כדור הארץ

מתוך Astropedia

קפיצה אל: ניווט, חיפוש
כדור הארץ
כדור הארץ.
מידע כללי
סוג עצם: כוכב לכת
מיקום: מסלול סביב השמש
מאפיינים מסלוליים
רדיוס מסלול: 149,597,888 ק"מ
רדיוס מסלול: 1 י"א AU
אפהליון: 152,097,701 ק"מ
(1.0167 י"א AU)
פריהליון: 147,098,074 ק"מ
(0.9833 י"א AU)
אקסצנטריות: 0.0167
זמן הקפה: 1 שנה, 365.256 ימים
נטיית מסלול:
מאפיינים פיזיים
רדיוס בקו המשווה: 6,378.1 ק"מ
צפיפות ממוצעת: 5.515 גרם/סמ"ק
אלבדו: 0.367


כדור הארץ (באנגלית: Earth) הוא כוכב הלכת השלישי במערכת השמש במרחקו מהשמש והיחיד שאנו יודעים שמתקיימים עליו חיים. כדור-הארץ הינו כוכב לכת סלעי (או "ארצי") והוא החמישי בגודלו ובמסתו מבין כוכבי הלכת ושאר לווינייה של השמש. מגוון עדויות מלמדים אותנו כי כדור הארץ נוצר לפני כ-4.5 מיליארד שנה עם יצירת מערכת השמש וחיים הופיעו עליו לפני כ-3.5 מיליארד שנה. לכדור-הארץ ליבת ברזל וסביבה מעטפת מגמתית הגורמת לפעילות גיאולוגית על-פני השטח - כרום דק של סלע. בניגוד לשאר כוכבי הלכת, כ-70% מפני השטח של הארץ מכוסים במים נוזליים המאפשרים קיומם של חיים מגוונים. לכדור-הארץ אטמוספרה המכילה כ-78% חנקן וכ-20 אחוז חמצן, החוסמת קרינה אלקטרומגנטית בתדרים גבוהים. בנוסף, לכדור-הארץ שדה מגנטי הבולם כניסה של חלקיקים טעונים מרוח השמש. כדור-הארץ משלים הקפה סביב השמש במהלך 365.25 ימים (ראו: שנה), וסביב צירו במשך של כ-23 שעות ו-56 דקות. ציר הסיבוב שלו נטוי ב-23.5 מעלות ביחס למישור התנועה שלו סביב השמש (ראו: מישור המילקה) והדבר מאפשר קיומן של עונות שנה על פניו. לכדור-הארץ לווין אחד (הירח) ואין טבעות סביבו.

תוכן עניינים

מסלול

כדור הארץ מקיף את השמש אחת לשנה ומצוי במרחק ממוצע של כ 150 מיליון ק"מ מהשמש - מרחק זה (בקרוב) מוגדר כיחידה אסטרונומית. אקסצנטריות המסלול של כדור הארץ הינה נמוכה יחסית לשאר כוכבי הלכת - כ 1.6%. כדור הארץ מצוי בקרבה מירבית לשמש בתחילת חודש ינואר ובמרחק מירבי מהשמש בתחילת חודש יוני. לאקסצנטריות המסול של כדור הארץ השפעה קטנה מאד על עונות השנה (ראו: סיבוב סביב צירו).

מישור התנועה של כדור הארץ סביב השמש קרוי גם: מישור המילקה וכל העצמים הגדולים במערכת השמש מקיפים את השמש בקרבת מישור זה (ראו גם: תנע זוויתי והיווצרות מערכת השמש).

סיבוב סביב צירו

אורך היממה הכוכבית (בשעות) כתלות בזמן (במיליארדי שנה). מבוסס על מודל פיזיקלי המביא בחשבון את כל הכוחות הפועלים בבעיה. המודל הנ"ל מתאים בקירוב טוב לתצפיות. הגרף מבוסס על קרוב מתוך האינטגרציה של Laskar et al. 2004.
אורך היממה הכוכבית (בשעות) כתלות בזמן (במיליארדי שנה). מבוסס על מודל פיזיקלי המביא בחשבון את כל הכוחות הפועלים בבעיה. המודל הנ"ל מתאים בקירוב טוב לתצפיות. הגרף מבוסס על קרוב מתוך האינטגרציה של Laskar et al. 2004.

ביחס לכוכבים הרחוקים כדור הארץ מסתובב סביב צירו אחת ליממה כוכבית שאורכה הממוצע כיום 23 שעות 56 דקות ו 4.091 שניות.

קצב סיבובו של כדור הארץ סביב צירו אינו אחיד והוא משתנה כתוצאה ממגוון סיבות (ראו איור משמאל). כוחות הגאות של הירח גורמים להאטת סיבוב הארץ סביב צירו בשיעור של כ- 10-8 יממות ביממה (כאלפית שנייה ביממה). שינויים קטנים נוספים נובעים מתנועות של קרום כדור הארץ ביחס לציר הסיבוב; גורמים מטאורולוגיים גורמים לשינויים עונתיים; וכן ישנם שינויים הנובעים מהקשר בין מעטפת כדור הארץ לגרעין שלו. (ראו מאמרים מורחבים בנושא: יממה כוכבית, יממה שמשית ומערכות זמן).

בזמן שכדור הארץ מסתובב סביב צירו הוא גם מסתובב סביב השמש, על כן, פרק הזמן שלוקח לשמש להגיע לאותה נקודה בשמיים (למשל הזמן בין שני מעברים עוקבים במצהר) שונה במקצת מפרק הזמן שלוקח לכדור הארץ להשלים הקפה אחת סביב צירו. פרק זמן זה, הקרוי יממה שמשית, ארוך בכ-4 דקות מהיממה הכוכבית והוא שווה ב(קרוב) ל 24 שעות.

ציר הסיבוב של כדור הארץ

הסבר סכמטי לעונות השנה של כדור הארץ. ציר הסיבוב של כדור הארץ סביב עצמו נטוי בזווית של כ-23.5 מעלות לאנך למישור שבו כדור הארץ מקיף את השמש. ביחס לכוכבים הרחוקים, ציר כדור הארץ מצביע לאותו הכיוון בקרוב (ראה גוף המאמר). לכן, לעיתים הקוטב הצפוני של כדור הארץ מופנה מעט לכיוון השמש וחצי שנה לאחר מכן הקוטב הדרומי של כדור הארץ מופנה מעט לכיוון השמש.
הסבר סכמטי לעונות השנה של כדור הארץ. ציר הסיבוב של כדור הארץ סביב עצמו נטוי בזווית של כ-23.5 מעלות לאנך למישור שבו כדור הארץ מקיף את השמש. ביחס לכוכבים הרחוקים, ציר כדור הארץ מצביע לאותו הכיוון בקרוב (ראה גוף המאמר). לכן, לעיתים הקוטב הצפוני של כדור הארץ מופנה מעט לכיוון השמש וחצי שנה לאחר מכן הקוטב הדרומי של כדור הארץ מופנה מעט לכיוון השמש.

ציר הסיבוב של כדור הארץ נטוי בזווית של כ 23.5 מעלות ביחס לאנך למסלול ההקפה של כדור הארץ את השמש (ראו איור מימין וערך מורחב בנושא המילקה). נטיית ציר הסיבוב של כדור הארץ היא הסיבה לעונות השנה על כדור הארץ

ציר כדור הארץ מצביע כל הזמן לאותו הכיוון (למעשה כיוון ציר הסיבוב משתנה בצורה איטית – ראו פרצסיה ונוטציה). לכן, לעיתים הקוטב הצפוני של כדור הארץ מופנה מעט (ראו איור) לכיוון השמש וחצי שנה לאחר מכן הקוטב הדרומי של כדור הארץ מופנה מעט לכיוון השמש.

כאשר הקוטב הצפוני של כדור הארץ מופנה לכיוון השמש, אזי צופה הממוקם בחצי הכדור הצפוני רואה בממוצע את השמש גבוה יותר מעל האופק מאשר צופה בחצי הכדור הדרומי. במצב זה שטף הקרינה (ראו להלן) המגיע לצופה בחצי הכדור הצפוני גדול יותר, האזור מתחמם יותר ועל כן הטמפרטורות האופייניות גבוהות יותר (בד"כ) – במצב זה נאמר ששורר קיץ בחצי הכדור הצפוני, בעוד בחצי הכדור הדרומי המצב הפוך ושורר שם חורף. כעבור כחצי שנה המצב מתהפך ויש חורף מטאורולוגי בחצי כדור צפוני וקיץ מטאורולוגי בחצי כדור דרומי.

האיור מימין מדגים את מצב כדור הארץ בעונות החורף והקיץ. כאשר כדור הארץ נמצא במצב המתואר בצד שמאל, אזי קיץ בחצי כדור צפוני וחורף בחצי כדור דרומי. כאשר כדור הארץ במצב המתואר בצד ימין, העונות מתהפכות (האיור לא בקנה מידה).

עוד נציין כי ציר הסיבוב של כדור הארץ איננו קבוע ביחס לקרקע וחלים שינויים קלים בכוונו הקרויים תנודות הקטבים. בנוסף ציר הסיבוב של כדור הארץ משנה את הכיוון המרחבי שאליו הוא מורה, בעוד שהזווית בין ציר הסיבוב והאנך למישור הסיבוב נשארת קבועה בקרוב. לתנועה זו, המכונה פרסציה, מחזור של כ 26,000 שנה.

מבנה

כדור הארץ הינו כוכב לכת סלעי ומבין כוכבי הלכת הסלעיים במערכת השמש הוא המסיבי והגדול ביותר. בנוסף הוא בעל הצפיפות הגדולה ביותר, השדה המגנטי החזק ביותר והסיבוב המהיר ביותר. בנוסף תאוצת הנפילה החופשית על פניו, g=\frac{GM}{r^2}, היא הגדולה ביותר, ושווה לכ-9.8 מטר לשנייה בריבוע (עם שינויים קטנים כתלות בקו הרוחב ובגובה מעל פני הים). מהירות הבריחה מפני השטח של כדור הארץ (בגובה פני הים) הינה כ 11.2 ק"מ לשנייה.

צורה וגודל

הסטיות של הגאואיד ביחס לאליפסואיד יחוס. הסטיות המירביות הן בשיעור של כ 100 מטר.
הסטיות של הגאואיד ביחס לאליפסואיד יחוס. הסטיות המירביות הן בשיעור של כ 100 מטר.

צורתו של כדור הארץ מורכבת ולא ניתנת לתיאור ע"י צורה פשוטה כגון כדור (ראו גם: קורדינאטות ארציות). הסיבה המרכזית לאי-כדוריותו של כדור הארץ הינה העובדה כי הוא מסתובב סביב צירו. סיבוב זה גורם, עבור גוף המצוי על פני השטח כדור הארץ, להפעלת כוחות צנטרופוגליים שעוצמתם מירבית על קו המשווה של כדור הארץ והם גורמים להתרחבותו בקו המשווה (ראו: צורות שווי משקל של גוף מסתובב).

בקירוב, צורתו של כדור הארץ ניתנת לתיאור ע"י אליפסואיד שאורך חצי צירו הארוך בקו המשווה (רדיוס כדור הארץ בקו המשווה) הוא 6378.137 ק"מ, האקצנטריות שלו 0.0818 ורדיוסו בקטבים (חצי הציר הקצר) הוא 6356.8 ק"מ. ההפרש בין רדיוס כדור הארץ בקו המשווה ובקטבים הוא 21.4 ק"מ.

אליפסואיד הינו קירוב לצורתו של כדור הארץ, אבל הוא לא מתאר בדיוק את הצורה שמותווית ע"י האוקיינוסים. צורתו האמיתית של כדור הארץ (הצורה שהייתה מתקבלת אילו כדור הארץ היה אוקיינוס אחד גדול) נקראת גאואיד. במקרה של כדור-הארץ, קיימות סטיות של כ-100 מטר בין אליפסואיד ובין גאואיד המתארים את צורתו. ההגדרה המדויקת של הגאואיד הוא המשטח שעליו הפוטנציאל הכבידתי של כדור הארץ זהה לפוטנציאל הכבידתי בגובה פני הים הממוצע. סטיות אלו נובעות מהתפלגות לא אחידה של מסת כדור הארץ. באיור משמאל ניתן לראות את הסטיות של הגאואיד ביחס לאליפסואיד יחוס.

הרכב כימי

מסתו של כדור הארץ היא 5.9\times10^{24} ק"ג והיא קטנה ממסת השמש פי 300,000 בקירוב. ההרכב הכימי שלו מתפלג באופן הבא: כ- 32.1% הוא ברזל, 30.1% חמצן, 15.1% סיליקון ומינירלים סיליקטים שונים (בד"כ הרכבים כימים המכילים סיליקון וחמצן), 13.9% מגנזיום, 2.9% גופרית, 1.8% ניקל, 1.5% סידן, 1.4% אלומניום, ו 1.2% יסודות אחרים. היסודות הכבדים שוקעים בתהלך הנקרא סגרגציה של מסה (ובאנגלית Mass segregation ) ועל כן ככל הניראה ליבת כדור הארץ מורכבת בעיקר מברזל (88.8%), ניקל (כ 5.8%), גופרית (כ 4.5%) וכפחות מאחוז מיסודות אחרים.

מבנה פנימי

בדומה לשאר כוכבי הלכת הסלעיים נהוג לחלק את המבנה הפנימי של כדור הארץ לשכבות המופרדות ע"י התכונות הפיזיקליות וההרכבים הכימיים שלהם. באופן גס ניתן לדבר על שלוש שכבות עיקריות: ליבה (core), מעטפת (Mantle) וקרום (crust). המעטה החיצוני - הקרום, מורכב בעיקר ממינרלים סיליקטים שונים (תרכובות כימיות המכילות סיליקון וחמצן). עובי הקרום משתנה והוא נע בין כ-6 ק"מ מתחת לאוקינוסים, עד כ-30 ק"מ ביבשות. מתחת לקרום ניתן למצוא את המעטפת שהיא שכבה צמיגית ומוצקה.

הקרום והחלק העליון הקר והקשיח של המעטפת נקרא גם הליטוספירה (באנגלית lithosphere). הליטוספירה "שבורה" ללוחות טקטוניים (באנגלית Tectonic Plates). לוחות אילו נעים האחד ביחס לשני ומשנים את מראה פני השטח. תנועת הלוחות יוצרות שברים (לדוגמה, השבר הסורי-אפריקאני), רכסים (למשל, הרכס המרכז אוקייאני במרכז האוקיינוס האטלנטי), הרי געש (למשל "הטבעת הגעשית", טבעת של הרי געש סביב האוקיינוס השקט) ורעידות אדמה. ככל הנראה קיימים שמונה לוחות טקטוניים ראשיים על כדור הארץ. לוחות אלו נעים על פני השכבה במעטפת הניקראת אסטונספרה (באנגלית: asthenosphere), שכבה בעלת צמיגות וצפיפות נמוכות יחסית, ועומקה מגיע בין 100 ל- 200 ק"מ מתחת לפני השטח.

את ליבת כדור הארץ נהוג לחלק לשניים: הליבה החיצונית והליבה הפנימית. הליבה החיצונית הינה נוזלית ובעלת צמיגות נמוכה יחסית, בעוד שהליבה הפנימית היא מוצקה.

אינטראקציה בין לוחות טקטונים

כפי שצויין למעלה, לוחות טקטונים (באנגלית Tectonic Plates) הם השברים של שכבת הליטוספירה במעטפת. ישנם שלושה מאפיני אינטראקציה בין שכבת הגבול של לוח אחד לאחר. התכנסות גבולות (באנגלית Convergent boundaries), המתאר מצב בו שני לוחות נפגשו, התבדרות גבולות (באנגלית Divergent boundaries), המתאר מצב ששני לוחות נפרדים אחד מהשני,והסעת גבולות (באנגלית Transform boundaries) המתאר מצב בו שני לוחות "עוברים" אחד לצד השני. פעילות געשית ורעידות אדמה על כדור הארץ מורגשים בעיקר באזורי הגבולות בין הלוחות הטקטונים השונים וכן באזורי שבר על גבי הלוחות הטקטונים.

אטמוספרה

כדור-הארץ מוקף במעטפת גזים המוחזקת ע"י כבידתו של הארץ המכונה אטמוספרה. האטמוספרה מורכבת מ-78.1% חנקן מולקולרי (N2), כ-20.9% חמצן מולוקולרי (O2), מכ-0.9% ארגון (Ar), מכ-0.03% פחמן דו-חמצני (CO2), וגזים נוספים. האטמוספרה משתרעת לגובה של כ-100 ק"מ, אם כי לא קיים גבול ברור בינה לבין החלל החיצון והיא למעשה מתפוגגת עם העלייה בגובה. כתוצאה מכך הלחץ האטמוספרי איננו אחיד בגבהים השונים, כאשר עקרונית הוא יורד עם העלייה בגובה. בגובה פני הים הלחץ האטמוספרי הוא 101.3 קילופסקל המוגדר גם כיחידה אחת של לחץ אטמוספרי (בר או בקרוב אלף מיליבר). הלחץ יורד לחצי בגובה של 5.5 ק"מ, שליש ב-8.4 ק"מ, עשירית ב-16.1 ק"מ ואלפית בגובה של 48.5 ק"מ. האטמוספרה חוסמת קרינה אלקטרומגנטית בתחומי תדרים שונים (קרינת גאמא, רנטגן, תת-סגול, על-אדום ומיקרוגל) ובכך מאפשרת את קיומם של החיים על-פני הארץ מקרינתה האנרגתית של השמש. אם זאת, תכונה זו של האטמוספרה מונעת מהאסטרונומים לצפות בתחומי תדרים אלו ועל-כן יש צורך בשימוש במצפי כוכבים בגובה רב (בהם האטמוספרה איננה חוסמת חלקים מהקרינה התת-אדומה) או שימוש בטלסקופי חלל הרגישים לתצפיות בתחומי תדרים שונים. האטמוספרה מאפשרת את חימומו של הארץ אודות לאפקט החממה: האור הנראה של השמש חודר את האטמוספרה ומחמם את פני השטח של כדור-הארץ, בעוד קרינת החום שנפלטת בתחום תדרים של תת-אדום נחסמת ע"י האטמוספרה כך שחום רב נכלא ואינו מצליח לצאת מהאטמוספרה. בנוסף, תכונה זו מאפשרת איזון של הטמפרטורות בין צד היום לצד הלילה של הארץ והפחתה במשרעת הטמפרטורות (בניגוד למצב בכוכב חמה או בירח, למשל).

שדה מגנטי

סירטוט סכמטי של המגנוטוספירה של כדור הארץ הנראים כקווים שחורים מקווקוים. באדום ניתן לראות את מסלול החלקיקים ואת השדה המגנטי של השמש. הסירטוט איננו בקנה מידה.
סירטוט סכמטי של המגנוטוספירה של כדור הארץ הנראים כקווים שחורים מקווקוים. באדום ניתן לראות את מסלול החלקיקים ואת השדה המגנטי של השמש. הסירטוט איננו בקנה מידה.

לכדור הארץ שדה מגנטי דיפולי (עם שני קטבים מגנטיים) שמקורו בליבתו החיצונית הנוזלית. ליבת הברזל, שמסתובבת יחד עם כדור-הארץ, מסיעה חום אודות למאפייניה הנוזליים ובכך יוצרת זרם חשמלי שגורם להשראה מגנטית ואת יצירתו של השדה המגנטי. הציר המגנטי של הארץ כמעט ומקביל לציר הסיבוב שלו, כך שהקטבים המגנטיים נמצאים בקרבת הקטבים הגיאוגרפיים. הקטבים אינם קבועים והם נעים עד כ-15 ק"מ בשנה אודות לתנועה הכאוטית של הברזל הנוזלי בתוך ליבת הארץ. מעבר לכך, כיוון השדה עצמו משתנה בממוצע אחת לכ-300,000 שנה, כך שהקוטב המגנטי הצפוני נע בין מדף הקרח הארקטי בצפון ליבשת אנטרקטיקה בדרום. אם זאת, "החלפת" הכיוון המגנטי האחרונה התרחשה לפני כ-780,000 שנים, כאשר העדויות לכך שמורות בכיוון המגנטי של סלעים עם מינרלים מגנטיים שנוצרו באותה התקופה.

עוצמת השדה המגנטי של כדור הארץ על פני הקרקע משתנה מאזור לאזור ונעה בין כ 0.3 ל 0.6 גאוס.

השדה המגנטי של כדור הארץ חזק מספיק בכדי לבלום חלקיקים טעונים מרוח השמש מלהיכנס אל תוך האטמוספרה. חלקיקים טעונים אלו, משנים את כיוון תנועתם, נצמדים אל קווי השדה המגנטי ונעים איתם אל עבר הקטבים המגנטיים. במפגש בין חלקיקים טעונים אלו לבין אטמוספרת הארץ נוצר זוהר הקוטב.

ירחים

הירח של כדור הארץ
הירח של כדור הארץ

ראו מאמר מורחב בנושא הירח.

את כדור-הארץ מקיף לווין טבעי יחיד המכונה הירח או לבנה (בלועזית: Moon או Luna) הירח הוא הגוף השמיימי הקרוב ביותר לכדור הארץ וגם הגוף השמיימי היחיד שבני אדם הלכו 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 של הירח קטנה פי 81 בלבד ממסת כדור הארץ ועל-כן יש הרואים במערכת ארץ-ירח סוג של "כוכב לכת כפול". תאוצת הנפילה החופשית על פני הירח קטנה פי ששה מאשר על כדור הארץ ועל כן גופים על הירח שוקלים כשישית ממשקלם על כדור הארץ. הירח עשוי ממינרלים סלעיים הדומים לאלו המרכיבים את מעטפת 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 בראשית ימיה של מערכת השמש. לאחר מכן, חומר זה נאסף והתמצק לכדי הירח כפי שאנו מכירים כיום. לירח אין אטמוספרה ולא לווינים משל עצמו.


ראו גם

הרצאות וידאו

קישורים חיצוניים

ספרות מקצועית

מחברים


דוד פולישוק, סמדר נאוז

כלים אישיים