איך עובדים שלבי הירח: המדע מאחורי המחזור הירחי

הירח לא מייצר אור משלו. מה שאנשים על כדור הארץ קוראים לו אור ירחי הוא למעשה אור שמש המשתקף מפני השטח של הירח, לפי מנהל משימת המדע של נאס"א. בכל רגע נתון, השמש מאירה בדיוק חצי מהירח, בדיוק כמו שהיא מאירה חצי מכדור הארץ. החלק של הצד המואר שנראה מכדור הארץ משתנה כל הזמן כשהירח נוסע בתוך מסלולו, ובשינוי בזווית ההסתכלות זה מה שיוצר את הרצף הידוע בשם שלבי הירח.

למה הירח נראה שמשנה צורה

לפי נאס"א, הגורם לשלבי הירח הוא גיאומטריה פשוטה: המיקומים היחסיים של השמש, כדור הארץ והירח משתנים כל יום כשהירח נע סביב כדור הארץ. כשהירח יושב בין כדור הארץ לשמש, הצד המואר שלו פונה הרחק מאיתנו, מייצר ירח חדש. בערך שבועיים אחר כך, כשכדור הארץ יושב בין השמש לירח, כל הצד המואר פונה לכיוון כדור הארץ, מייצר ירח מלא. כל שלב בין השניים משקף זווית הסתכלות שונה על אותה כדור חצי-מואר.

נאס"א גם מציינת שהירח נחסם בצפיפות לכדור הארץ: הוא מסתובב על ציר משלו בדיוק באותו זמן שהוא לוקח להקיף את כדור הארץ, לכן אותה חצי כדור ירחי תמיד פונה לכיוון כוכבנו. הנעילה בצפיפות מסבירה מדוע אנשים על כדור הארץ לעולם לא רואים את הצד הרחוק של הירח, אבל זו תופעה נפרדת מגיאומטריית השמש-כדור הארץ-ירח שיוצרת את השלבים.

שמונת השלבים המוכרים

נאס"א תארה את החודש הירחי כמכיל שמונת שלבים בעלי שם, חלוקים לארבעה שלבים ראשוניים וארבעה ביניים. השלבים הראשוניים — ירח חדש, רבע ראשון, ירח מלא ורבע שלישי (או אחרון) — מתרחשים ברגע ספציפי וניתן לחישוב. השלבים הביניים מתארים את המעברים ההדריגיים ביניהם.

• ירח חדש — הירח בין כדור הארץ לשמש; הצד הקרוב לא מואר.
• הלל גדל — פסיק דק של אור גדל בצד ימין (נוף חצי כדור הצפון).
• רבע ראשון — חצי מהגופן הנראה מואר; הירח בזווית של 90° מהשמש בשמיים.
• גיבוס גדל — יותר מחצי מואר, האזור המואר עדיין גדל.
• ירח מלא — כדור הארץ בערך בין השמש לירח; כל הצד הקרוב מואר.
• גיבוס קטן — יותר מחצי מואר, האזור המואר מתכווץ.
• רבע שלישי (אחרון) — הצד השני של הגופן מואר.
• הלל קטן — פסיק דק נשאר לפני הירח החדש הבא.

המונחים גדל וקטן פשוט מתארים כיוון: גדל פירושו שהחלק המואר גדל, מירח חדש לכיוון ירח מלא, בעוד שקטן פירושו שהוא מתכווץ, מירח מלא חזרה לכיוון ירח חדש, לפי תיאור נאס"א.

למה המחזור הוא 29.5 ימים, לא 27.3

שני מספרים שונים מתארים את תנועת הירח, והערבוב ביניהם הוא מקור נפוץ להבלבול. החודש הסיידורי — 27.32166 ימים, או 27 ימים, 7 שעות, 43 דקות ו-12 שניות — הוא כמה זמן לוקח לירח להשלים את מסלול אחד ביחס לכוכבים קבועים, לפי אתר ליקוי נאס"א במרכז הטיסה גודארד של נאס"א. החודש הסינודי — 29.53059 ימים, או 29 ימים, 12 שעות, 44 דקות ו-3 שניות — הוא כמה זמן לוקח לאותו שלב (נגיד, ירח חדש לירח חדש) להתרחש שוב.

החודש הסינודי הוא ארוך יותר מכיוון שכדור הארץ עצמו נע סביב השמש בעוד שהירח מקיף את כדור הארץ. אחרי השלמת מסלול מלא של 360° ביחס לכוכבים, הירח צריך לטוס בעוד מרחק — בערך 2.2 ימים נוספים — כדי להשיג את אותה יישור שמש-כדור הארץ-ירח שהוא התחיל אתו, כפי שאתר ליקוי נאס"א מסביר. החודש הסינודי הזה של 29.5 ימים הוא הבסיס ל"חודשים" בלוח שנה בתרבויות רבות ולקיצור הנפוץ שמחזור ירחי אורך בערך 29.5 ימים.

מסלול הירח אינו עיגול מושלם

השביל שהירח עוקב סביב כדור הארץ הוא אליפסה עם אקסצנטריות ממוצעת של 0.0549, לפי אתר ליקוי נאס"א, כלומר המרחק כדור הארץ-ירח משתנה לאורך כל מסלול. הפריגיון, הנקודה הקרובה ביותר, נע בין בערך 356,355 ל-370,399 קמ״ק במהלך חמשת האלפיים השנים האחרונות, בעוד שהאפוג'י, הנקודה הרחוקה ביותר, נע בין בערך 404,042 ל-406,725 קמ״ק באותה תקופה. תקופה מדארית נפרדת — החודש האנומליסטי, בממוצע 27.55455 ימים — מודדת את הזמן מפריגיון אחד לשני.

מישור המסלול של הירח גם מוטה בערך 5.145° ביחס למישור המסלול של כדור הארץ סביב השמש (האקליפטיקה), לפי אותו מקור נאס"א. הנטייה הזו היא הסיבה שליקויים שמשיים וירחיים לא קורים כל חודש למרות שירח חדש וירח מלא כן: הירח בדרך כלל עובר מעט מעל או מתחת לקו השמש-כדור הארץ. ליקויים אפשריים רק במהלך שני "עונות ליקוי" בשנה, כשירח חדש או מלא חופף עם הירח חוצה את מישור האקליפטיקה, כמו שעמוד הגיאומטריה ליקוי של נאס"א מסביר.

שלבים וגאות וזרימות של אוקיאנוס

שלבי הירח גם מתאימים לתבנית גאות וזרימה צפויה. ארגון הטבע האומי האמריקני למטאורולוגיה ואוקיאנוגרפיה (NOAA) מסביר שבמהלך ירח חדש וירח מלא — כשהשמש, כדור הארץ והירח כמעט מערוכים — הכוחות הכבידתיים של השמש והירח מחזקים זה את זה, מייצרים "גאות קפיציות" עם גאות גבוהות יותר וזרימה נמוכה. במהלך שלבי הרבע הראשון והשלישי, כשהמשיכה של השמש על האוקיאנוס מבטלת חלקית את המשיכה של הירח, התוצאה היא "גאות ניאפית" בטווח קטן יותר. גם גאות קפיציות וגם גאות ניאפיות קורות פעמיים בכל חודש ירחי, כפי שמציינת NOAA.

מה נחשב "ירח כחול"

מכיוון שהחודש הסינודי (בערך 29.5 ימים) קצר יותר מרוב חודשי הלוח, פעמים שני ירחים מלאים נופלים באותו חודש לוח. אתר הפצת מדע EarthSky, המנוהל על ידי אסטרונום דבורה בירד, מתאר זאת כהגדרה מודרנית וממוזלת של "ירח כחול". הגדרה שנייה וישנה יותר — הירח המלא השלישי בעונה המכילה ארבעה ירחים מלאים במקום שלושה בדרך כלל — מגיע מספר חקלאי מיין משנת 1937. EarthSky מתחקה לגרסה "ירח מלא שני בחודש" הנהוגה כיום לעיתון Sky & Telescope משנת 1946 בידי אסטרונום חובבן ג'יימס יו פרואט, שקרא בטעות את הכלל העונתי של ספר החקלאי. ירחים כחולים חודשיים חוזרים בערך שבע פעמים כל 19 שנים, או בערך כל שנתיים עד שלוש שנים, לפי EarthSky.