מאז ומעולם תהו בני אדם מהו מקורו של אור השמש. בעבר סברו כי השמש היא כדור אש גדול שבו מתקיימת שריפה מתמדת, ורק במאה העשרים התברר שמקורה של אנרגיית השמש הוא תהליכים גרעיניים המתרחשים במרכזה.

השמש היא גוף שמימי עצום, המרוחק מאיתנו כ-150 מיליון קילומטר. גודלו של המרחק בין השמש לכדור הארץ ידוע לאנושות זה מעל לאלפיים שנה, מאז שהאסטרונום היווני אריסטרכוס מסאמוס העריך אותו [1]. אולם מה בדיוק קורה בשמש? כיצד היא מספקת לנו את האור והחום, את האנרגיה הדרושה לקיום החיים?

אפתח באנקדוטה מדעית: כאשר הגה צ׳ארלס דארווין את תורת האבולוציה, הדעה הרווחת הייתה שהשמש היא כדור אש שבוער זה עשרים מיליון שנה לכל היותר [2]. הלורד קלווין, שהיה הפיזיקאי החשוב ביותר באותה תקופה, הטיל ספק בנכונותה של תורת האבולוציה, שהרי לדידו של דארווין אבולוציה היא תהליך איטי, המצריך מאות מיליוני שנים לכל הפחות. אם השמש מספקת לכדור הארץ אנרגיה זה עשרים מיליון שנה בלבד, כיצד התפתחו החיים במשך מיליארד שנה? דארווין מת בידיעה שצל גדול מוטל על תורתו. רק במאה העשרים נפתרה התעלומה, כאשר התגלה מקור אנרגיית השמש, המאפשר את קיומה כספק אנרגיה במשך מיליארדי שנים. הפיזיקאי האנגלי אדינגטון הוא שהעלה לראשונה את ההשערה שמקורה של אנרגיית השמש הוא תהליך גרעיני, ולא כימי. את התאוריה המלאה של התהליכים הגרעיניים בשמש הציע הפיזיקאי היהודי-גרמני האנס בתה, אשר זכה על כך בפרס נובל בפיזיקה לשנת 1967.

אז מה בדיוק קורה בשמש? השמש היא אכן גוף שמימי עצום, אשר בליבתו שוררת טמפרטורה של כ-16 מיליון מעלות צלזיוס. בשמש קיימים פרוטונים, שהם גרעינים של אטומי מימן. מדי פעם מתרחש תהליך הקרוי דעיכת בטא פלוס, ובו מעורב הכוח החלש. בתהליך זה פרוטון הופך לנויטרון תוך כדי פליטת חלקיק הקרוי נייטרינו וחלקיק נוסף הקרוי פוזיטרון [3]. בתהליך זה כשלעצמו לא נפלטים חלקיקי אור (פוטונים), והוא אינו מקור האור שאנחנו רואים, אולם כאשר פרוטון פוגש פרוטון שהפך לנויטרון, הם מתמזגים ויוצרים מימן כבד (דאוטריום – מימן שבגרעין שלו יש נויטרון בנוסף לפרוטון המצוי באטום מימן "רגיל").
לדאוטריום ״קל״ להתמזג עם פרוטון נוסף, ויחד הם יוצרים גרעין של אטום הליום. בתהליך זה נפלט חלקיק אור, וזהו מקורו של אור השמש שאנו רואים! התהליכים הגרעיניים בשמש מתוארים באיור.
אנו למדים, אם כן, שהשמש אינה כדור אש שבו מתרחשת בעירה של פחם, כלומר מקור אנרגיית השמש אינו כימי, אלא גרעיני. 

תיאור התהליכים הגרעיניים בשמש. העיגולים האדומים מייצגים פרוטונים, והאפורים מייצגים נויטרונים. חלקיקי האור נפלטים כאשר דאוטריום ומימן מתמזגים לגרעין אטום הליום. מקור: Wikimedia Commons

חלקיקי האור, שנמצאים בטמפרטורה גבוהה מאוד, מתקררים בדרכם מליבת השמש אל פניה, שם הטמפרטורה היא כ-5600 מעלות צלזיוס "בלבד". האור נפלט מהשמש בצבעים (אורכי גל) שונים, ואילו היינו יכולים להסתכל עליו מהחלל, הוא היה נראה לנו לבן. הסיבה לכך שאור השמש נראה לנו צהוב היא פיזור האור כאשר הוא חודר לאטמוספרה של כדור הארץ.

בעוד כחמישה מיליארד שנים תכלה השמש שלנו את הדלק שלה, הפרוטונים (גרעיני המימן) שבה. היא תהפוך ל״ענק אדום״, וסופה להיות ״ננס לבן״ [4]. על חייהם ומותם של כוכבים ניתן לקרוא כאן [5].

אז גם אם באופן אינטואיטיבי אנו מקשרים בין אור השמש הצהוב לאור הנפלט ממדורה, מדובר בתהליכים שונים הגורמים לפליטת אור: המקור לאור השמש הוא גרעיני, ואילו אור המדורה מקורו בתהליך כימי.
השמש היא כור היתוך גרעיני, לא כדור אש גדול!

עריכה: סמדר רבן

מקורות והרחבות

[1] על אריסטרכוס מסאמוס

[2] איך התפיסה השגויה של הלורד קלווין כמעט מוטטה את תורת האבולוציה

[3] על היתוך גרעיני

[4] על העתיד הצפוי לשמש שלנו

[5] חייהם ומותם של כוכבים