כתם שמש

כתם שמש הוא אזור על פני השמש (הפוטוספירה) שבו מתרחשות מערבולות מגנטיות עצומות. הטמפרטורה באזור זה נמוכה יחסית לסביבתו, והפרש טמפרטורות זה גורם לאזור להיראות כהה יותר.

ככל הנראה ראו האסטרונומים הסיניים כתמי שמש כבר באלף הראשון לספירה. אולם רק לאחר המצאת הטלסקופ בשנת 1609 כתמי שמש נצפו ונחקרו ביתר עומק. בתצפיות אלו מצא היינריך שוובה שמספרם הכולל ועצמתם הממוצעת של כתמי השמש משתנים במחזוריות של כ-11 שנים, המכונה מחזור סולארי. הסיבה לקיומו של מחזור זה עדיין אינה ברורה. עם זאת, לא תמיד התקיים מחזור זה - בין השנים 1645-1715 לא נצפו כלל כתמי שמש, תקופה הידועה בתור המינימום של מאונדר.

לשמש יש שדה מגנטי חזק, הנוצר מתנועת הגזים הטעונים שלה. השדה המגנטי ערוך בצורה של קווי שטף ארוכים, המשתרעים מקוטב לקוטב. הגזים הטעונים יוצרים צינורות מגנטיים ארוכים, המתעוותים בגלל ההבדל בין מהירות הסיבוב של השמש בקו המשווה לבין מהירות סיבוב השמש בקטביה, והשדה המגנטי הופך להיות סבוך ובלתי יציב. לבסוף נוצרת לולאת קווי שטף מגנטיים המתנתקת מהשדה הכולל, ואז מדמים השדה המגנטי את רתיחת אזור ההסעה, במקום שהיא נוצרה. תחת השפעת השדה המגנטי המרוכז מתקררת נקודה זו והטמפרטורה שלה יורדת. מכיוון שכך היא פולטת פחות אור. לולאה זו מבקעת את השמש בשתי נקודות ויוצרת שני כתמים כהים, שהם למעשה, כתמי השמש הנראים לעיתים על פני הפוטוספירה.

ההבדל בכמות האנרגיה בין שיא המחזור למינימום הופעת הכתמים הוא 0.1%.

מדענים מהמרכז הלאומי למחקר אטמוספירי גילו מתאם בין מחזוריות הפעילות של השמש לבין מצב הסטרטוספירה ודרכה השפעה על מזג האוויר של כדור הארץ.

קוטביות האחד-צפון והשני דרום
כתמי השמש מופיעים במקביל לקו המשווה השמשי, כאשר בכל חצי כדור הקיטוב של הכתמים נעשה בהתאמה לקיטוב אותו חצי הכדור. כתמי השמש מורכבים מאזור מרכזי כהה (אומברה), המוקף באזור בהיר יותר (פנומברה) וצורתם בלתי סדירה. הם מופיעים תמיד בזוגות, כאשר הצפוני מוביל בחצי הכדור הצפוני
והדרומי גרור, כשבחצי הכדור הדרומי המצב הפוך. לאחר 11.2 שנות ארץ מתחלף הקיטוב: הצפוני מוביל בחצי הכדור הדרומי והדרומי מוביל בחצי הכדור הצפוני. לאחר עוד 11.2 שנות ארץ מתחלף שוב הקיטוב וחוזר למצב הקודם. מכאן נובע שקיימים, למעשה, שני מחזורי כתמים: האחד של 11.2 שנות ארץ והשני של 22.4 שנות ארץ.

מבנה הכתמים
החלק הכהה ביותר של כתם השמש, הנמצא במרכזו, נקרא umbra. קוטרו יכול להגיע לכ- 30,000 ק"מ (לשם השוואה, קוטר כדור הארץ הוא 12,756 ק"מ לערך).
כאשר מתבוננים בכתם שמש, נראה כי מרכזו עטוף במבנה הנראה כעשוי מסיבים, המופנים לכיוונים שונים. נוכחותו של מבנה זה, כמו גם כיוון הסיבים, מרמזים על קיומם של קווי שדה מגנטיים. מבנה זה נקרא penumbra.

ההיסטוריה של חקר כתמי השמש 
הראשון לצפות בכתמי השמש באמצעות טלסקופ היה ככל הנראה תומאס הריוט (Thomas Harriot) שככל הנראה צפה בהם כבר בשנת 1610, אולם הוא לא פרסם את תצפיותיו. בנובמבר 1611 המדען הישועי כריסטופר שיינר (Christoph Scheiner) שלח מכתב (שפורסם בידי הנמען מרק וולצר Mark Welser) בו הוא טען שכבר לפני שבעה חודשים זיהה באמצעות טלסקופ כתמים על השמש, אך מכיוון שלא ייחס לכך חשיבות לא פרסם את העניין. מכיוון שהוא זיהה שוב את הכתמים השתכנע לאחר בדיקות רבות שאכן ישנם כתמים על השמש ויש להסביר את אופן היווצרותם.

בתגובה למכתבים אלו שהודפסו והופצו כתב גלילאו מכתב לוולצר. במכתב מחודש מאי 1612 טען גליליאו שהבחין בכתמים על השמש כבר 18 חודשים לפני כן בסוף  שנת 1610. הוויכוח העיקרי בין שיינר לבין גלילאו לא נסב סביב השאלה מי ראה קודם את הכתמים אלא כיצד יש להסביר את התצפיות.

שיינר טען כי הכתמים אינם על השמש ממש שכן הם נעים על פני השמש ואינם קבועים במקום אחד. אף אם נטען כי השמש מסתובבת סביב צירה ולכן הכתמים נעים, היינו מצפים כי הכתמים יחזרו בקביעות מסוימת. חזרה כזו לא נצפתה על ידו ולכן הוא שלל את האפשרות כי הכתמים נמצאים על השמש עצמה. בעקבות זאת שיינר הגיע למסקנה כי הכתמים נגרמים בגלל גופים שמימיים - כוכבים - שנעים בין כדור הארץ לבין השמש בסמוך לשמש.

גלילאו דחה את עמדתו של שיינר והוכיח באופן מתמטי על פי תצפיותיו שלו כי הכתמים נמצאים על השמש עצמה ואינם גוף מנותק מהשמש. גלילאו נטה לומר כי השמש עצמה מסתובבת סביב צירה ויוצרת את התנועה בכתמי השמש.

קישורים חיצוניים

הערות שוליים

אסטרונומיה תצפיתית
השמש