צל כדור הארץ

צל כדור הארץ (באנגלית: Earth's shadow) הוא הצל שכדור הארץ מטיל דרך האטמוספירה שלו והחוצה אל החלל החיצון, לכיוון הנקודה הנגדית לשמש. בתקופת הדמדומים (בשעות בין הערביים ובין השחר), השוליים הנראים של הצל – המכונים לעיתים "המקטע האפל" או "הטריז של הדמדומים" – מופיעים כרצועה כהה ומטושטשת מעל האופק, והם מובחנים ביותר כאשר השמים בהירים.

מכיוון שקוטריהם הזוויתיים של השמש ושל הירח כפי שהם נראים מפני כדור הארץ כמעט זהים, היחס בין אורך צל כדור הארץ לבין המרחק שבין כדור הארץ לירח יהיה כמעט שווה ליחס שבין קוטר כדור הארץ לקוטר הירח.

מכיוון שקוטר כדור הארץ גדול פי 3.7 מקוטרו של הירח, אורך הצל ה־Umbra של כדור הארץ גדול בהתאם פי 3.7 מן המרחק הממוצע שבין הירח לכדור הארץ – כ־1.4 מיליון קילומטרים. קוטר צלו של כדור הארץ במרחק הירח (המרחק של הירח מכדור הארץ = 384,399 קילומטרים) הוא כ־9,000 קילומטרים, שהם פי 2.6 מקוטרו של הירח, עובדה המאפשרת את קיומם של ליקויי ירח מלאים הנצפים מכדור הארץ.

 הופעה 

ממוזער|שמאל|סוגי הדמדומים
ממוזער|צל כדור הארץ ו"חגורת ונוס" בשעת בין הערביים, מבט מזרחה מראשי מרין שמצפון לסן פרנסיסקו, באוקטובר 2010. (הערה: שכבה דקה של עננים אפורים־כהים מסתירה חלקית את קו האופק בתמונה זו).
שמאל|ממוזער|זוהר הרקיע בטרם זריחה
את צלו של כדור הארץ המוטל על האטמוספירה ניתן לראות במהלך שלב ה"דמדומים האזרחיים", בהנחה שהשמים בהירים וקו האופק פתוח יחסית. שולי הצל מופיעים כרצועה כהה בגוון כחול־עמוק עד סגלגל, המשתרעת על פני יותר מ־180 מעלות של קו האופק מול השמש – כלומר, במזרח עם רדת החשכה ובמערב עם עלות השחר. לפני הזריחה נראה צלו של כדור הארץ כנסוג עם עליית השמש; לאחר השקיעה נראה הצל כעולה עם שקיעת השמש.

צל כדור הארץ נראה בצורה הטובה ביותר כאשר קו האופק נמוך, למשל מעל פני הים, וכאשר תנאי השמים בהירים. נוסף על כך, ככל שגובהו של הצופה מעל האופק רב יותר, כך הצל נראה חד וברור יותר.

 חגורת נוגה 
שמאל|ממוזער|ירח מלא עולה, כפי שנראה דרך חגורת נוגה. חלק קטן מאוד מצלו של כדור הארץ (כחול כהה) נראה גם בתמונה זו, אך האופק כאן גבוה מדי מכדי שניתן יהיה לראות יותר מצלו של כדור הארץ.
תופעה קשורה הנראית באותו חלק של השמים היא "חגורת ונוס (חגורת נוגה)" (או "קשת הנגד של הדמדומים") – רצועה ורדרדה הנראית מעל הגוון הכחלחל של צל כדור הארץ. התופעה נקראת על שם כוכב הלכת נוגה, אשר כאשר הוא נראה, הוא ממוקם לרוב באזור זה של השמים (קצת מעל לאופק). אין קו ברור המפריד בין צל כדור הארץ לבין חגורת ונוס; צבעי הרצועות משתלבים אלה באלה במראה השמים.

"חגורת ונוס" היא תופעה שונה לגמרי מ"זוהר הזריחה או השקיעה לפני שהשמש עולה או שוקעת באופק" (Afterglow), המופיעה בחלק הגאומטרי ההפוך של כיפת השמים.

 צבע 
כאשר השמש קרובה לאופק בשעת זריחה או שקיעה, קרני האור נראות אדמדמות. זאת משום שקרני האור האדומות (בעלי אורך גל ארוך) חודרות שכבה עבה במיוחד של האטמוספירה, הפועלת כמעין מסנן ומפזרת את כל אורכי הגל למעט את הארוכים יותר – האדומים.

מנקודת מבטו של הצופה, אור השמש האדמדם מאיר ישירות חלקיקים זעירים בשכבות הנמוכות של האטמוספירה, בצד של השמים שמנגד לשמש. האור האדום מתפזר חזרה לעיני הצופה, וזו הסיבה לכך ש"חגורת ונוס" נראית ורדרדה.

ככל שהשמש השוקעת יורדת נמוך יותר מקום האופק של הצופה, כך הקו המפריד בין צל כדור הארץ לבין חגורת ונוס נראה פחות מוגדר. זאת משום שהשמש השוקעת מאירה עתה חלק דק יותר של השכבה העליונה של האטמוספירה. שם האור האדום אינו מפוזר, מאחר שחלקיקים מועטים בלבד נמצאים שם, והעין רואה רק את השמים "הרגילים" בכחול, הנובע מפיזור ריילי מולקולות האוויר. בסופו של דבר, גם צל כדור הארץ וגם חגורת ונוס מתמזגים לחשכת השמים בלילה.

 צבע ליקויי ירח 

שמאל|ממוזער|הסבר גרפי ללקוי הירח האדום
ממוזער|ליקוי ירח מלא ב-15 במאי 2022 מראה את האור האדמדם הנופל על פני הירח.
צל כדור הארץ מעוקל בהתאם לצורת הפלנטה, והאומברה (הצל) שלו משתרעת כ־1,400,000 ק"מ אל החלל החיצון. (עם זאת, האנטומברה (antumbra) מתמשכת ללא גבול מוגדר.) כאשר השמש, כדור הארץ והירח מסודרים בקו ישר באופן מושלם או כמעט מושלם, כשכדור הארץ נמצא בין השמש לירח, צלו של כדור הארץ נופל על פני הירח הפונים לצד הלילי של הפלנטה, כך שהצל מחשיך בהדרגה את הירח המלא וגורם לליקוי ירח.

גם במהלך ליקוי ירח מוחלט, כמות קטנה של אור השמש עדיין מגיעה אל הירח. אור זה, העובר בעקיפין, נשבר כאשר עובר דרך האטמוספירה של כדור הארץ. מולקולות האוויר והחלקיקים באטמוספירה מפזרים את אורכי הגל הקצרים של אור השמש, ולכן אורכי הגל הארוכים יותר, האדמדמים, מגיעים אל הירח, בדומה לאופן שבו אור השמש נראה אדמדם בשקיעה או בזריחה. תאורה אדמדמה חלשה זו מעניקה לירח הנמצא בליקוי ירח, צבע אדמדם או נחושת חלש.

 עקרונות פיזיקאליים 
שמאל|ממוזער|שקיעה, השמש עדיין נצפת למרות שהיא נמצאת כבר כ-6 מעלות מתחת לקו האופק
שמאל|ממוזער|שקיעה בחוף בת-ים. השמש עדיין נצפת למרות שהיא נמצאת כבר כ-6 מעלות מתחת לקו האופק. ראו הסבר בתרשים הסכמטי שמעל
ממוזער|שמאל|תצפית לכיוון מזרח. ככל שהשמש מעמיקה לשקוע מתחת לאופק במערב צל כדור הארץ במזרח גדל/מתרומם בצבעי כחול-אפור עד לחשכה מוחלטת
הגורם העיקרי לצל כדור הארץ הוא למעשה הצל שנוצר על שכבות האוויר בצד הנגדי של האופק. עם זאת, קשת צל כדור הארץ מעט גדולה יותר מהצל הגאומטרי של גוף כדור הארץ, וזאת בשל הכחדת אור השמש באטמוספירה של כדור הארץ. תופעה זו מסבירה כי בתנאים אידיאליים, צופה על פני כדור הארץ יכול לראות את קצה קשת צל כדור הארץ מעט לפני שקיעה, כשהשמש נמצאת כחצי מעלה מתחת לקו האופק – תוך התחשבות בכפיית השבירה של האור. כלומר, גם כשהשמש כבר נמצאת מתחת לאופק, קרני האור שלה עדיין מגיעות לעינינו. הסיבה לכך היא שהאטמוספירה של כדור הארץ מכופפת (שוברת) את קרני האור. התוצאה היא שאנחנו רואים את השמש למשך כמה רגעים נוספים, אף על פי שהיא כבר "ירדה" מבחינה גאומטרית. להפשטת התיאור הנ"ל ניתן לומר, שברגע הספציפי שבו השמש כבר שקעה מבחינה פיזית, אך בגלל השבירה של קרני האור באטמוספירה, היא עדיין נראית לעיני הצופה, בעוד שבאותו זמן, צלו של כדור הארץ כבר מתחיל לעלות באופק הנגדי. במילים פשוטות, התיאור מצביע על הרגע המדויק בו האור והצל נאבקים על ההראות שלהם, רגע לפני שהלילה מתחיל להשתלט באופן מוחלט.

בשנת 1951, החזאי הצרפתי ז'אן דובואה הציע כי הצבע הכחול-אפור של הצל נובע מספיגת שאפוי (Chappuis) בשכבת האוזון. השערה זו, הנראית סבירה עקב הצבע, אינה נכונה, מאחר שהספקטרום של קשת צל כדור הארץ אינו שונה במידה משמעותית מהספקטרום של חגורת ונוס, וגם אינו שונה מהשכבות העליונות של האופק הנגדי – ספיגת שאפוי ניכרת באופן דומה בכל הספקטרומים, כפי שהראו מדידות שנערכו בין השנים 2012–2014.

הספקטרום של קשת צל כדור הארץ ושל השכבות העליונות מעל האופק הנגדי נבדלות בעיקר בעוצמת האור, כאשר ההבדל בהרכב הספקטרום כמעט ואינו קיים. לפיכך, נראה כי הצבע הכחול הנתפש של קשת צל כדור הארץ והגבול הברור שלה מול חגורת ונוס מעליה נובעים בעיקר מהבהירות הנמוכה באופן משמעותי בשילוב עם מאפייני תפיסה אנושית. בעוצמות תאורה נמוכות, עם המעבר לראיית דמדומים, העין האנושית כמעט שאינה תופסת את חלק הספקטרום בעל אורכי הגל הארוכים בצבע (ראו גם תופעת בזולד-ברוק והקו הסגול).

כדי להבין טוב יותר את פרטי העברת הקרינה במהלך הדמדומים, נעשה שימוש במודלים נומריים שונים. מודל המתאים לחישוב הצבע של האופק הנגדי לדמדומים חייב להתחשב בפיזור מרובה של האור, וכן יש צורך בייצוג כדורי של השכבות האטמוספיריות. גם עם כוח המחשוב הקיים, שיטה אנליטית נותרת מאתגרת; בדרך כלל נעשה שימוש בסימולציות מונטה קרלו. התקווה שהדבר יספק תובנה רחבה יותר על השפעת הרכב האזורים החלקיקיים והשפעת שכבת האוזון.

 ראו גם 
 אשליית הירח
 ליקוי חמה
 ליקוי ירח
 שבירה אטמוספירית
 גודל הליקוי
 חגורת נוגה

 קישורים חיצוניים 



 הגדרת "מקטע כהה"
 תמונה המציגה קטע גדול בהרבה של השמיים עם קטע כהה וחגורת נוגה
 צל כדור הארץ, חגורת נוגה כפי שנראית מעל חצי הדום, בפארק הלאומי יוסמיטי
 ספריית צילומי תופעות אטמוספיריות
 Der Erdschatten steigt über den Horizont - צל כדור הארץ עולה מעל לאופק

הערות שוליים

*
קטגוריה:שמיים
קטגוריה:כדור הארץ
קטגוריה:תופעות אופטיות אטמוספיריות
קטגוריה:ליקויים אסטרונומיים
קטגוריה:הירח
קטגוריה:אשליות אופטיות