הירח

מתוך Astropedia

קפיצה אל: ניווט, חיפוש
הירח
הירח במלואו כפי שנראה מכדור-הארץ.
מידע כללי
סוג עצם: ירח
מיקום: מסלול סביב כדור הארץ
מאפיינים מסלוליים
רדיוס מסלול: 384,403 ק"מ
אקסצנטריות: 0.054900489
זמן הקפה: 27.321662 יום
מאפיינים פיזיים
רדיוס בקו המשווה: 1737.4 ק"מ
מסה: 7.35×1022 ק"ג
צפיפות ממוצעת: 3.344 גרם/סמ"ק
אלבדו: 0.12

הירח (בלועזית: Moon או Luna) הוא לווין "טבעי" של כדור הארץ והגוף השמיימי הקרוב ביותר לכדור הארץ. הוא גם הגוף השמיימי היחיד שבני אדם הילכו על-פניו. קוטרו של הירח 3474.8 ק"מ ומרחקו הממוצע מכדור הארץ הוא כ-384,403 ק"מ (מרחק זה הינו פי 60 לערך מרדיוס כדור הארץ). מסתו קטנה פי 81 ממסתו של כדור הארץ ותאוצת הנפילה החופשית על פני הירח קטנה פי 6 מאשר על כדור הארץ. על כן גופים על הירח שוקלים כשישית ממשקלם על כדור הארץ. הירח עשוי ממינרלים סלעיים הדומים לאלו המרכיבים את מעטפת כדור-הארץ אך לא דומים לאלו המרכיבים את ליבת הארץ. על-כן, כיום מעריכים כי הירח נוצר מחומר שהותז מפני כדור-הארץ בעקבות פגיעה של גוף שלישי. חומר זה נאסף והתמצק לכדי הירח. לירח אין אטמוספרה ולא לווינים משל עצמו.


תוכן עניינים

מסלול סביב הארץ וסיבוב עצמי

הירח מסתובב סביב צירו אחת ל-27.321662 יום, ובאותו פרק זמן הוא גם משלים הקפה סביב כדור הארץ (ראו מאמר מורחב בנושא: חודש). הסינכרון בין זמני הסיבוב של הירח סביב צירו וסביב הארץ הוא תוצאה של כוחות הגאות במערכת (רא גם: גאות ושפל). כתוצאה מהסינכרון, צופה מכדור הארץ רואה רק כמחצית משטחו של הירח, קרי הירח מפנה רק צד אחד לכדור הארץ - צד זה נקרא הצד הקרוב או הצד הנראה (באנגלית: Near Side), לעומת זאת, צידו השני של הירח, שלא נראה מכדור הארץ, נקרא הצד הרחוק או הצד הלא נראה (באנגלית: Far Side).

על מנת להבין מדוע צופה מכדור הארץ רואה רק צד אחד של הירח ניתן לחשוב על מכונית הנוסעת בכיכר - נהג המכונית יושב בצד שמאל של הרכב ומאחר ומותר לרכב לסוע רק נגד כיוון השעון אזי נהג המכונית תמיד יושב בצד המופנה החוצה ביחס למרכז הכיכר. לאחר שהרכב השלמים הקפה אחת סביב הכיכר הרכב למעשה גם ביצע סיבוב אחד בדיוק סביב צירו (נגד כיוון השעון). אם כן במצב שבו גוף מסתובב סביב צירו בכיוון מסוים ומשלים הקפה אחת סביב צירו בדיוק באותו זמן בו הוא משלים הקפה סביב הגוף הראשי (באותו כיוון) אזי הגוף יפנה את אותו הצד לגוף הראשי, בדומה לרכב הנוסע בכיכר.

תוצאה נוספת של הסינכרון היא שפני הירח בצידו המופנה לכדור הארץ גבוהים יותר בשיעור של כק"מ ביחס לצידו השני, המרוחק. בפועל, בשל מגוון סיבות, ניתן לראות כ-59% משטחו של הירח (ראו מאמר מורחב בנושא: ליברציות).

הירח מקיף את כדור הארץ במסלול הנטוי בזווית של כ-5.13 מעלות למישור המילקה (מישור הסיבוב של הארץ סביב השמש) ועל-כן לא מתקיימים ליקויי חמה וליקויי לבנה אחת לשבועיים. מישור הסיבוב של הירח מבצע תנועת פרצסיה, ביחס למישור המילקה, שמחזורה כ-18.61 שנה. כתוצאה מכך, נקודות החיתוך של שני המישורים אינן קבועות והן זזות בשיעור של כ- 19.34 מעלות בשנה.

בטבלה בראש הדף מרוכזים המאפיינים העיקרים המתארים את מסלול הירח ואת תכונותיו הפיזיקליות.

מופעי הירח

מופעי הירח במהלך החודש. באיור השמש מאירה מצד ימין. כאשר הירח נמצא בין כדור הארץ לשמש אזי חציו הימני (באיור) מואר, וצופה מכדור הארץ לא יכול לראות את הירח (תקופה זו נקראת מולד הירח). כאשר הירח מתקדם במסלולו, חלקים ממנו המוארים ע"י השמש מתחילים להראות מכדור הארץ. כאשר הירח נמצא ברבע הראשון, צופה מכדור הארץ רואה את חציו מואר (על פני כיפת השמיים זהו החצי הפונה לכיוון מערב), כאשר הירח נמצא מול השמש (צד שמאל באיור), אזי צופה מכדור הארץ, רואה רק את חציו המואר והירח נראה כעיגול שלם בשמיים (תקופה זו נקראת ירח מלא או מילוא). ברבע האחרון, שוב נראה הירח כחצי עיגול (הפעם, על פני כיפת השמיים, החצי המואר פונה מזרחה).
מופעי הירח במהלך החודש. באיור השמש מאירה מצד ימין. כאשר הירח נמצא בין כדור הארץ לשמש אזי חציו הימני (באיור) מואר, וצופה מכדור הארץ לא יכול לראות את הירח (תקופה זו נקראת מולד הירח). כאשר הירח מתקדם במסלולו, חלקים ממנו המוארים ע"י השמש מתחילים להראות מכדור הארץ. כאשר הירח נמצא ברבע הראשון, צופה מכדור הארץ רואה את חציו מואר (על פני כיפת השמיים זהו החצי הפונה לכיוון מערב), כאשר הירח נמצא מול השמש (צד שמאל באיור), אזי צופה מכדור הארץ, רואה רק את חציו המואר והירח נראה כעיגול שלם בשמיים (תקופה זו נקראת ירח מלא או מילוא). ברבע האחרון, שוב נראה הירח כחצי עיגול (הפעם, על פני כיפת השמיים, החצי המואר פונה מזרחה).

ראו גם מאמר מורחב בנושא: מופעי הירח.

מופעי הירח (באנגלית: Moon Phases) הינן הצורות השונות שאותן הירח "לובש" במהלך החודש.

הירח אינו מפיק אור בכוחות עצמו, וניתן לראותו מאחר והוא מחזיר את אור השמש. במהלך החודש, הירח מקיף את כדור הארץ ומיקומו ביחס לשמש, כפי שנראה עבור צופה מכדור הארץ, משתנה. השמש מאירה את הצד של הירח הפונה אליה, וצופה על כדור הארץ רואה את הצד של הירח הפונה אל כדור הארץ. הצד הנראה ע"י צופה מכדור הארץ והצד המואר ע"י השמש אינם בהכרח זהים.

האיור משמאל (לא בקנה מידה) מדגים את מופעי הירח במהלך החודש. באיור השמש מאירה מצד ימין. כאשר הירח נמצא בין כדור הארץ לשמש אזי חציו הימני (באיור) מואר, וצופה מכדור הארץ לא יכול לראות את צידו המואר של הירח (תקופה זו נקראת מולד הירח). כאשר הירח מתקדם במסלולו, חלקים ממנו המוארים ע"י השמש מתחילים להראות מכדור הארץ. כאשר הירח נמצא ברבע הראשון, צופה מכדור הארץ רואה את חציו מואר (על פני כיפת השמיים זהו החצי הפונה לכיוון מערב), כאשר הירח נמצא מול השמש (צד שמאל באיור), אזי צופה מכדור הארץ רואה רק את חציו המואר והירח נראה כעיגול שלם בשמיים (תקופה זו נקראת ירח מלא או מילוא). ברבע האחרון, שוב נראה הירח כחצי עיגול (הפעם, על פני כיפת השמיים, החצי המואר פונה מזרחה).

תצורות נוף על הירח

כאשר מתבוננים בירח מבעד לטלסקופ, ניתן להבחין במספר תצורות נוף אופייניות המפורטות להלן:

מכתשי פגיעה

מכתש הפגיעה, לוע קלויוס (Clavious). התמונה צולמה על ידי אור דובנוב-רז באמצעות טלסקופ בקוטר 7 אינצ'.
מכתש הפגיעה, לוע קלויוס (Clavious). התמונה צולמה על ידי אור דובנוב-רז באמצעות טלסקופ בקוטר 7 אינצ'.

מכתשי פגיעה (באנגלית: Impact Craters) על הירח – על הירח מספר עצום של מכתשים שנוצרו כתוצאה מפגיעה של מטאוריטים (ראו גם: מטאורים ומטרות מטאורים) בקרקע הירח. הסיבה לכמות הגדולה של המכתשים (ביחס לכדור הארץ) היא שלירח אין אטמוספרה ועל כן אין בלייה (ארוזיה) של מים, רוח וגשם השוחקים ומחדשים את פני הקרקע. בנוסף מטאוריטים קטנים יכולים להגיע לקרקע מבלי להיבלם באטמוספרה. למעשה הארוזיה היחידה על פני הירח היא כתוצאה מפגיעות חוזרות ונשנות של מטאוריטים ומיקרו-מטאוריטים (מטאוריטים שגודלם האופייני מספר מיקרומטרים) בקרקע. מאחר ולירח אין אטמוספרה, המיקרו-מטאוריטים אינם מואטים בדרכם לירח ופוגעים בו במהירות גדולה שמתיכה אותם וחלקים מהקרקע. התופעה גורמת לכך, שקרקע הירח הינה אבקה דקה, הנקראת רגוליט (Regolith), שנוצרה מהשחיקה המתמשכת הנ"ל (ראו להלן).

רוב מכתשי הפגיעה הגדולים על הירח הם זקנים יחסית ונוצרו בתקופת ההפצצה הגדולה כאשר מערכת השמש היתה צעירה מאד ומלאה בפלנטיסימלים (באנגלית planetisimal אבני הבניין שמהם נוצרו כוכבי הלכת) שאט אט התנקו ממערכת השמש ע"י התנגשויות בגופים גדולים יותר או זריקתם אל מחוץ למערכת השמש בכוח הכבידה של גופים גדולים. כיום ממשיכים לפגוע בירח מטאוריטים, אך קצב הפגיעה שלהם נמוך בהרבה מאשר בעבר הרחוק. עדות לכך ניתן לראות בצפיפות מכתשי הפגיעה באזורים שונים בירח. למשל ב"ימות" (ראו להלן) שגילן נע בין 3-4 מיליארד שנה צפיפות מכתשי הפגיעה נמוכה מאד ביחס לאזורים ה"זקנים" יותר על הירח. למעשה לפני כ-4 מיליארד שנה קצב פגיעת המטאוריטים בירח (ובגופים אחרים במערכת השמש) היה גבוה בערך פי 50 מהקצב כיום.

חלק מהמכתשים על הירח, בעיקר הצעירים, שעדין לא נשחקו הם בעלי קרניים (באנגלית: Rays) היוצאות מהם לכל הכיוונים. הקרניים הינן למעשה חומר שהועף לכל עבר בזמן הפגיעה שיצרה את המכתש.

ימות

ימות (באנגלית: Mara וביחיד: Mare) – איזורים נרחבים על הירח, הקיימים בעיקר בצידו הפונה לכדור הארץ. ימות הינן מכתשי פגיעה ענקיים ואזורים נמוכים שהתמלאו בלבה (סלעי בזלת) לפני כ-3 עד 4 מיליארד שנה, בעת שהירח היה פעיל מבחינה גיאולוגית. בימות אין מים והן נקראות כך מסיבות היסטוריות. האזורים הבזלתיים הללו הינם בעלי גוון אפרפר וניתן להבחין בהם גם בעין בלתי מצוידת. כאשר מתבוננים על הימות מבעד לטלסקופ ניתן להבחין שצפיפות מכתשי הפגיעה עליהן נמוכה יחסית. הסיבה לכך, שאוששה גם ע"י מדידת גיל הסלעים שהובאו מהירח, היא שרוב מכתשי הפגיעה הגדולים על הירח נוצרו בזמן תקופת ההפצצה הגדולה לפני כ-4 מיליארד שנה, לאחר שמערכת השמש התנקתה (ראו: מערכת השמש ועננת אורט).

הלבה הירחית היתה נוזלית יותר מאשר לבה אופיינית על כדור הארץ ועל כן היא זרמה לאזורים נרחבים יותר. מדגימות סלעים שהובאו מהירח ע"י תוכנית אפולו עולה כי גיל הימות בין 3.1 ל-4 מילארד שנה.

הצד הרחוק של הירח עני יחסית בימות (ראו מפות ירח להלן). בעוד כ-30% מהצד הקרוב של הירח מכוסים בימות, רק כ-2% מצידו המרוחק של הירח מכוסים בימות. הסיבה לכך נתונה עדין במחלוקת. אחת הסיבות שהועולו בקרב המדענים היא כי כוחות הגאות של כדור הארץ גרמו להשפעה על הפעילות הגאולוגית של הירח - כלומר התפרצויות של לבה נוזלית התרחשו יותר בצד הקרוב מאשר הרחוק. מצד שני, חישובים הראו שבמערכת הירח (קרי, מערכת קורדינטות שמסתובבת עם הירח) הכח הצנטריפוגלי כמעט שווה והפוך לכח שמפעיל כדור הארץ, כלומר סך כל הכח שמפעיל כדור הארץ בגלל כוחות הגאות הוא זניח על הירח. ולכן זו לא הסיבה לכך שרוב הימות נמצאות בצידו הפנימי של הירח.

פני הימות אינם חלקים לחלוטין וניתן להבחין בהם באזורים בגבהים שונים שנוצרו מזרימות לבה ממקורות שונים. כמו כן על הימות ניתן להבחין בכיפות, חרוטים וולקנים ופתחי לבה שהיו מוקדי יציאת לבה.

באזורי הימות ניתן למצוא לעיתים תוואים של תעלות (באנגלית: Rilles) שאת חלקם ניתן לראות אף בקלות באמצעות טלסקופים קטנים. התעלות הנ"ל הן תעלות זרימת לבה או לעיתים צינורות לבה תת-קרקעיים (זרימה של לבה תת-קרקעית) שקרסו והפכו לתעלה.

דגימות הקרקע שהובאו ע"י משימות אפולו מלמדות כי הלבה נוצרה בעומק של כ-400 ק"מ מתחת לפני הירח ע"י התכת המעטפת של הירח. מנגנון חשוב להתכה זו (כמו גם על כדור הארץ) הוא דעיכת יסודות רדיו-אקטיבים. יצירת הימות הפסיקה לחלוטין לפני כ-2 מיליארד שנה.

ימה מפורסמת במיוחד היא ים השלווה (בלטינית: Mare Tranquillitatis או באנגלית: Sea of Tranquility). בשנת 1969, בימה זו נחת רכב הנחיתה "הנשר" של משימת אפולו 11 - המשימה המאויישת הראשונה לירח (ובכלל לאוביקט מחוץ לכדור הארץ). בימה זו נחתה גם הגשושית הלא מאוישת רנג'ר 8 בשנת 1965 (ראו בהמשך: משימות לירח).

הרים

תוואי נוף נוסף שניתן להבחין בו הוא שרשראות הרים (באנגלית highland ) ובקעים שנוצרו בתקופה שבה הירח היה פעיל גאולוגית. מדיגמות הסלעים שהובאו מהירח עולה כי בעוד שהימות התקררו מהר, ההרים על פני הירח התקררו באיטיות וכי גיל ההרים על הירח הוא בין 4 ל-4.6 מיליארד שנה. שלא כמו הבזלת הירחית העשירה בברזל, הרי הירח עשירים בסידן ואלומיניום. בשונה מכדור הארץ, הווצרות ההרים אינה תוצאה של פעילות טקטונית. כפי הניראה הרים אילו נוצרו מתוך ים לבה בתהליך של התגבשות (קריטליזציה crystallization ) אך התהליך עצמו של ההוצרות ההרים עדין נתון במחלוקת.

פני השטח

רגוליט

צילום של טביעת רגל של אסטרונאוט על הירח כפי שצולם במסגרת תוכנית אפולו. ניתן להבחין כי למרות הכבידה הנמוכה של הירח, טביעת הרגל עמוקה למדי, עדות לאופי האבקתי של אדמת הירח. צילום: מנהלת החלל והתעופה של ארה"ב.
צילום של טביעת רגל של אסטרונאוט על הירח כפי שצולם במסגרת תוכנית אפולו. ניתן להבחין כי למרות הכבידה הנמוכה של הירח, טביעת הרגל עמוקה למדי, עדות לאופי האבקתי של אדמת הירח. צילום: מנהלת החלל והתעופה של ארה"ב.
ספרואיד בגודל של פחות ממ"מ שרבים כמותו הובאו מהירח אל כדור הארץ במהלך משימות אפולו. הכדוריות הללו נוצרו כתוצאה מהתכת קרקע הירח בעת פגיעת מטאוריטים בקרקע. טיפות הסלע הועפו וקפאו בזמן מעופם לכדי כדוריות קטנות. על הכדורית בתמונה ניתן להבחין בבורות קטנים שנוצרו כתוצאה מפגיעות של מיקרו מטאוריטים בכדורית.
ספרואיד בגודל של פחות ממ"מ שרבים כמותו הובאו מהירח אל כדור הארץ במהלך משימות אפולו. הכדוריות הללו נוצרו כתוצאה מהתכת קרקע הירח בעת פגיעת מטאוריטים בקרקע. טיפות הסלע הועפו וקפאו בזמן מעופם לכדי כדוריות קטנות. על הכדורית בתמונה ניתן להבחין בבורות קטנים שנוצרו כתוצאה מפגיעות של מיקרו מטאוריטים בכדורית.

קרקע הירח עשויה שכבה של אבקה דקה הקרויה רגוליט (באנגלית: Regolith). כאמור, הרגוליט נוצרה וממשיכה להיווצר כתוצאה מפגיעות חוזרות ונשנות של מטאוריטים ומיקרו-מטאוריטים (מטאוריטים שגודלם האופייני מספר מיקרומטרים, ראו גם: אור הזודיאק ומטאורידים) בקרקע. מאחר ולירח אין אטמוספרה, המיקרו מטאוריטים אינם מואטים בדרכם לירח ופוגעים בו במהירות גדולה שכותשת את פני הירח לכדי אבקה דקה. כ 1-2% מהרגוליט הינו חומר מטאוריטי וכל היתר הוא סלעי ירח כתושים.

בתמונה משמאל ניתן לראות את טביעת כף רגלו של האסטרנאוט ניל ארמסטרונג על פני הירח. ניתן לראות כי למרות שהכבידה על הירח (תאוצת הנפילה החופשית) נמוכה פי 6 מזו שעל כדור הארץ, טביעת כף הרגל עמוקה למדי, דבר המעיד על האופי האבקתי של אדמת הירח. גודלם האופייני של החלקיקים ברגוליט הוא כמה עשרות מיקרונים.

הרגוליט מורכבת ממינרלים שונים שהותכו יחד עם סילקטים (זכוכית). בנוסף הרגוליט מכילה מימן והליום שנלכדו מרוח השמש.

מדגימות קרקע הירח שהובאו ע"י משימות אפולו עולה כי גיל הרגוליט הוא בין 4.4 ל 4.6 מילארד שנה. גיל זה איננו נמצא בהתאמה מלאה עם גיל הסלעים בירח (בין 4 ל-4.6 מיליארד שנה). ככל הנראה ההבדל בגילים נובע מהבדלים בשכיחות יסודות רדיואקטיבים שבאמצעותם מוערך הגיל ואינם משקפים בדיוק את הגיל האמיתי, אלא רק בקרוב.

בתמונה מימין ניתן לראות ספרואיד בגודל של פחות ממ"מ שרבים כמותו הובאו מהירח אל כדור הארץ במהלך משימות אפולו. הכדוריות הללו נוצרו כתוצאה מהתכת קרקע הירח בעת פגיעת מטאוריטים בקרקע. טיפות הסלע הועפו וקפאו בזמן מעופם לכדי כדוריות קטנות. על הכדורית בתמונה ניתן להבחין בבורות קטנים שנגרמו ע"י פגיעה של מיקרו מטאוריטים בכדורית.

הרכב כימי

סלעי הירח עניים במיוחד בחומרים נדיפים כגון מים (ראו הסתיגות בפרק הבא). החוסר בחומרים נדיפים על הירח מעיד על כך כי בעת הייוצרות הירח או בזמן כלשהו לאחר מכן הטמפרטורה של סלעי הירח היתה גבוהה מכ-1700 קלווין. טמפרטורה גבוהה זו נחוצה לאידוי האלמנטים הנדיפים.

הבזלת הירחית עשירה במינרלים מסוג אוליוין (Olivine), קלינופירוקסין (Clinopyroxene), פלאגיוקלאז (Plagioclase) ועוד. מהשוואה של המינרלים בין כדור הארץ לירח עולה כי חומרים שטמפרטורת ההתכה שלהם גדולה מכ-1000 קלווין שכיחים יותר על הירח, לעיתים עד פי 10, מאשר על כדור הארץ. לעומת זאת חומרים עם טמפרטורת התכה נמוכה מכ-1000 קלווין נדירים יחסית על הירח ולעיתים שכיחותם נמוכה פי יותר מ-100 מאשר על כדור הארץ.

בכדור הארץ ניתן למצוא מעט מים כלואים בסלעים ובסלעי בזלת. שכיחות המים בבזלת הירחית נמוכה בערך פי 100 מאשר בבזלת שמקורה בכדור הארץ. ב-1998 התגלו עדויות לקיומם של מים בצורת קרח על פני הירח, אך מים אלו ככל הנראה הובאו לירח לאחר הייוצרותו (ראו להלן).

מים על הירח

מפות של אזורי הקטבים על הירח ועליהן מקודדת בצבע הערכה לכמות המים. המדידות הנ"ל התבצעו ע"י גלאי ניוטרונים. השיטה לגילוי המים מבוססת על כך שכאשר קרניים קוסמיות פוגעות באטום המימן (השכיח במים) הן משחררות ניוטרונים בעלי אנרגיה נמוכה (הקרויים ניוטרונים תרמיים). מדידת היחס בין שטף הניוטרונים האיטיים למהירים מספק מידע על כמות אטומי המימן.
מפות של אזורי הקטבים על הירח ועליהן מקודדת בצבע הערכה לכמות המים. המדידות הנ"ל התבצעו ע"י גלאי ניוטרונים. השיטה לגילוי המים מבוססת על כך שכאשר קרניים קוסמיות פוגעות באטום המימן (השכיח במים) הן משחררות ניוטרונים בעלי אנרגיה נמוכה (הקרויים ניוטרונים תרמיים). מדידת היחס בין שטף הניוטרונים האיטיים למהירים מספק מידע על כמות אטומי המימן.

ב 1998 החללית Lunar Prospector מצאה עדויות לקיומם של מרבצי מים בצורת קרח בקרקעיות של מכתשים עמוקים ובקטבים על הירח. מים אלו, ככל הנראה בצורת קרח חשוף על פני הקרקע, מוסתרים במכתשים עמוקים בעיקר באזור הקטבים שאור השמש לא יכול להגיע אליהם ולנדף אותם. הטמפרטורה בקרקעיות של מכתשים אלו היא כ -190 מעלות צלסיוס.

הערכה גסה לכמות המים על הירח היא בין 10 ל-300 מיליון טון. בסוף משימתה נשלחה החללית להתנגש במכתש בקוטב הדרומי של הירח. מניתוח התצפיות בהתנגשות לא נמצאו סימנים למים ועל כן המסקנות לגבי כמות המים על הירח אינן ברורות עדין.

ככל הנראה מים אלו הגיעו לירח ע"י שביטים שהתנגשו בירח וחלק מהמים בשביטים נשארו על הירח.

בתמונה משמאל ניתן לראות מפות של אזורי הקטבים על הירח ועליהן מקודדת בצבע הערכה לכמות המים. המדידות הנ"ל התבצעו ע"י גלאי ניוטרונים. השיטה לגילוי המים מבוססת על כך שכאשר קרניים קוסמיות פוגעות באטום המימן (השכיח במים) הן משחררות ניוטרונים בעלי אנרגיה נמוכה (הקרויים ניוטרונים תרמיים). מדידת היחס בין שטף הניוטרונים האיטיים למהירים מספק מידע על כמות אטומי המימן.

מבנה פנימי

ניתן ללמוד על המבנה הפנימי של הירח בכמה אמצעים - הסיסמוגרפים שהושארו על הירח ע"י משימות אפולו, מדידת מומנט הכבידה השני של הירח (ראו: נקיפת ציר הסיבוב), וכן מהשינוי במחזור הסיבוב של הירח הנובע מהשפעת כח המשיכה של כדור הארץ על הירח (ראו: ליברציות). ממדידות אלו עולה כי לירח יש, ככל הנראה, ליבת ברזל שרדיוסה קטן מכ-380 ק"מ וממונט התמד של 0.392.

הירח הינו גוף שקט מבחינה סיסמולוגית ויש עליו כ-3000 רעידות אדמה בשנה, כולם בעוצמה נמוכה מ-2 בסולם ריכטר. הרעידות שכיחות יותר בזמן הפריגאי והאפוגאי במסלול הירח (הנקודה הקרובה ביותר והרחוקה ביותר בין הירח והארץ, בהתאמה) וזאת כתוצאה משינוי הכיוון של עוצמת כוחות הגאות שמפעיל כדור הארץ על הירח. ברעידות אדמה על הירח משתחררת סה"כ אנרגיה של כ 2\times10^{6}~{\rm J} בשנה. אנרגיה זו היא רק כ 10-11 מהאנרגיה הסיסמית שמשחרר כדור הארץ.

נהוג לחלק את המבנה הפנימי של הירח (כמו גם את זה של כדור הארץ) לשלושה חלקים: ליבה ( core), מעטפת ( Mantle) וקרום (crust). במקרה של הירח, שכבת הקרום הינה שיכבה סלעית, שכבת המעטפת הינה צמיגית, והליבה של הירח מוצקה (בניגוד לליבה הנוזלית של כדור הארץ).

אטמוספרה

לירח אין אטמוספרה ועל כן הטמפרטורה על הירח נשלטת ע"י הארה ישירה של השמש והחזרה ופליטה של קרינה מהקרקע. על כן ההבדלים בטמפרטורה בין אור וצל על הירח יכולים להיות גדולים מאד. הטמפרטורה על הירח נעה בין כ-+130 מעלות צלסיוס בצידו המואר ל--180 מעלות צלסיוס בצד הלילה שלו.

לירח יש "אקסוספרה" שהיא מעין אטמוספרה זמנית הנוצרת בעיקר ע"י חלקיקים המגיעים מרוח השמש. צפיפות האטמוספרה הירחית במשך הלילה הירחי הינה כ-2\times10^{11} מולקולות למטר מעוקב. במשך היום קיימים רק חסמים עליונים על צפיפות האטמוספרה הירחית בשיעור של 1013 מולקולות למטר מעוקב.

התרחקות הירח מכדור הארץ

קרן לייזר רבת עוצמה שנשלחת לעבר הירח ממתקן מיוחד במצפה הכוכבים מקדונלד (McDonald Observatory) - צילום: מנהלת החלל והתעופה של ארה"ב ומצפה מקדונלד.
קרן לייזר רבת עוצמה שנשלחת לעבר הירח ממתקן מיוחד במצפה הכוכבים מקדונלד (McDonald Observatory) - צילום: מנהלת החלל והתעופה של ארה"ב ומצפה מקדונלד.
מראה שהוצבה על קרקע הירח ע"י אסטרנאוטים במשימות אפולו. המראות הנ"ל נקראות מראות קוביתיות ואופיין הוא כזה שהן מחזירות אור לכיוון שממנו הגיע האור בלי קשר לזווית האור הפוגע ביחס למראה. צילום: מנהלת החלל והתעופה של ארה"ב.
מראה שהוצבה על קרקע הירח ע"י אסטרנאוטים במשימות אפולו. המראות הנ"ל נקראות מראות קוביתיות ואופיין הוא כזה שהן מחזירות אור לכיוון שממנו הגיע האור בלי קשר לזווית האור הפוגע ביחס למראה. צילום: מנהלת החלל והתעופה של ארה"ב.
מרחק הירח (ברדיוסי כדור הארץ) מכדור הארץ כתלות בזמן (במיליארדי שנה). כאמור למרחק הירח מכדור הארץ השפעה ניכרת על הפרסציה ויש להביא אותו בחשבון בעת יצירת מודל מפורט של הבעיה. הגרף מבוסס על קרוב מתוך האינטגרציה של Laskar et al. 2004.
מרחק הירח (ברדיוסי כדור הארץ) מכדור הארץ כתלות בזמן (במיליארדי שנה). כאמור למרחק הירח מכדור הארץ השפעה ניכרת על הפרסציה ויש להביא אותו בחשבון בעת יצירת מודל מפורט של הבעיה. הגרף מבוסס על קרוב מתוך האינטגרציה של Laskar et al. 2004.


כתוצאה מכוחות הגאות הפועלים במערכת ארץ-ירח (ראו גם: גאות ושפל, ויממה כוכבית) כדור הארץ מאט את קצב סיבובו סביב צירו והירח מתרחק מכדור הארץ. כוחות הגאות של הירח על כדור הארץ גורמים להרמת הימים והיבשות בצד הפונה אל הירח (התופעה מורכבת יותר ומוסברת במאמר המורחב העוסק בגאות ושפל). מאחר וכדור הארץ מסתובב סביב צירו במהירות גדולה יותר מפרק הזמן שהירח מסתובב סביב כדור הארץ, ה"בליטה" על פני כדור הארץ שנוצרת כתוצאה מכוחות הגאות של הירח מתקדמת מהר יותר ומקדימה מעט את הירח. הכח העודף שהירח מפעיל על הבליטה פועל בכיוון ההפוך לכיוון סיבוב כדור הארץ סביב צירו ועל כן גורם להאטת קצב הסיבוב של כדור הארץ סביב צירו. מצד שני, כח זה מאיץ את הירח ועל כן גורם לו להתרחק מכדור הארץ.

קצב התרחקות הירח מכדור הארץ וכן הליברציות הפיזיקליות נמדדו בדיוק רב באמצעות ירי קרני לייזר רבות עוצמה לעבר מראות פינה קוביתיות (Corner Cube Mirrors) מיוחדות שהושארו ע"י האסטרונאוטים של תכנית אפולו על הירח. מראה כזו, על פני הירח, מוצגת בתמונה מימין. ממדידות אלו עולה כי הירח מתרחק מכדור הארץ בקצב של 3.82\pm0.07 ס"מ בשנה (Dickey et al. 1994). הדבר נמצא בהתאמה מדויקת למודלים המתמטים-פיזקליים המתארים את התרחקות הירח מכדור הארץ (laskar et al. 2004). להתרחקות הירח מכדור הארץ השפעה גם על מחזור הפרסציה של כדור הארץ.

כיום אורך היממה הכוכבית הממוצע (על פני מיליוני שנים) גדל בכ 2.7\times10^{-5} שניות בשנה בקירוב (ראו גם: יממה כוכבית).

בגרף משמאל ניתן לראות את מרחק הירח מכדור הארץ כתלות בזמן כפי שחושב ע"י מודלים מתמטיים-פיזקליים של מערכת ארץ-ירח.

יש לציין כי שיעור ההתרחקות של הירח מכדור הארץ תלוי בסידור האוקינוסים על כדור הארץ ובעבר הוא היה נמוך הרבה יותר. בעתיד, ימשיך הירח להתרחק מכדור הארץ עד שבאופן תיאורטי, בעוד מספר מיליארדי שנה מערכת ארץ-ירח תגיע למצב שבו שני הגופים יפנו זה לזה את אותו הצד, במצב זה מרחק הירח מכדור הארץ יהיה גדול בכ-50% ממרחקו כיום. לאחר מכן, כוחות הגאות של השמש יהיו הדומיננטים במערכת והם עשויים יהיו להפוך את כיוון תנועת הירח ולגרום להפלתו על כדור הארץ (ראו: גבול רוש). לפי החישובים, אירוע תיאורטי זה יתרחש בעוד מספר מיליארדי שנה, לאחר שהשמש תהפוך לענק אדום ותבלע את כדור הארץ.

היווצרות הירח

ככל הנראה הירח נוצר ע"י התנגשות בין גוף שגודלו בערך פי 2 מגודל הירח, הקרוי תיאה (באנגלית: Theia) עם כדור הארץ. לפני המודלים המובילים תיאה ככל הניראה נוצר במערכת השמש וגודלו היה כשל גודלו של מאדים. ההתנגשות התרחשה לפני כ-4.5 מיליארד שנה, בעת היווצרות מערכת השמש. התנגשות זו התיכה את הגוף הפוגע ופיזרה חלקים ממנו וחלקים ממעטפת כדור הארץ לחלל ולמסלול סביב כדור הארץ. רוב המתכות והברזל של תיאה שקע אל תוך כדור הארץ. ע"פ מודל זה, הנקרא תאוריית ההתנגשות הגדולה (באנגלית: Giant Impact Theory), הירח נוצר מהתגבשות של שרידי ההתנגשות שהקיפו את כדור הארץ. על פי תאוריה זו הירח החל את חייו כגוף מותך לגמרי. שלב זב בחייו של הירח מכונה אוקינוס המגמה הירחי (באנגלית Lunar magma ocean). בשלב זה ניתן להתיחס לירח כגוף כמעט נוזלי של לבה. אט אט (במהלך כמאה חמישים מליון שנה) התקררה המגמה. תאוריית ההתנגשות הגדולה היא היחידה מבין מגוון התאוריות שהוצעו העומדת בקנה אחד עם התצפיות והעובדות הידועות על הירח. לדוגמא, קיומם של סלעים על פני הירח הנקראים אנורטיסט (באנגלית Anorthosite) שהינם סלעים המורכבים ממינרלים שונים. סלעים אלו נותנים לירח את צבעו הלבן, והמצאותם מעידה של נוכחות של לבה בזמן הווצרותם.


תיאוריות אחרות להיווצרות הירח נזנחו עקב חוסר יכולתן להסביר את רוב העובדות התצפיתיות ואת העדויות הגיאולוגיות שנאספו על הירח מניתוח מדוקדק של כ-400 ק"ג של סלעים שהובאו מהירח במסגרת פרויקט אפולו.

העובדות העיקריות אותן תאוריה להיווצרות הירח צריכה להסביר הם:

  • המחסור בחומרים נדיפים על פני הירח.
  • העדות התצפיתית לכך שהטמפרטורה על פני הירח בעת היווצרותו הוא לאחר מכן היתה גבוהה מכ-1700 קלווין.
  • ליבת הברזל הקטנה יחסית של הירח.
  • השכיחות הדומה של איזוטופים של חמצן 16, 17 ו- 18 על הירח וכדור הארץ. שכיחות איזוטופים אלו מעידה על כך ששני הגופים נוצרו במרחק דומה מהשמש.

תאוריות אחרות לגבי היווצרות הירח שנפסלו על סמך העובדות התצפיתיות הן:

  • תאורית היצירה המשותפת – גרסה כי הירח וכדור הארץ נוצרו יחדיו כמערכת זוגית. מודל זה מתקשה להסביר את החוסר בחומרים נדיפים על פני הירח שמעידים על ארוע אלים בעברו.
  • תאורית ההתנתקות – גרסה כי הירח נקרע מכדור הארץ והתרחק אט אט ממנו. תאוריה זו מתקשה להסביר את החוסר בחומרים נדיפים ואת השוני המינרולוגי בין כדור הארץ לירח.
  • תאורית הלכידה – גרסה כי הירח נלכד ע"י כדור הארץ. תאוריה זו מתקשה להסביר את הדימיון בשכיחות של האיזוטופים של חמצן על כדור הארץ והירח. בנוסף סימולציות מחשב מראות כי לכידה של גוף בגודלו של הירח על ידי כדור הארץ אינה סבירה.

משימות לירח

אסטרונאוט מבקר באתר הנחיתה של רכב הנחיתה הרובוטי סרוויור 3 (Surveyor  3) שהונחת על הירח באפריל 1967 ע"י ארה"ב. צילום: מנהלת החלל והתעופה של ארה"ב.
אסטרונאוט מבקר באתר הנחיתה של רכב הנחיתה הרובוטי סרוויור 3 (Surveyor 3) שהונחת על הירח באפריל 1967 ע"י ארה"ב. צילום: מנהלת החלל והתעופה של ארה"ב.

מיד עם תחילת עידן החלל בשנת 1957 החלו שתי המעצמות ברה"מ וארה"ב לשלוח גשושיות לירח. המשימות הבולטות ביותר הן:

  • הגשושית הראשונה ששוגרה לירח היתה החללית הלא מאוישת הסוביטית לונה 1 (באנגלית: Luna 1) ששוגרה ב-2 בינואר 1959. לאחר 34 שעות טיסה החללית חלפה במרחק של 5995 ק"מ מפני הירח.
  • החללית השניה שביקרה את הירח היתה הגשושית האמריקאית פיוניר 4 (באנגלית: Pioneer 4) שחלפה כ-60,000 ק"מ מפני הירח ב-4 במרץ 1959.
  • ב-12 בספטמבר שוגרה החללית הסוביטית לונה 2 שכעבור כיומים התנגשה בירח וב-4 באוקטובר 1959 היתה החללית לונה 3 לגוף מעשה אדם הראשון שמצלם את הצד המרוחק של הירח.
  • הגוף הראשון מעשה ידי אדם שנחת על הירח היתה החללית הסוביטית לונה 9 שנחתה נחיתה רכה על הירח ב-1 בפברואר 1966. ב-31 במרץ אותה שנה שיגרו הסובייטים את לונה 10 שהיתה הראשונה שנכנסה למסלול סביב הירח.
  • בספטמבר ובנובמבר 1968 הנחיתו הסוביטים את החלליות זונד 5 ו-6 על פני הירח והחזירו אותן לכדור הארץ.
  • משנת 1968 עד 1972 סוכנות החלל האמריקאית נאס"א שלחה משימות מאוישות לירח. המופרסמת מבניהם הינה משימת אפולו 11 אשר נתחה בים השלווה, במהלכה נחת אדם על הירח בפעם הראשונה.

לפירוט נוסף של המשימות לירח ראו: פירוט של כל המשימות הרובוטיות והמאושיות לירח

משימות מאוישות

הירח הינו הגוף היחידי מחוץ לכדור הארץ שאליו הגיעו בני אדם. במסגרת תוכנית אפולו (באנגלית: Apollo Program) הנחיתה מנהלת החלל והתעופה של ארה"ב 12 בני אדם על הירח והחזירה אותם בשלום לכדור הארץ.

בנוסף להישג הטכנולוגי האדיר של הנחתת בני אדם על הירח והחזרתם לכדור הארץ, שאין שני לו בתולדות המין האנושי, האסטרנאוטים הביאו איתם חזרה לכדור הארץ כ-400 ק"ג של דגימות סלע שמהם היה ניתן ללמוד על הירח והיווצרותו, והשאירו עליו ציוד מדידה כגון סיסמוגרפים ומראות להחזרת קרני לייזר מכדור הארץ.

בטבלה הבאה רשימה של כל המשימות המאוישות לירח

משימות מאוישות לירח
חללית משימה שיגור אסטרונאוטים הערות
Apollo 8 הקפת הירח 21 בדצמבר 1968 פרנק בורמן, ג'ימס לוואל, וויליאם אנדרס כניסה למסלול סביב הירח ב 24 בדצמבר 1968
Apollo 10 הקפת הירח 18 במאי 1969 תומס סטפורד, ג'ון יאנג, יוג'ין קרנן כניסה למסלול סביב הירח ב 21 במאי 1969
Apollo 11 נחיתה על הירח 16 ביולי 1969 ניל ארמסטרונג, מייקל קולינס, אדווין אלדרין נחיתה על הירח ב 20 ביולי 1969 בימת השלווה
Apollo 12 נחיתה על הירח 14 בנובמבר 1969 צ'רלס קונרד, ריצ'ארד גורדון, אלאן בין נחיתה על הירח ב 19 בנובמבר 1969 בים הסערות
Apollo 13 ניסיון לנחיתה על הירח 11 באפריל 1970 ג'ימס לוואל, ג'ון סיווגרט, פרד הייז כתוצאה מתקלה המשימה הוחזרה לכדור הארץ
Apollo 14 נחיתה על הירח 31 בינואר 1971 אלאן שפרד, סטיוארט רוזה, אדגר מיטשל נחיתה על הירח ב 5 בפברואר 1971 ב"פרה מאורו"
Apollo 15 נחיתה על הירח 26 ביולי 1971 דיויד סקוט, אלפרד וורדן, ג'ימס אירווין נחיתה על הירח ב 30 ביולי 1971 באזור הרי האפנינים הירחיים
Apollo 16 נחיתה על הירח 16 באפריל 1971 ג'ון יאנג, תומס מטינגלי, צ'ארלס דיוק נחיתה על הירח ב 21 באפריל 1972 ב"דסקרטס"
Apollo 17 נחיתה על הירח 7 בדצמבר 1972 יוג'ין קרנן, רונלד אוונס, הריסון שמידט נחיתה על הירח ב 11 בדצמבר 1972 ב"טאורוס-ליטרו"

תצפית בירח

מכתש הפגיעה לוע פלטו (Plato) על הירח. ניתן להבחין בצלליות הארוכות של גבעות והרים קטנים על פני הירח. התמונה צולמה על ידי אור דובנוב-רז באמצעות טלסקופ בקוטר 7 אינצ'.
מכתש הפגיעה לוע פלטו (Plato) על הירח. ניתן להבחין בצלליות הארוכות של גבעות והרים קטנים על פני הירח. התמונה צולמה על ידי אור דובנוב-רז באמצעות טלסקופ בקוטר 7 אינצ'.

הירח הינו הגוף השמיימי הקרוב ביותר לכדור הארץ, ואחד המרשימים ביותר לצפייה באמצעות טלסקופי חובבים קטנים. הירח נוח יותר לצפייה מספר ימים לאחר המולד ועד הרבע הראשון ומהרבע האחרון ועד למספר ימים לפני המולד. לעומת זאת כאשר הירח מלא או קרוב למלא, כאשר מתבוננים בו באמצעות טלסקופ, קשה להבחין בפרטים על פניו. הסיבה לכך שהטופוגרפיה הירחית מקבלת אור ישירות מהשמש ולא ניתן לראות הצללות של הרים, שולי מכתשים ועמקים.

ככל שמופע הירח מלא יותר כך עוצמת אורו גדולה יותר והירח מסנוור יותר. על מנת להקטין את הסינוור מאור הירח ניתן להשתמש בפילטרים אפורים (החוסמים באופן חלקי את כל אורכי הגל במידה שווה). שיטה פשוטה יותר היא על ידי הקטנה של מפתח הטלסקופ - ניתן להשיג זאת על ידי חסימת חלק ממפתח הטלסקופ ע"י משטח כהה בעל שוליים חדים שלא מחזיר אור. תפקיד המשטח הוא להקטין את שטח האוביקטיב שקולט אור ובכך להקטין את סה"כ כמות האור המגיעה לעין.

בצפייה בירח ניתן להצטייד במפות ירח המופיעות במאמר זה בקישורים החיצוניים. בנוסף לסריקה של הקו המפריד בין יום ללילה על הירח (באנגלית: Terminator) ניתן לחפש חריצים ועמקים שנוצרו כתוצאה מזרמי לבה וצינורות לבה שקרסו.

בתמונה משמאל נראה מכתש הפגיעה, לוע פלטו (Plato) על הירח. ניתן להבחין בצלליות הארוכות של גבעות והרים קטנים על פני הירח.

עוד תופעות מעניינות הקשורות לירח וניתנות לצפייה הן:

מפות ירח

מפה טופוגרפית של הצד הקרוב של הירח. כחול מסמן אזורים נמוכים ואילו אדום אזורים גבוהים. המפה הוכנה ע"י עיבוד מחדש של מפות טופוגרפיות של מכון הסקר הגאולוגי של ארה"ב.
מפה טופוגרפית של הצד הקרוב של הירח. כחול מסמן אזורים נמוכים ואילו אדום אזורים גבוהים. המפה הוכנה ע"י עיבוד מחדש של מפות טופוגרפיות של מכון הסקר הגאולוגי של ארה"ב.
מפה טופוגרפית של הצד המרוחק של הירח. כחול מסמן אזורים נמוכים ואילו אדום אזורים גבוהים. המפה הוכנה ע"י עיבוד מחדש של מפות טופוגרפיות של מכון הסקר הגאולוגי של ארה"ב.
מפה טופוגרפית של הצד המרוחק של הירח. כחול מסמן אזורים נמוכים ואילו אדום אזורים גבוהים. המפה הוכנה ע"י עיבוד מחדש של מפות טופוגרפיות של מכון הסקר הגאולוגי של ארה"ב.

בתמונות מימין ומשמאל מוצגות מפות טופוגרפיות (גובה הקרקע מקודד על פי צבע) של הירח. מימין מוצגת מפה של הצד הקרוב של הירח ואילו משמאל מפה של הצד המרוחק.

אפימרידים של הירח

מיקום הירח על פני כיפת השמיים ביחס לכוכבים משתנה באופן ניכר מלילה ללילה ובממוצע הירח משנה את מיקומו בכ-13.2 מעלות לכיוון מזרח כל יום. מסלול הירח על פני כיפת השמיים הינו מורכב מעט כתוצאה מאקצנטריות המסלול הגדולה יחסית שלו (כ-0.055), הפרסציה המסלולית שלו, ומההשפעה הכבידתית של השמש וכוכבי הלכת על מסלולו.

דיון על מקורות לאפימרידים מדויקים של הירח ניתן למצוא במאמר מורחב בנושא אפימרידים. כמו כן את קורדינאטות הירח, מופעיו וזמני זריחתו ושקיעתו ניתן למצוא בדף האלמנך היומי.

זמני זריחה ושקיעה

כתוצאה מתנועתו המהירה של הירח על פני כיפת השמיים זמני זריחתו ושקיעתו משתנים מיום ליום באופן ניכר. כל יום הירח זורח ושוקע בממוצע כ-48 דקות מאוחר יותר. כאמור פיגור זה הינו גודל ממוצע וכתוצאה מנטיית המסלול של הירח ואקצנטריות המסלול שלו (ראו: חוקי קפלר), וכתלות בקו הרוחב של הצופה, יתכנו סטיות משמעותיות של כרבע שעה בקרוב, מהפיגור הממוצע של 48 דקות בכל יום.

את זמני הזריחה והשקיעה של הירח מכל מקום על כדור הארץ ניתן למצוא בדף האלמנך היומי, או בלוח השנה האסטרונומי החודשי.

עוד על עוצמת הארה של השמיים והרקע כתוצאה מאור הירח ניתן למצוא במאמר המורחב בנושא: מופעי הירח.


ראו גם

הרצאות וידאו

קישורים חיצוניים

ספרות מקצועית

מחברים


ערן אופק, סמדר נאוז

כלים אישיים