי מכיוון שגרמי השמיים בה קרובים אלינו באופן יחסי. על כל פנים, איפה עוד אפשר לצפות במראות שומטי לסתות כמו טבעות שבתאי, גשם מתאן בירחו של שבתאי, טיטאן, הכתם הגדול האדום של צדק, התפרצויות אדי מים מהאוקינוס התת ־קרקעי של ירחו, אירופה, הר בגובה 21 ק"מ במאדים ועוד.
אבל עד כמה שהיא נדמית לנו כמו מרכז העניינים, שכונת מערכת השמש נמצאת בפריפריה של גלקסיית שביל החלב, במרחק של כ-32,000 שנות אור ממרכזה. היא מקיפה מרכז זה במהירות של כ-220 ק"מ בשנייה. איך הכול התחיל?
איך נוצרה מערכת השמש?
על פי תאוריית הערפילית, מערכת השמש נוצרה לפני כ-4.6 מיליארד שנים כאשר אזור צפוף בערפילית הקרויה "ערפילית יצירה", שהיא ככל הנראה שריד של סופרנובה קדומה, החל בקריסה כבידתית אל תוך עצמו. ייתכן שגלי הלם מכמה סופרנובות קרובות יחסית הם שיצרו את האזורים הדחוסים בערפילית וחוללו את ההתמוטטות פנימה. תאוריה חדשה, שפורסמה בדצמבר 2017, מציעה שמערכת השמש נוצרה בעקבות שיירים שנהדפו מכוכב ענקי במיוחד הנקרא כוכב וולף ־רייאה.
ככל שהחומר הלך וקרס אל עבר מרכז המסה, כך גברה מהירותו במאונך לציר הסיבוב, בשל חוק שימור התנע הזוויתי. אם אי פעם ראיתם כיצד מכינים בצק פיצה, תוכלו בקלות להבין על מה אנחנו מדברים: סיבוב מהיר של גוש הבצק גורם לו להתפרש לצדדים על פני מישור. המישור הזה תמיד מאונך לציר הסיבוב.
אם כן, קצת כמו בצק פיצה שמסתובב באוויר, החל הענן הכדורי שלנו להתפרש לצדדים, ובמרכזו התגבש גוש כדורי ודחוס ביותר. הגוש המרכזי הזה היה למעשה כוכב בהתהוות ("פרוטו־כוכב"), אשר ממנו עתידה השמש שלנו להיווצר. שאר הענן – פחות מאחוז אחד מכל החומר שבו – המשיך להתפרש לצדדים תוך כדי סיבוב סביב הכוכב המתהווה. הדִסקה המישורית הזו, שעל פניה כבר החלו להצטבר גושי חומר, תהפוך לימים למישור המִלקה – המישור שבו מקיפים כוכבי הלכת את השמש.
במשך כמאה מיליון שנים גדל הגוש הכדורי שבמרכז והחומר שבו נדחס, עד שהוא נהיה גדול כל כך והחומר שבו דחוס ומתחכך עד כדי כך שהטמפרטורה בו הרקיעה למיליוני מעלות. ואז קרה משהו מיוחד – היתוך גרעיני: אטומים של מימן נדחסים זה אל זה עד שהם ניתכים זה בזה, יוצרים אטום חדש – הליום, ובתוך כך משחררים אנרגיה. זו אנרגיית השמש שלנו, שנולדה.
ומה קורה בינתיים בדִסקה סביב השמש? גושי חומר קטנים מתנגשים ומסתפחים זה לזה, או מתעבים בעצמם לגושי חומר גדולים יותר. כמה מהם מצליחים לתפוח לקוטר של כמה קילומטרים, וככל שהם גדלים הם סופחים אליהם עוד ועוד אבק בין־כוכבי. חלקם נלכדים בכוח המשיכה של השמש ומתרסקים עליה, ואילו אחרים עושים את דרכם אל שולי הדִסקה, וכמה מהם מצליחים להישאר במסלול יציב ונהיים כוכבי לכת.
מערכת השמש הפנימית
עם לידתה של פצצת־ המימן השכונתית, הלא היא השמש שלנו, הטמפרטורה בסביבתה הקרובה (קרובה יחסית כמובן) הרקיעה לשחקים. אילו כוכבי לכת יכולים להישאר בסביבה כזאת? – כוכבי לכת שעשויים מסלעים ומתכות שיכולים לעמוד בחום הרב בלי להתפרק לרסיסים: כוכב חמה, נוגה, כדור הארץ ומאדים. כוכבי לכת "ארציים" אלה, הממוקמים באזור הנקרא "מערכת השמש הפנימית", הם בעלי קרקע מוצקה העטופה בשכבת אטמוספרה קלושה או סמיכה. יש להם מסה צפופה וקטנה יחסית והם מצוידים בשני ירחים לכל היותר. בין מסלולו של מאדים, המרוחק 228 מיליון ק"מ מהשמש, לבין מסלולו של צדק, המרוחק 778.5 מיליון ק"מ מהשמש, הייתה מסה של חומר שהספיקה ליצירת פלנטה נוספת, אך כוח המשיכה האדיר של צדק גבר על כוח המשיכה של חלקיקי החומר זה לזה, והותיר מאות אלפי גושי חומר שבריריים. אלה נקראים אסטרואידים, והם מקיפים את השמש בחגורת האסטרואידים.
מערכת השמש התיכונה
רוב החומרים הנדיפים, כמו מתאן, אמוניה ומים, נפרדו כידידים ממערכת השמש הפנימית והתפזרו החוצה ברוח השמש, שהייתה חזקה מאוד באותה תקופה. חלקם נלכדו בכוח המשיכה של ארבעת "ענקי הגזים": צדק, שבתאי, אורנוס ונפטון, שהם עיקר מערכת השמש התיכונה.
ארבעת הענקים האלה שונים מאוד מכוכבי הלכת הארציים, וכן מכל מה שאנו מכירים כאן בביתנו הארצי. חללית מחקר לא תוכל לנחות על פניהם, פשוט כי פני השטח שלהם אינם מוצקים. האטמוספרה שלהם הולכת ונהיית צפופה ככל שמתקרבים לליבה, אבל אין בהם כלל אדמה שניתן לדרוך עליה.
אם נתעלם לרגע מהבעיה ה"שולית" של היעדר קרקע לנחות עליה, לתיירים הפלנטריים שיגיעו לשם צפויה חוויה סוערת במיוחד: ארבעת הענקים מתהדרים במערכת מפוארת של טבעות פלנטריות, ירחים מרובים ועצמים שונים שנלכדו בכוח הכבידה שלהם. בשמי היום והלילה שלהם אין רגע דל.
מערכת השמש הטרנס־נפטונית
החומרים שלא הצליחו להתגבש לפלנטות ולא נלכדו בחגורת האסטרואידים נהדפו בקלות ברוח השמש עם שאריות אבק וגז אל מעבר למסלולו של נפטון. הגופים הנפלטים יצרו במישור המלקה מעין קליפה מעגלית ויציבה של כוכבי לכת ננסיים וגרמי שמיים קטנים במרחק של כ-30 עד 50 יחידות אסטרונומיות מהשמש (כלומר, פי 30 עד 50 מהמרחק של כדור הארץ מהשמש). זוהי חגורת קויפר. אחד מכוכבי הלכת הננסיים שנמצא בחגורה הזו הוא פלוטו, אשר עד שנת 2006 נחשב לפלנטה התשיעית במערכת השמש.
בשולי חגורת קויפר, ב"דִסקה המפוזרת", מסתובבים סביב השמש גופים במסלול לא יציב, ובתוך מאה מיליון שנה הם יתנדפו אל מחוץ למערכת השמש. כלומר, אפשר לומר שמערכת השמש שלנו מתדלדלת, אבל בקצב איטי מאוד. הדסקה המפוזרת נוצרה ככל הנראה עם היווצרות מערכת השמש, והייתה אז מאסיבית פי 100 לעומת היום.
איפה נגמרת מערכת השמש?
מערכת השמש היא כדור (ספֵרה) בגודל בלתי נתפס, ברדיוס של כ-15 טריליון (מיליון מיליונים) ק"מ. מבחינת גרמי השמיים, קצה מערכת השמש נמצא סביב "עננת אורט", שהיא קליפה כדורית הנמצאת בשוליה של מערכת השמש, וביתם של כוכבי השביט. עננת אורט משתרעת ממרחק של כ-150 מיליארד ק"מ מהשמש ועד למרחק של כ-7.5 טריליון ק"מ.
חקר מערכת השמש בעבר, בהווה ובעתיד
מאז שחר האנושות מביטים בני האדם על השמש, על הירח ועל הפלנטות הקרובות הניתנות לצפייה בעין. בתקופה שבה שהאמת המדעית לא הייתה עיקר מעייניהם של בני האדם, ואמצעי תצפית לא היו אף בגדר חלום, שילבו התרבויות האנושיות השונות את גרמי השמיים באגדות ובמיתוסים עממיים וקבעו בהם את משכנם של האלים.
הראשונים שחקרו באופן שיטתי את הטבע הפיזיקלי של הכוכבים ומסלולם היו האסטרונומים ביוון העתיקה. רובם המוחלט קבע כי כדור הארץ עומד במרכז היקום, והכוכבים והשמש מקיפים אותו. מודל זה נקרא "המודל הגאוצנטרי". נגד טענה זו יצא בקול חלוש הפיזיקאי היווני אריסטרכוס מסאמוס, שטען כי השמש עומדת במרכז היקום ותיאר לראשונה את מה שמכונה "המודל ההליוצנטרי". טענותיו הוכחו ונתקבלו רק כעבור מאות שנים, בתצפיות ובגילויים המדעיים של ניקולאוס קופרניקוס וגלילאו גליליי.
עם שכלול הטלסקופים במאה השבע־עשרה הלך מדע האסטרונמיה והשתכלל, וכיום חקר מערכת השמש הוא תחום רחב וחשוב באסטרונומיה, וללא הרף מתגלים במערכת השמש גרמי שמיים חדשים.
