גם אם היו לנו כל המים שביקום, הם לא היו מפסיקים את ההיתוך הגרעיני בליבת השמש – אבל אולי היא הייתה הופכת לחור שחור

בכדור הארץ אנחנו רגילים לכבות שריפות בעיקר במים, אם כי לעתים דרושים חומרים נוספים. אם כך, הגיוני לכאורה לחשוב שאילו היו לנו מספיק מים יכולנו לכבות גם את השמש. אבל כמו שאלות פיזיקליות רבות שנשמעות פשוטות ברגע הראשון, התשובה לשאלה אם אפשר לכבות את השמש במים כוללת לא מעט פיזיקה מפתיעה.

ראשית נצטרך להעריך כמה מים יש בכלל במערכת השמש, בגלקסיית שביל החלב וביקום כולו. אם כמות המים אפסית יחסית למסת השמש, ברור שלא נצליח לכבות אותה. אם כמות המים גדולה ממסת השמש, עדיין נצטרך לברר אם הם יוכלו לעשות את העבודה.

כל המים בגלקסיה לא יועילו כנראה לכיבוי השמש. גלקסיית שביל החלב | צילום: Shutterstock
כל המים בגלקסיה לא יועילו כנראה לכיבוי השמש. גלקסיית שביל החלב | צילום: Shutterstock

כמה מים יש במערכת השמש?

מערכת השמש נוצרה מענן של גז מולקולרי שהורכב בעיקר ממימן והליום. הענן הלך והתכווץ בגלל כוח המשיכה בין המולקולות והאטומים, עד שנוצר כדור עצום וכבד של גז שהיה צפוף וחם מספיק כדי לייצר תגובות גרעיניות במרכזו. כך נוצרה השמש. חלק קטן מהענן התעבה מחוץ לשמש וממנו נוצרו שאר הגופים במערכת השמש. המים שיש כיום במערכת השמש מקורם בשאריות של אותו ענן: אטומי חמצן שיצרו קשרים כימיים עם אטומי מימן והפכו למולקולות של מים: H2O.

אטומי חמצן הם כאחוז אחד בלבד מהרכב השמש, ואפשר להניח שאותו יחס היה קיים גם בגז שנשאר מחוץ לה. תצפיות שנעשו על כוכבים צעירים שנמצאים כיום בשלבים ראשוניים של יצירת מערכות שמש משל עצמם מלמדות שכמות החומר שנשאר מחוץ לשמש היא רק כאחוז אחד מהמסה של השמש. לכן אפשר לקבוע בהערכה גסה שכמות המים במערכת השמש כולה עומדת על אחוז של אחוז, כלומר 1/10,000 מהמסה הכוללת של השמש.

הכמות הזאת כוללת את כל האוקיינוסים על כדור הארץ, את המים שמתחת לפני השטח בחלק מהירחים של צדק ושבתאי, את הקרח האגור בכל השביטים בשולי  מערכת השמש וכן הלאה. מדובר בכמות זעירה יחסית למסה האדירה של השמש, שלא תוכל להשפיע עליה באופן משמעותי, ובוודאי לא תוכל לכבות אותה.

אם נגדיל משמעותית את טווח החיפושים שלנו, בגלקסיית שביל החלב יש בין 200 מיליארד לטריליון (אלף מיליארד) כוכבים. אם נניח שלכוכב ממוצע יש מערכת שמש שמכילה כמות מים דומה לזו של מערכת השמש שלנו, נוכל להסיק שיש בגלקסיה כולה בין עשרים אלף למיליון פעמים יותר מסה של מים מהמסה של השמש שלנו. ביקום הנראה כולו יש מאות מיליארדי גלקסיות, כלומר יש די והותר מים לשפוך על השמש, בהנחה הבלתי סבירה שנמצא דרך להביא אותם לכאן.

לא בעירה שצוכת חמצן, אלא היתוך גרעיני. מים שנוסיף רק יתדלקו את התהליך. השמש | צילום: Shutterstock
לא בעירה שצורכת חמצן, אלא היתוך גרעיני. מים שנוסיף רק יתדלקו את התהליך. השמש | צילום: Shutterstock

ה"אש" של השמש

האם מים יעזרו לכבות את השמש? על פני כדור הארץ, מים משמשים לכיבוי שריפות כי הם מונעים ממולקולות חמצן באוויר להגיע לאזור הדליקה, וכך מפסיקים את התגובה הכימית וגורמים לאש לכבות. אולם בחלל אין אטומי חמצן שצריך לחסום והתהליך היוצר אור וחום בשמש אינו נובע מבעירה הצורכת חומר מחמצן.

השמש מונעת על ידי היתוך גרעיני שמתרחש בליבתה. בשל הכבידה החזקה בשמש, מים שנשפוך לתוכה יתפרקו מיד לאטומי החמצן והמימן שמהם הם מורכבים. המימן יוכל לשמש דלק נוסף להיתוך הגרעיני. ככלל, ככל שנוסיף לשמש יותר מסה כך הלחץ בליבתה יגדל וטמפרטורת ההיתוך תעלה. ככל שמסתה תגדל, השמש תהפוך בהירה יותר.

אם נמשיך להוסיף מים לשמש, יכול להתרחש היתוך בכמה דרכים. למשל, אם נוסיף את המים בהדרגה, המסה הנוספת עשויה לדרבן את השמש להתיך אטומי הליום, ובהמשך גם חמצן, לאטומים כבדים יותר. לעומת זאת, אם נוסיף את המים מהר מדי אנו עלולים לגרום לפיצוץ של שכבה חיצונית של מימן או של הליום בשמש, וכך לפזר לחלל את כל המים ששפכנו פנימה.

בסופו של דבר, אם נמשיך לשפוך עליה מים השמש תהיה כבדה מספיק כדי ליצור ליבה של ברזל שתקרוס ותותיר אחריה חור שחור. אם נצליח לרכז את כל המסה של המים ביקום לתוך השמש בבת אחת, כוח המשיכה שלה יהיה גדול מספיק כדי ליצור חור שחור. כך היא תיעלם למעשה בן רגע, עם כל מערכת השמש, ואנחנו נמצא את עצמנו פתאום בצד הפנימי של אופק אירועים.

https://davidson.weizmann.ac.il/programs/spaceandbeyond