הסדרה הראשית

הסדרה הראשית היא מונח מפתח באסטרופיזיקה ובהבנה כיצד בנויים הכוכבים ואיך הם פועלים בשלבי חייהם השונים. התורה כולה מסוכמת בתרשים אחד, המכונה עקקמת הרצשפרונג-ראסל

תרשים הרצשפרונג ראסל

אם נשים הרבה כוכבים על מערכת צירים, כאשר הציר האופקי מייצג צבע והציר האנכי בהירות נקבל משהו כמו בתרשים למטה. תרשים זה הוא מאוחר ומציג עוד ידע רב אבל נתחיל עם שני הפרטמרים שציינו ובשביל להבין אותו נלך אחורה הרבה הרבה זמן

 

קצת היסטוריה

אם היינו חיים לפני נגיד 2000 שנה, אז מעבר לעובדה שלא הייתם קוראים אותי  עכשיו, הייתה לנו תמונת עולם פשוטה מאד. מעלינו יש כך וכך כוכבים, כולם בגלגל הרקיע, כולם נעים ביחד וכולם נמצאים מאיתנו במרחק שווה. כוכב בהיר = כוכב גדול, כוכב חיוור = כוכב קטן. 

ככל שהידע התקדם, הובן שיש כוכבים קרובים ויש כוכבים רחוקים. כוכב קרוב יכול להיראות לנו בהיר מאד אבל בעצם לא להיות כזה בהיר (סיריוס) וכוכב חיוור יחסית יכול להיות בהיר מאד מאד אבל חיוור כי הוא רחוק (דנב בברבור דוגמה מצויינת)

רק אחרי שפותחו שיטות למדידת המרחקים  היה אפשר לקבוע את המדד שנקרא "בהירות אמיתית" של כוכב, והיא ערך שבו מודדים בהירות של כוכב בהנחה שהיה אכן במרחק זהה לכל שאר הכוכבים.

כמו כן לפני אלפיים שנה היינו שמים לב שיש כוכבים אדומים יותר, ויש כחולים יותר ויש לבנים. ככה למשל אנטארס קיבל את שמו, כסוג של משהו שדומה למאדים. אולי הצמד המוכר ביותר הוא באוריון, ריגל הכחול וביטלג'וז האדום. אבל למה לכוכבים יש צבע לא ידענו.

המדע מתקדם

בסופו של דבר ניוטון פירק לנו את האור לגורמיו לצבעים שהם בעצם אורכי גל, ופותחו גם ספקטרומטרים ואפשר למדוד את אור הכוכבים בדייקנות. כוכבים בעלי אורך גל אחד יכונו A, אחרים B ואחר כך העסק התפרע עם כל מיני אותיות שלא קשורות לכלום כמו OBAFGKM ואז הומצא המשפט המשעשע והשוביניסטי למדי שעוזר לזכרום אותם: "Oh Be A Fine Girl Kiss Me". מאז נוספו עוד כמה אותיות ולכל אות יש גם חלוקת משנה והיה אפשר להתחיל למדוד המון כוכבים וליצור את התרשים היפה שלמעלה.

תרשים זה מכונה תרשים הרצשפרונג-ראסל על שם שני האסטרונומים שפיתחו אותו. איינר הרצשפרונג הדני והנרי ראסל האמריקאי בעקבות תצפיות שנעשו על מספר גדול של כוכבים. להפתעתם הם קיבלו את הפס היורד באלכסון מלמעלה למטה ומראה שרוב הכוכבים נמצאים שם. יש גם כוכבים במקומות אחרים, אבל רוב הכוכבים מסודרים יפה על האלכסון וזה מה שמכונה הסדרה הראשית. למה זה ככה, אף אחד לא ידע.

סודות האטום מתגלים

שלב המפתח בהבנת התרשים היה התקדמות הפיזיקה והבנה מה קורה באטומים ובפרט תהליכים של היתוך מימן כך שמספר אטומי מימן הופכים בתהליך מורכב לאטום הליום וההבנה שזה מה שקורה בתוך ליבות הכוכבים, מה שנותן להם את האנרגיה העצומה, את האור ואת החום. נציג את התרשים שוב בשביל הנוחות:

הובן שמאפיין חשוב של כוכב הוא כמות המסה שלו ככל שיש לו יותר מסה עוצמת ההיתוך תהיה חזקה יותר, הכוכב יקרין יותר אנרגיה, פני השטח שלו יהיו חמים יותר וכך הוא ישב על צד שמאל של האלכסון (מאד בהיר וגם עם צבע אופייני לחום גבוה). מאפיין נוסף של כוכב מסוג זה הוא אורך חיים קצר. הוא "שורף" את המימן שלו מהר מאד.

בקצה השני כוכבים עם מעט מסה, שם הכל על מי מנוחות, קצב ההיתוך נמוך בהרבה, הטמפרטורה קרה יחסית (3000 מעלות בלבד) ולכן מתקבל צבע אדום וכוכב חיוור. כוכבים כאלו יכולים "לחיות" שנים רבות, עד שהמימן שלהם נגמר.

איפה השמש?

בתמונה מוזכרים כוכבים רבים מוכרים. למשל כוכב ספיקה בבתולה בקצה העליון של האלכסון. מסתו גבוהה בהרבה מהשמש, טמפרטורות הפנים שלו מעל 30000 מעלות והוא מכלה אותה במהירות. זהו כוכב שאורך חייו עשרות מיליוני שנים בודדות בלבד, ממש כלום במונחי היקום. הדינוזאורים כנראה לא ראו אותו בכלל.

מצד שני של האלכסון, נמוך למטה נמצא למשל את "פרוקסימה סנטאורי" כוכב שהוא ממש שכן שלנו. קצת יותר מארבע שנות אור מרחק, והוא מתנהל על מי מנוחות, מסתו פחות מעשירית ממסת השמש, הוא קריר, 3500 מעלות בסך הכל, הרדיוס שלו גם בערך כך, וקצב ההיתוך שלו נמוך כל כך שאורך חייו סביב מאות מיליארד שנים. למעשה, לו לכוכב הלכת הייתה מעט יותר מסה (פי 5 בערך) הוא היה יכול להיות כוכב די דומה לפרוקיסמה סנטאורי.

את השמש שלנו נמצא במקום טוב באמצע. עם טמפרטורה של 6000 מעלות ואורך חיים של כ-10 מיליארד שנה, ומספיק מסה בשביל לרכז סביבה כוכבי לכת, ולפלוט מספיק אנרגיה שגם תגיע אליהם אבל לא יותר מדי מסה בשביל לתת לכל המערכת מספיק זמן להתפתחות אנושית ולתהליכים של מילארדי שנים שבסופם אתם יכולים לקרוא מאמר זה, הטרם הכוכב וכל המערכת שלו יסיימו את חייהם.

מה קורה כאשר נגמר המימן?

כאשר נגמר המימן מתחיל היתוך של הליום. כוכבים שעברו את שלב המימן שלהם מפוזרים במקומות שונים על התרשים. חלקם התנפחו ונהיו ענקיים והם נמצאים מעל האלכסון, חלקם כבר גמרו את הסוס לגמרי והפכו להיות ננסים לבנים - ונמצאים מתחת לאלכסון.

רוב הכוכבים נמצאים על האלכסון - "הסדרה הראשית" מהסיבה הפשוטה, שהשלב הארוך ביותר בחיי כוכב הוא שלב שריפת המימן, לאחר ששלב זה הסתיים, השלבים הבאים מהירים בהרבה, יחסית כמובן. קשרים נוספים התגלו גם לגודל הכוכב ואלו הם פסים אלכסוניים נוספים הנמצאים לאורך התמונה. 

מה הצבע של השמש?

למרות שלנו השמש נראית כצהובה או כתומה או אדומה בשקיעה, מבחינה ספקטרלית הצבע של השמש הוא לבן. השמש פולטת קרינה בעוצמה כמעט זהה בכל הטווח הנראה (ועוד שפע רב של קרינת אינפרא אדום, אולטרא סגול, רנטגן וגמא), ולאור בכל הטווח הנראה קוראים לבן. זו גם הסיבה שעולמנו עשיר כל כך בצבעים. יש בו את כל הצבעים, כולם מגיעים מאור השמש, ואז דרך תופעות של בליעה (ולעתים גם פליטה) מתקבלים לנו אלפי גוונים שונים. לו אור השמש היה אדום בצורה מובהקת עולמנו היה בעל גוון אדום שולט. בתרשים הבא רואים את עקומת הפליטה של השמש, לפי אורך גל, ורואים ממנה שאכן בטווח הנראה, כל הטווח נפלט בעוצמה כמעט זהה.

למה השמש נראית לנו צהובה? 

אנו רואים את השמש צהובה בגלל האטמוספרה. רוב האור הכחול נתפזר באטמוספריה לכל הכיוונים (ונותן לשמיים צבע כחול נהדר). מתוך מה שנשאר הצהוב הוא דומיננטי יותר וכך אנו רואים את השמש. בשקיעה ובזריחה גם הצהוב והירוק כבר מתפזרים באטמוספרה (מה שגורם לצבעי השקיעה/זריחה היפים) ומה שנשאר הוא האור האדום וכך השמש נראית לנו אדומה/כתומה בשקיעה.

עקומת פליטה של השמש לפי אורכי גל.
  Sunlight spectrum in space as a function of wavelength. Public Domain Image, image source: Christopher S. Baird, data source: American Society for Testing and Materials Terrestrial Reference.