הקורונה היא מבנה דמוי כתר המקיף את השמש, העשוי גז הכלוא בשדה המגנטי שלה. על אף שנפח הקורונה גדול פי 2-3 מזה של השמש, לא ניתן לראותה ללא ציוד מיוחד אלא בזמן ליקוי חמה מלא, כאשר הירח חוסם את האור מהשמש עצמה, והיא מתגלית במלוא הדרה (ראו תמונה). בימי קדם הופעת הקורונה יחד עם העלמותה של השמש היתה חוויה דרמטית ואולי אף מפחידה לעדים לה, אך החידה הגדולה ביותר הופיעה דווקא בעידן המודרני, אז מידע מטלסקופים חשף כי הקורונה לוהטת במיליוני מעלות, כך שהיא חמה פי מ-200 ויותר מפני השמש עצמה. תעלומת התחממות הקורונה הובילה לרבבות מחקרים ותצפיות שניסו להסבירה, כשבשנים האחרונות נראה כי הפתרון הוא בהישג יד (או חללית).

לאורך רוב ההיסטוריה האנושית התייחסו בני האדם לשמש כבעלת צורה קבועה, אך תמונות מטלסקופים הבהירו כי פני השמש דינמיים, והם זורמים, קופצים, ולעיתים גם מתפוצצים [1]. בדומה לכדור הארץ, גם לשמש יש אטמוספירה, אך זו שונה בכמה דרכים מזו של כדור הארץ. בניגוד לאדמה ואויר, השונים מהותית זה מזו, השמש והאטמוספירה שלה עשויות מאותו חומר, שכן האטמוספירה נוצרת מהתפשטות השכבות החיצוניות של השמש אל תוך החלל. הן נבדלות רק בצפיפות והטמפרטורה שלהן. בנוסף, האטמוספירה אינה שכבה דקה וכדורית, אלא מסודרת במבנה דמוי עלים המתנשא לגובה של מאות מיליוני קילומטרים וגדול מהשמש עצמה. צורה זו הקנתה לה את השם קורונה ("כתר" בלטינית).

למרות גודלה העצום, הקורונה בלתי נראית כאשר אנו מסתכלים בשמיים בימים רגילים. הסיבה היא שצפיפותה מאוד נמוכה (היא דלילה פי מיליארד מהאויר שאנו נושמים) ולכן, האור המגיע ממנה חלש בהרבה מאור השמש. לעומת זאת, בזמן ליקוי חמה מלא חוסם הירח את כל האור מהשמש ואז לא צריך כל משקפת או ציוד מיוחד כדי לראות את הקורונה - היא הופכת לבולטת מאוד על רקע השמיים החשוכים, כמו בתמונה המצורפת. התמונה היא ברזולוציה משופרת לחידוד פרטים, אך המראה בשמיים דומה. במרכז התמונה, אם מסתכלים היטב, ניתן להבחין בירח ואף במכתשים שעליו.

בימינו התרחשות של ליקויי חמה היא ידועה מראש, אך בעבר העלמותה הפתאומית של השמש יחד עם הופעתה של הקורונה היתה חוויה דרמטית למדי. התיעוד הראשון על צפייה בקורונה מגיע מסין משנת 1307 לפני הספירה [2], שם תואר כי "שלוש להבות ענקיות בלעו את השמש". ואכן, מי שאי פעם זכה לראות ליקוי מלא במו עיניו יסכים: מרגע תחילת הליקוי המלא, ולמשך דקות ספורות, השמש עצמה נעלמת, ובשמיים מופיע עיגול אפל מוקף טבעת אש לבנה. זהו מראה מסעיר, והתגובה לו, גם בקרב בני אדם מודרנים שיודעים מה הולך לקרות, בדרך כלל כוללת צעקות רמות (ראו בוידאו המצורף, [3]).

כיום אנו לא נדרשים לחכות שיתרחש ליקוי חמה מלא כדי לצפות בקורונה, בזכות מכשיר הנקרא קורונוגרף [4]. זהו למעשה טלסקופ מיוחד המייצר לעצמו ליקוי מלאכותי: מול מרכז שדה הראיה שלו מוצבת דיסקה אטומה, שגודלה ומיקומה נקבעים כך שהיא תסתיר את השמש אבל תאפשר לאור מהקורונה להגיע לגלאי. קורונוגרפים רבים מוצבים על חלליות וצופים בקורונה במשך 24 שעות ביממה, הן למטרות מדעיות והן בשל הסכנה הנשקפת לטכנולוגיית חלל מהתפרצויות קורונה (coronal mass ejections) כפי שדנו בפוסט קודם [5].

מה מעניק לקורונה את המבנה המיוחד שלה? כאמור, הקורונה עשויה מגז מיונן (פלזמה), זאת אומרת מחלקיקים בעלי מטען חשמלי, ואלו מגיבים לשדה המגנטי של השמש. שדה מגנטי אינו עצם שניתן לראות, אך חלקנו "ראה" את צורתו בעזרת פיזור שבבי מתכת סביב מגנט, כאשר השבבים מסתדרים עם כיוון השדה (כמו מחטי מצפן קטנות, ראו סרטון באתר [6]). באופן דומה, ניתן להבחין ויזואלית בשדה המגנטי של השמש בזכות החלקיקים המרכיבים את הקורונה. חלקיקים אלו (בעיקר פרוטונים ואלקטרונים) אמנם אינם מגנטים אך הם "כבולים" לשדה בגלל המטען שלהם: הכח המגנטי מאלץ אותם לנוע במסלול הדומה לקפיץ המלופף סביב קווי השדה. ממרחק רב תנועה זו נראית כמו צינורות דקים של פלזמה שעוקבים אחר מבנה השדה. בתמונה ניתן לראות צינורות אלו בצורת פסים עדינים של אור וחושך, לולאות וקשתות. 

ציינו כי הקורונה גדולה פי 2-3 מהשמש. בהשוואה, האטמוספירה של כדור הארץ דקה מאוד ומהווה כאחוז מהרדיוס שלו. מה גורם להבדל זה? מתברר שהקורונה לוהטת במליוני מעלות ולכן  היא מתפשטת החוצה, למרות כח הכובד של השמש המושך אותה פנימה. הגילוי המפתיע שהקורונה חמה כל כך התאפשר בזכות שיטת מדידה הנקראת ספקטרוסקופיה, המאפשרת לבודד אור הנפלט מאטומים ויונים ספציפיים. נמצא כי בקורונה יש יוני ברזל ברמת יינון של 13+ (זאת אומרת שהוצאו מהם "בכח"  13 אלקטרונים, מתוך ה- 26 שיש באטום ברזל נייטרלי). רמת יינון זו של ברזל היא כה גבוהה, עד כי האנרגיה הדרושה להגיע אליה אינה זמינה לנו במעבדות בכדור הארץ, ויון זה נצפה רק בכוכבים (לכן בתחילה חשבו כי מדובר ביסוד חדש וניתן לו השם קורוניום). מאז אותן תצפיות ראשונות התגלו בקורונה יוני ברזל ברמת יינון של עד 20+. ידע של מבנה האטום מאפשר לנו לקשר בין רמת היינון לבין הטמפרטורה בה היונים נוצרו, ולמעשה להשתמש בספקטרוסקופיה בשביל לשים "מדחום" בשמש ובקורונה. כך התברר כי פני השמש הם בעלי טמפרטורה של כ- 5,700 מעלות, ואילו הקורונה מגיעה לבין מיליון לעשרה מיליוני מעלות באזורים שונים ([7]). כאן מתחילה התעלומה: אם השמש כל כך קרה ביחס לקורונה, מהיכן מקבלת הקורונה את האנרגיה להתחמם כל כך, לטמפרטורה של יותר מפי 200? 

תעלומה זו נקראת בעיית חימום הקורונה (coronal heating problem) והיא עומדת במרכזם של רבבות מחקרים, תצפיות, ומשימות חלל, כשבשנים האחרונות התרחשה התקדמות משמעותית. עוד על תעלומת הקורונה והפתרון האפשרי לה, בפוסט הבא.

הכותבת הינה בעלת דוקטורט בפיזיקת חלל והתמחתה בניתוח תצפיות ובניית מודלים ממוחשבים המסבירים את התחממות הקורונה

מקורות

[1] סרטון המראה את תנועות הזרימה על פני השמש סביב לכתם שמש (איזור קר וחשוך), כפי שצולמו על ידי החללית Hinode היפנית

סרטון המראה לשונות פלזמה קופצות מפני השמש, כפי שצולמו על ידי החללית Solar Dynamics Observatory של נאסא

[2] ספר על ההיסטוריה של חקר השמש וליקויי חמה

[3] סרטון של ליקוי מלא מעל טורקיה, 2006, כולל תגובת הקהל (בעיברית, צפייה מ- 2:00 דקות)

 סרטון של הרגעים בו הופיעה הקורונה באיכות גבוהה יותר, מאותו ליקוי

[4] צילומים של הקורונה על ידי הקורונגרף שעל גבי החללית STEREO A  של נאסא

[5] פוסט קודם שלנו על הסכנות הנשקפות מהתפרצויות שמש

[6] סרטון של שבבי ברזל סביב מגנט

[7] מפות טמפרטורה של השמש בשכבות שונות, כפי שנדדו על ידי ספקטרוסקופ על גבי החללית Solar Dynamics Observatory  של נאסא