חלל

אסטרונאוט בחלל

הגבולות בין פני השטח של כדור הארץ וחלל החיצון בקו קרמן, 100 ק"מ ואקסוספירה ב־690 קילומטר. לא בקנה מידה.

חלל (נקרא לעיתים 'החלל החיצון') הוא המרחב הקיים שבו נמצאים גופים שמימיים (כולל את כדור הארץ^[1]). החלל מצוי בוואקום (בעברית: רִיק) חזק המכיל צפיפות נמוכה של חלקיקים, בעיקר פלזמה של מימן והליום, כמו כן גם קרינה אלקטרומגנטית, שדות מגנטיים, ונייטרינו. הטמפרטורה הבסיסית, שנקבעת על ידי קרינת רקע שנותרה מהמפץ הגדול, היא רק 2.7 מעלות קלווין, (270.45- מעלות צלזיוס) לשם השוואה הטמפרטורות בהילת השמש יכולות להגיע ליותר ממיליון מעלות קלווין. הפלזמה במרחב שבין הגלקסיות מהווה כחצי מהחומר הבאריוני (הרגיל) ביקום. פלזמה זו היא בעלת צפיפות נמוכה מאוד (פחות מאטום מימן אחד לכל מטר מעוקב) וטמפרטורה גבוהה (של מיליוני מעלות קלווין) ; ריכוזים מקומיים של הפלזמה הזו התמצקו לכוכבים ולגלקסיות. החלל הבין גלקטי תופס את רוב הנפח של היקום. החלל הריק מהווה גם את רוב נפח הגלקסיות ומערכות הכוכבים.

החלל אינו מתחיל בנקודה מסוימת, ולפיכך הוסכם שקו קרמן המצוי בגובה של 100 קילומטר מעל גובה פני הים יציין באופן רשמי את תחילת החלל החיצון למטרות הסכמי החלל ולשמירת רשומי החלל. המסגרת לחוק החלל הבינלאומי הוקמה על ידי אמנת החלל החיצון, והתקבלה על ידי האו"ם בשנת 1967. הסכם זה מונע כל תביעה של ריבונות לאומית ומאפשר לכל המדינות לחקור את חלל החיצון בחופשיות. בשנת 1979, אמנת הירח שייכה גופים שמימיים כגון כוכבי לכת, כמו גם חלל ההקפה סביב גופים אלה, לתחום שיפוט של הקהילה הבינלאומית. החלטות נוספות הנוגעות לצורכי השלום של החלל החיצון נוסחו על ידי ארגון האומות המאוחדות, אך אלו לא מנעו פריסת נשק בחלל החיצון, ואף בדיקה חיה של נשק נגד לוויינים.

בני אדם החלו בחקר החלל במהלך המאה ה־20, עם כניסת הכדור פורח בגובה רב, ואחריו הפיתוח של משגרי רקטות בודדות ורבי שלבים. מסלול סביב כדור הארץ הושג על ידי יורי גגארין בשנת 1961 וחלליות לא מאוישות מאז הגיעו אל כל כוכבי לכת המוכרים במערכת השמש. השגת מסלול לווייני נמוך דורש מהירות מינימלית של 28,100 ק"מ / שעה, הרבה יותר מהר מאשר כל מטוס רגיל. החלל החיצון מייצג סביבה מאתגרת לחקר אנושי בגלל הסכנות הכפולות של ואקום וקרינה. למחסור בכוח משיכה יש השפעות פיזיות מזיקות על הגוף האנושי, כגון ניוון שרירים ואיבוד מסת עצם. מסע בחלל עד כה הוגבל למסלול נמוך סביב כדור הארץ וטיסה מאוישת לירח; יתר החלל החיצון נחקר על ידי התבוננות פסיבית בעזרת טלסקופים ארציים, טלסקופי חלל או על ידי משלוח גשושית לחקר הגופים השמימיים.

גילוי

ב־350 לפני הספירה הציע הפילוסוף היווני אריסטו שהטבע מתעב ריק, העיקרון הזה נודע בשם אימת הריק (Horror vacui). רעיון זה נבנה על בסיס טיעון אונטולוגי מהמאה ה־5 לפנה"ס של הפילוסוף היוני פרמנידס, שדחה את אפשרות הקיום של ריק בחלל.^[2] על סמך הרעיון שריק לא יכול להתקיים הניחו במערב במשך מאות שנים שהחלל אינו יכול להיות ריק.^[3] רעיון זה החזיק מעמד משך זמן רב, עוד במאה ה־17, הפילוסוף הצרפתי רנה דקארט טען שהחלל חייב להיות מלא.^[4]

בסין העתיקה היו מספר סגנונות מחשבה שונים בנוגע לטבע השמים, חלק עם דמיון להבנה המודרנית של היום. במאה ה־2 לספירה השתכנע האסטרונום ג'אנג הנג שהחלל חייב להיות אינסופי, שנמשך מעבר למנגנון שתומך בשמש והכוכבים. בספרים ששרדו נאמר שהשמים חסרי גבול "ריקים וחסרי תוכן". כמו כן, ה"שמש; ירח; וחברתם הכוכבים; צפים בחלל הריק, נעים או עומדים במקום."^[5]

המדען האיטלקי גלילאו גליליי ידע שלאוויר יש מסה ולכן כפוף לכוח הכבידה. ב־1640, הוא הדגים שכוח מתנגד ליצירה של ריק. תלמידו, אוונג'ליסטה טוריצ'לי, הצליח ליצור את המכשיר שהפיק ריק בשנת 1643. הניסיון הזה הביא ליצירת ברומטר הכספית הראשון ויצר סנסציה מדעית באירופה. המתמטיקאי הצרפתי בְּלֶז פסקל הסיק שאם עמודת הכספית (בברומטר) נתמכה באוויר אז היא תהיה קצרה יותר במקום גבוה יותר שבו לחץ האוויר נמוך.^[6] ב-1648 גיסו פלורין פרייה חזר על הניסוי בהר פוי דה דום (גובהו 1,465 מ') שבמרכז צרפת וגילה שהעמודה נהייתה קצרה בכ־7.62 ס"מ. הירידה בלחץ מודגמת שוב בנשיאת בלון חצי־מלא במעלה ההר, בזמן העלייה ניתן לראות את הבלון מתרחב בהדרגה ומתכווץ בהדרגה בזמן הירידה.^[7]

ב־1650 הרכיב המדען הגרמני אוטו פון גריקה את משאבת הריק הראשונה: מכשיר שהפריך עוד יותר את עיקרון אימת הריק. הוא צדק כשכתב שהאטמוספירה של כדור הארץ מקיפה את כוכב הלכת כמו קליפה, בעלת צפיפות שפוחתת בהדרגה עם גובה. הוא הסיק שחייב להיות ריק בין כדור הארץ והירח.^[8]

במאה ה־15 שיער חוקר הדתות ניקולאוס קוזאנוס שהיקום חסר מרכז והיקף. הוא האמין שהיקום, אף על פי שאינו אינסופי, חסר גבולות שבהם ניתן להכילו.^[9] רעיונות אלו הביאו להשערות בקשר למימד האינסופיות של החלל על ידי הפילוסוף האיטלקי ג'ורדנו ברונו במאה ה־16. הוא הרחיב את רעיון הקוסמולוגיה ההליוצנטרית של קופרניקוס לתפיסה של יקום אינסופי מלא בחומר שהוא קרא אֶתֶר (aether), שלא יצר התנגדות לתנועתם של גופים שמימיים.^[10] הפילוסוף האנגלי ויליאם גילברט הגיע למסקנה דומה, הוא טען שהכוכבים נראים לנו רק מפני שהם מוקפים באֶתֶר דק או ריק.^[11] מקור תפיסת האֶתֶר הוא בפילוסופים יוונים עתיקים, כולל אריסטו, אשר הגו אותו כתווך דרכו גופים שמימיים נעים.^[12]

הרעיון של יקום מלא באֶתֶר מפיץ אור נשאר פופולרי בקרב כמה מדענים עד תחילת המאה ה־20. הסוג הזה של אֶתֶר היה נראה כתווך דרכו אור יכול להתפזר.^[13] ב־1887 ניסוי מייקלסון־מורלי ניסה להבחין בתנועת כדור הארץ דרך האֶתֶר על ידי התבוננות בשינויים במהירות האור לפי כיוון של תנועת כוכב הלכת.

עם זאת, תוצאת האפס הצביעה שמשהו היה לא בסדר עם הרעיון. הרעיון של האֶתֶר מפיץ האור לאחר מכן ננטש והוחלף על ידי תורת היחסות הפרטית של אלברט איינשטיין, אשר מחזיקה שמהירות האור בריק היא קבועה ולא תלויה בתנועתו של הצופה או מסגרת התייחסות.^[14][15]

האסטרונום המקצועי הראשון שתומך ברעיון של יקום אינסופי היה תומאס דיגס האנגלי ב־1576.^[16] אבל קנה המידה נשאר לא ידוע עד מדידת המרחק המוצלחת הראשונה לכוכב סמוך בשנת 1838 על ידי האסטרונום הגרמני פרידריך בסל, שהראה שזווית הפרלקסה (שינוי מדומה במיקומו של עצם עקב שינוי במיקומו של הצופה) של כוכב 61 בברבור הייתה 0.31 שנית־קשת (בהשואה לערך המודרני של 0.287). זווית פרלקסה זו תואמת מרחק של יותר מ־10 שנות־אור.^[17] המרחק לגלקסיית אנדרומדה נקבע על ידי האסטרונום האמריקני אדווין האבל ב־1923 לפי מדידת בהירות של משתנים קפאידים בגלקסיה, טכניקה חדשה זו התגלתה על ידי הנרייטה ליוויט.^[18] זה קבע כי גלקסיית אנדרומדה, ובהרחבה כל הגלקסיות נמצאות הרבה מחוץ לשביל החלב.^[19]

האומדן הידוע המוקדם ביותר של טמפרטורה בחלל החיצון בוצע על ידי הפיזיקאי השווייצרי שארל אדואר גיום בשנת 1896. על ידי שימוש בקרינה המשוערת של כוכבי הרקע הוא הגיע למסקנה כי החלל חייב להיות מחומם לטמפרטורה של 5–6 קלווין. הפיזיקאי הבריטי ארתור אדינגטון עשה חישוב דומה והפיק טמפרטורה של 3.18 מעלות בשנת 1926. ב־1933 הפיזיקאי הגרמני אריך רגנר השתמש בכלל האנרגיה שנמדדה לקרניים קוסמיות בשביל להעריך טמפרטורה גלקטית של 2.8 קלווין.^[21]

התפיסה המודרנית של החלל החיצון על בסיס קוסמולוגיית "המפץ הגדול", הוצעה לראשונה בשנת 1931 על ידי הפיזיקאי הבלגי ז'ורז' למטר.^[22] תאוריה זו גורסת כי מקורו של היקום הנצפה בצורה מאוד דחוסה שמאז עברה התרחבות מתמדת. אנרגיית הרקע שהשתחררה בהתרחבות הראשונית הנפחתה בקצב קבוע, הובילה ב־1948 על ידי הפיזיקאים האמריקאים רלף אלפר ורוברט הרמן לחיזוי של 5 קלווין לטמפרטורה של החלל.^[20]

המושג "החלל החיצון" היה בשימוש כבר ב־1842 על ידי המשוררת האנגליה אמלין סטיוארט־ורטלי בשירה "הנערה של מוסקבה".^[23] הביטוי החלל החיצון שימש כמונח אסטרונומי על ידי אלכסנדר פון הומבולדט ב־1845.^[24] המושג נעשה פופולרי בכתביו של הרברט ג'ורג' ולס ב־שנת 1901.^[25] המושג הקצר והישן יותר "חלל" התייחס לחלקה מעל לשמי כדור הארץ ובשנת 1667 היה לראשונה בשימוש בספרו של ג'ון מילטון גן העדן האבוד.^[26]

חקירה וישום

ערך מורחב – מדעי החלל

מדעי החלל הם קבוצת מדעים העוסקים בחקר היקום והחלל ותולדות התפתחותם, ובחקר גרמי השמיים, הרכבם ותנועתם. חקר החלל הוא ענף עתיק. בעבר נכללה בו גם האסטרולוגיה, המניחה שמיקום הכוכבים בשמים משפיע על האדם, על אופיו ועל מאורעותיו – הנחה שכבר איננה נחשבת למדעית. כיום נכללים בחקר החלל הנושאים הבאים: אסטרופיזיקה: מדע העוסק בתכונות גופים בחלל, אסטרונומיה: מדע העוסק בתנועתם, גודלם והתפתחותם של גופים בחלל, קוסמוגוניה: מדע העוסק בהיווצרות היקום וקוסמולוגיה: מדע העוסק במבנה היקום ושינויים בו.

בנוסף קיימת גם האסטרוביולוגיה המנסה להבין האם מתקיימים חיים מחוץ לכדור הארץ, סוגיה המעסיקה את האנושות מזה מאות או אלפי שנים.

צעדי אדם ראשונים בחלל

בשנת 1954 הכריזו ממשלות ארצות הברית וברית המועצות שיש בדעתן לשגר לוויינים מלאכותיים לחקר כדור הארץ במסגרת השנה הגיאופיזית הבינלאומית. בין השנים 1957–1958, הרוסים היו הראשונים שהצליחו לשגר לוויין מלאכותי בשם ספוטניק 1, אשר שוגר ב־4 באוקטובר 1957. לוויין זה ששקל 82.6 ק"ג ונשא רק משדר רדיו שצפצופי ה"פיפ" שלו נקלטו בכל העולם. בנובמבר של אותה שנה שיגרו הרוסים את "ספוטניק 2" שמשקלו היה 500 ק"ג. ונשא את הכלבה לייקה, שהתפרסמה כיצור הארצי הראשון ששהה בחלל. משקלו של הלוויין האמריקני הראשון "אקספלורר 1" היה 14 ק"ג בלבד. הוא שוגר ב־1958 וסיים את תפקידו ב־1970 כאשר חדר לאטמוספירה של כדור הארץ ונשרף בה כליל. במשך 16 שבועות שידר מכשיר הרדיו שבלוויין מידע על חגורות החלקיקים בעלי מטען חשמלי שנכחו בשדה המגנטי של כדור הארץ מעל קו המשווה. חגורות אלה קרויות "חגורות ואן אלן" (על שמו של הפיזיקאי האמריקני ג'יימס ואן אלן, שגילה אותן).

אדם בחלל

ערך מורחב – אדם בחלל

שהייה בחלל בנפילה חופשית

האפשרות לשגר אדם אל החלל החיצון הייתה בגדר מדע בדיוני עד המחצית השנייה של המאה ה־20. במחצית השנייה של המאה ה־20 החל המין האנושי לעשות את צעדיו הראשונים להגשמת החלום של כיבוש החלל, עם פיתוחם של טילים ורקטות שחלקם המריאו לחלל.

התוכנית לשיגורו של אדם לחלל התנהלה בשני מסלולים מקבילים: תוכנית החלל הרוסית ותוכנית החלל האמריקאית. המירוץ לשיגורו של אדם לחלל הסתיים, ב־12 באפריל 1961, בניצחונה המפתיע של ברית המועצות, עם שיגורה של חללית ובה הקוסמונאוט יורי גאגרין, שהיה לאדם הראשון בחלל. כעבור חודש, ב־15 במאי 1961, שיגרה ארצות הברית לחלל את האסטרונאוט הראשון שלה, אלן שפארד. התחרות בין שתי המעצמות שהתנהלה במחצית השנייה של המאה ה־20 להגיע להשגים בחלל קרויה"המירוץ לחלל". בראשית תקופת הטיסה המאוישת לחלל נעשה שימוש בלעדי בחלליות שהיו מסוגלות לטוס פעם יחידה ולאחר מכן יצאו מכלל שימוש ובדרך כלל כללו חלקים שלא חזרו אל כדור הארץ. מתחילת שנות השמונים החלה סוכנות החלל האמריקאית לעשות שימוש במעבורת החלל, כלי טיס המסוגל להמריא מכדור הארץ, לשהות בחלל, לנחות חזרה בכדור הארץ ולאחר טיפול מתאים להמריא פעם נוספת.

בשנת 2003 הצטרפה גם הרפובליקה העממית של סין אל המדינות ששיגרו אדם לחלל, עם שיגורו של האסטרונאוט יאנג ליווי. באותה שנה שבה ישראל שיגרה את האסטרונאוט אילן רמון. אילן רמון נספה באסון מעבורת החלל קולומביה עם כל שאר חברי הצוות בעת חזרתם לכדור הארץ.

ראו גם

• חקר החלל
• אסטרונומיה
• אסטרופיזיקה

קישורים חיצוניים

מיזמי קרן ויקימדיה
ערך מילוני בוויקימילון: חלל
מדריך למטייל בוויקימסע: החלל
תמונות ומדיה בוויקישיתוף: חלל

• אתר של נאס"א על מדעי החלל
• מדור החלל, באתר "הידען"
• סוכנות החלל הישראלית, משרד המדע, הטכנולוגיה והחלל
• אגודת החלל הישראלית
• חדשות בתחום חקר החלל
• מועצת דור החלל
• מכון פישר למחקר אסטרטגי אוויר וחלל
• מדור החלל של המגזין סיינטיפיק אמריקן
• מאיר ברק, מה הטמפרטורה בחלל?, במדור "שאל את המומחה" באתר של מכון דוידסון לחינוך מדעי, 31 אוגוסט 2009

הערות שוליים

1. Barry Dainton, Time and Space, McGill-Queen's University Press, 2001, עמ' 132–133, ISBN 0773523065
2. Edward Grant, Much ado about nothing: theories of space and vacuum from the Middle Ages to the scientific revolution, Cambridge University Press, 1981, עמ' 10, ISBN 0-521-22983-9
3. Roy Porter; Katharine Park; Lorraine Daston, The Cambridge History of Science: Early modern science, Cambridge University Press, 2006, עמ' 27, ISBN 0-521-57244-4
4. Michael Eckert, The dawn of fluid dynamics: a discipline between science and technology, Wiley-VCH, 2006, עמ' 5, ISBN 3-527-40513-5
5. Joseph Needham; Colin Ronan, The Shorter Science and Civilisation in China, כרך 2, Cambridge University Press, 1985, עמ' 82–87, ISBN 0-521-31536-0
6. Gerald James Holton; Stephen G. Brush, Physics, the human adventure: from Copernicus to Einstein and beyond, Rutgers University Press, 2001, עמ' 267–268
7. Florian Cajori, A history of physics in its elementary branches: including the evolution of physical laboratories, New York: The Macmillan Company, 1917, עמ' 64–66
8. Henning Genz, Nothingness: the science of empty space, Da Capo Press, 2001, עמ' 127–128, ISBN 0-7382-0610-5
9. Jean Louis Tassoul; Monique Tassoul, A concise history of solar and stellar physics, Princeton University Press, 2004, עמ' 22, ISBN 0-691-11711-X
10. Hilary Gatti, Giordano Bruno and Renaissance science, Cornell University Press, 2002, עמ' 99–104, ISBN 0-8014-8785-4
11. Suzanne Kelly, The de muno of William Gilbert, Amsterdam, Menno Hertzberger & Co., 1965, עמ' 97–107
12. Richard P. Olenick; Tom M. Apostol; David L. Goodstein, Beyond the mechanical universe: from electricity to modern physics, Cambridge University Press, 1986, עמ' 356, ISBN 0-521-30430-X
13. P. Hariharan, Optical interferometry, 2, Academic Press, 2003, עמ' 2, ISBN 0-12-311630-9
14. Richard P. Olenick; Tom M. Apostol; David L. Goodstein, Beyond the mechanical universe: from electricity to modern physics, Cambridge University Press, 1986, עמ' 357–365, ISBN 0-521-30430-X
15. Paul Thagard, Conceptual revolutions, Princeton University Press, 1992, עמ' 206–209, ISBN 0-691-02490-1
16. Eli Maor, To infinity and beyond: a cultural history of the infinite, Princeton paperbacks, 1991, עמ' 195, ISBN 0-691-02511-8
17. Stephen Webb, Measuring the universe: the cosmological distance ladder, Springer, 1999, עמ' 71–73, ISBN 1-85233-106-2
18. CSIRO Australia, Cepheid Variable Stars & Distance Determination, ‏2004-10-25 (ארכיון)
19. Neil deGrasse Tyson; Donald Goldsmith, Origins: fourteen billion years of cosmic evolution, W. W. Norton & Company, 2004, עמ' 114–115, ISBN 0-393-05992-8
20. A. K. T. Assis; São Paulo; M. C. D. Neves, History of the 2.7 K Temperature Prior to Penzias and Wilson, Apeiron 2, יולי 1995, עמ' 79–87
21. ^[20]
22. G. Lemaître, The Beginning of the World from the Point of View of Quantum Theory, Nature 127, מאי 1931 doi: 10.1038/127706b0
23. Emmeline Charlotte E. Stuart Wortley (1841), The maiden of Moscow, a poem, How and Parsons, Canto X, section XIV, lines 14–15, "All Earth in madness moved,—o'erthrown, / To outer space—driven—racked—undone!"
24. Alexander Von Humboldt, Cosmos: a survey of the general physical history of the Universe, New York: Harper & Brothers Publishers, 1845, עמ' 39
25. Online Etymology Dictionary, Outer (באנגלית)
26. The Online Etymology Dictionary, Space

אטמוספירת כדור הארץ ושכבות נוספות (לא בקנה מידה)
ח                                      ל                                      ל
		מגנטוספירה	מגנטופאוזה
גאוקורונה			פלזמספירה
א                  ט                   מ                   ו                   ס                   פ                   י                   ר                   ה	אקסוספירה
	תרמוספירה	יונוספירה
	מזופאוזה
	מזוספירה
	סטרטופאוזה
	סטרטוספירה
	טרופופאוזה
	טרופוספירה
כדור הארץ