היסטוריה של המטאורולוגיה

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית

ברקים
הגדל
ברקים

מטאורולוגיה הוא מדע העוסק בחקר התופעות האטמוספריות, תהליכי מזג האוויר וחיזויים.

ההיסטוריה של המטאורולוגיה כוללת תגליות, המצאות ואירועים אשר השפיעו על מדע זה מאז שחר ימי האדם ועד היום, וסייעו בהבנת אירועי מזג האוויר.


מאז ומתמיד התעניין האדם בסובב אותו ועסק בניסיונות להסביר את הדברים בדרכים שונות. מזג האוויר היה מן התופעות שמיקדו את עניינו בנסיון להבינו, להסבירו ולחזותו. כך, למשל, נהג האדם בימי קדם להסביר את הגשמים כברכה ואת הסופות וליקויי החמה כזעמם של האלים.

תוכן עניינים

[עריכה] המטאורולוגיה בפילוסופיה בעת העתיקה

אריסטו
הגדל
אריסטו

עם התפתחות הפילוסופיה החל האדם בנסיונות להסביר את התופעות המטאורולוגיות בדרכים שונות. ראשון היה אריסטו, שהסביר בחיבורו, מטאורולוגיקה (מדע השחקים), שהעולם מורכב מארבעה יסודות: אש, אוויר, מים ואדמה. לשיטתו, בהשפעת השמש משתנים יסודות אלה ויוצרים דברים חדשים. כך לדוגמה, סבר אריסטו, שהשמש מחממת את האדמה ומוציאה ממנה עשן ואבק, וכן מחממת את המים ומוציאה מהם חומר שקוף אשר יוצר את העננים. על בסיס רעיונות היסודות הסביר אריסטו גם את תופעת הברקים והרעמים, ולפיהם הרעם הוא רעש שנוצר על ידי רוח חזקה מאוד שנושבת בין עננים, והברק הוא השריפה של רוח זו. מן הידע המצוי בידי האנושות כיום, נראה כי חלק מרעיונותיו של אריסטו אינם כה רחוקים מן המציאות, ומקצתם אף מתבררים בדיעבד כנכונים. בין אלה, למשל, טענתו שכאשר השמיים מקבלים צבע כתמתם-אדמדם זהו סימן לגשם, ואכן ידוע כיום שבמצבי לחות גבוהה מתקבל ברקיע צבע זה עקב פיזור קרני האור. רעיונות אחרים של אריסטו נראים כיום מגוכחים, כמו למשל טענתו שיללת זאב מבשרת את בוא הגשם.

[עריכה] המצאות וגילויי הפילוסופים והמדענים מאז תקופת הרנסאנס

גלילאו גליליי
הגדל
גלילאו גליליי
מד הטמפרטורה של גלילאו
הגדל
מד הטמפרטורה של גלילאו

במהלך ימי הביניים כמעט ולא היו גילויים וחידושים במדע המטאורולוגיה. עוינותה של הכנסייה הקתולית למדע ומלחמתה במדענים החדשים גרמה לכך שעל מנת לחדש, לגלות ולהמציא נדרשו המדענים להיות מהפכנים, וככאלה דוכאו בקנאות על ידי הכנסייה.

בתקופת הרנסאנס ולאחר הרפורמציה של מרטין לותר, פחת משמעותית כוחה של הכנסייה, ואיתו יכולתה לדכא את המדענים ולהשפיע על חשיבת המוני העם. כך בשלו התנאים להופעתם של מדענים ומגלים מהפכניים, אשר בחשיבתם ומחקרם השפיעו רבות על מדע המטאורולוגיה.

גלילאו גליליי (15641642) המציא את מד הטמפרטורה ב-1606, לאחר שגילה בניסוי שהאוויר מתכווץ עם ירידת הטמפרטורה. אך המכשיר שהמציא גליליי לא פעל כהלכה - הנוזל שהיה מצוי בתוך הצינור הושפע רבות כתוצאה מלחץ האוויר, כך שלא הראה את המדידה המדוייקת.

שנים לפני תגלית זו, קופרניקוס (14731543) קרא תגר על אמונות העולם ועל טענות אריסטו, בכך שטען כי כדור הארץ אינו עומד במרכז היקום אלא מסתובב סביב השמש. ב-1610 הצדיק ואימת גלילאו גליליי טענה זו, אשר ברבות הימים השפיעה על המטאורולוגיה. גלילאו הפסיק את רוב פעולותיו בעקבות התנכלויות מטעם הכנסייה, ובמיוחד חקירתו בידי האינקוויזיציה ב-1633. אך דיכויו של גליליי לא מנע מרבים אחרים לבדוק את תגליותיו, ובכך ללמוד דברים רבים אחרים.

בעיית מד הטמפרטורה של גליליי נפתרה על ידי פרדיננד השני. הוא הציע להשתמש במכשיר בכוהל במקום במים, ובנוסף לסגור באופן הרמטי את המד כדי שהלחץ לא ישפיע על התוצאות.

אוונג'ליסטה טוריצ'לי
אוונג'ליסטה טוריצ'לי

את דרכו של גליליי המשיך תלמידו אוונג'ליסטה טוריצ'לי (1608 - 1647). טוריצ'לי נודע כממציא הברומטר, אותו פיתח לאחר שהמשיך בסדרת ניסויים שהחל גליליי בטרם נפטר. גליליי ביצע ניסוי שבו מילא מבחנה באורך של יותר מ-10 מטרים במים, ואותה שם בקערה גדולה בעודה הפוכה. עם הסרת הפקק הנמיך גובהו של "עמוד המים" אשר היה במבחנה. טוריצ'לי החליט לחזור על הניסוי בשינוי קל: במקום במים, השתמש בכספית. בשל משקלה הרב של הכספית, יכול היה טוריצ'לי להשתמש במבחנה שגודלה רק מטר. טורצ'לי הבחין שמפלס גובה הכספית במבחנה משתנה, והסיק מכך שהאוויר שמחוץ לכלי משפיע ולוחץ על הכספית - לעתים יותר ולעתים פחות, דבר הניתן למדידה בעזרת המכשיר שהמציא. פיתוח זה היה צעד חשוב למדע המטאורולוגיה, בכך שאיפשר למדוד את הלחץ האטמוספרי - נתון חשוב מאין כמוהו בהבנת ארועי מזג אוויר.

פרדיננד השני החליט להקים מעין רשת של איסוף מידע מתצפיות מטאורולוגיות שתבוצענה בעזרת החידושים וההמצאות של התקופה. בערי איטליה - בולוניה, פירנצה, פיזה, פרמה, לומברוזה וקורטאולונה נעשו תצפיות מטאורולוגיות והמידע רוכז ושותף. במהרה הבחינו שכאשר סערה מתקרבת מפלס הכספית יורד, ולעיתים צלחו בחיזוי מזג האוויר.

בלז פסקל
הגדל
בלז פסקל

מחצר הדוכס, התפשטו תגליות אלה במהרה לעבר מערב אירופה. המדען הצרפתי בלז פסקל (1623 - 1662) שיער שבמקומות נמוכים הלחץ גבוה יותר, בעוד במקומות גבוהים הלחץ נמוך יותר. פסקל החליט לאמת את השערתו באמצעות מדידות ברומטריות בהרים גבוהים, וכיוון שמצבו הבריאותי לא איפשר לו להעפיל להרים ביקש ממכר שמתגורר בהרים לבצע עבורו את הניסוי. ב-1648 שלח ברומטר להרים, ולאחר זמן מה חזרו תוצאות הניסוי אשר אימתו את השערותיו של פסקל. הניסוי בוצע פעמים אחדות, עד שהשתכנעו הספקנים בעקביות תוצאותיו.

רוברט הוק (1635 - 1703) המציא בשנת 1667 את האנמומטר - מד רוח. הוא חיבר לוח מעץ לציר, באופן שהלוח יהיה חופשי דיו להסתובב. ככל הרוח הייתה חזקה יותר כך התרומם מוט העץ למצב מאוזן יותר, והזווית שנוצרה סימנה את עוצמתה של הרוח. באותה תקופה רבו התגליות המטאורולוגיות בבריטניה. האסטרונום אדמונד האלי התעניין בתיאורים של יורדי ים לגבי מזג האוויר באזור זה, ובנוסף שהה שנתיים באי סנט הלנה. בעקבות תצפיותיו אלו פירסם ב-1686 מאמר, אשר הסביר את גורמי רוחות הסחר המזרחיות באזור האוקיינוס ואת רוחות המונסון באזור הטרופי. הבסיס לתופעה הוא חימום אוויר קו המשווה על ידי השמש, אוויר שהוא חם יותר מן האוויר בקטבים. האלי הסביר שבשל עילוי האוויר בקו המשווה, אוויר חייב לזרם מן הקוטב לעבר קו המשווה.

רוברט בויל
הגדל
רוברט בויל

שנה לאחר כן פרסם אייזק ניוטון (1642 - 1727) את ספרו המדעי "היסודות המתמטיים של פילוסופיית הטבע[1]". בין השאר, פירסם ניוטון בספר זה את חוקי הכבידה. בעזרת חוקים אלה הסביר את תנועת כוכבי הלכת סביב השמש. אולם, הספר לא הסביר את כל חוקי האטמוספירה עקב המסובכות של האוויר.

כל הפילוסופים לעיל לקחו בחשבון שהאוויר הוא אחיד. הם מיעטו להתייחס לתופעות מטאורולוגיות בסיסיות אשר גורמות את המשקעים, כמו גשם, ברד ושלג. היוונים הקדמונים, לעומתם, היו מודעים למחזור המים, וכן שאלו איך מים הופכים לאוויר ושוב הופכים למים?

הפילוסוף רנה דקארט (1596 - 1650) חקר לראשונה את הרכב האוויר. בספר שהוציא כתב בין היתר על ה"מתודה"[2]. הסברו של דקארט היה שחומר, כל חומר, מורכב מהמוני חלקיקים קטנים מאוד שהם היסודות, כאשר כל חלקיק כזה יכול להיות בגודל ובצורה שונה. ההסבר שלו לגבי איך מים "הופכים" לאוויר היה שמים מורכבים מחלקיקים המחוברים, וכאשר הם מתחממים על ידי השמש אזי נפרדים החלקיקים זה מזה ונוצר מודל הדומה פחות או יותר למודל של האוויר.

רוברט בויל (1627 - 1691) עסק במחקר במעבדה אשר ברשותו. הוא ועוזרו ערכו סדרת ניסויים שהביאה לתגלית החוק המראה את הקשר בין לחץ האוויר לנפחו.

ג'ון דלטון
הגדל
ג'ון דלטון

הכימאי האנגלי ג'ון דלטון (1766 - 1844) חיפש בין השנים 1788 - 1792 את השפעתם של לחצים ברומטריים על מזג האוויר. דלטון הגיע לממצאים חשובים, וגילה מהם הגורמים לגשם, טמפרטורה, וכיוון הרוח. למרות כל אלו, לא היו עדיין מספיק כלים כדי לחזות את מזג האוויר באופן מושלם יותר.

ג'יימס ג'ול (1818 - 1889), פיזיקאי אנגלי, ביצע ניסוי שגילה לו את הקשר בין עלייה בטמפרטורה של המים ביחס לאנרגיה של חומר מאסיבי בו השתמש. כך גילה את חוק שימור האנרגיה, כלומר, שאנרגיה לא נעלמת אלא רק מחליפה צורה. בעקבות תגליותיו של ג'אול, ניסח הפיזיקאי הגרמני הרמן פון הלמהולץ את החוקיות המתמטית של חוק שימור האנרגיה.

בנג'מין פרנקלין התגורר בפילדלפיה, שם פגעה סערת הוריקן בשנת 1743. הרוחות באותו יום נשבו מכיוון צפון; אולם בבוסטון, שמיקומה צפוני לפילדלפיה, היה יום בהיר, כך שהסערה נעה מדרום לצפון למרות שהרוחות נשבו מצפון לדרום. מסקנתו הייתה כי סערה מתקדמת בכיוון מסוים בלי קשר לכיוון נשיבת הרוח.

בשנת 1821 פקד הוריקן את אזור צפון החוף המזרחי של ארצות הברית. אדם בשם ויליאם רדפילד יצא לעקוב אחר ההוריקן, והבחין שבאזור מגוריו נפלו העצים עקב הרוחות בכיוון אחד, בעוד שבמקום מרוחק יותר נפלו העצים בכייון אחר. רדפילד החליט לערוך מחקר בנוגע לעיניין, ובמשך עשר שנים קיבץ עדויות ושוחח עם יורדי ים. בתום המחקר פירסם מאמר בו טען שמערכת רוח הוריקן סובבת בצורה מעגלית, נגד כיוון השעון. בנוסף כתב שהרוחות מתקדמות במהירות איטית יחסית למרות שבתוך הסערה הרוחות נושבות מהר.

תמונת עננים של מכ"ם
הגדל
תמונת עננים של מכ"ם

ויליאס לומיס וג'יימס אסםי מיפו לראשונה את נתוני מזג האוויר בשנת 1840. בעזרת המפות שאספו הראו שהסערות מתקדמות מכיוון מערב לכיוון מזרח. בתקופה זו גם הקימו את המרכז המטאורולגי הראשון בארצות הברית.


כאשר הומצא הטלגרף (1844), כבר היו תחנות מטאורולגיות רבות פזורות ברחבי ארצות הברית. תחנות אלו דיווחו באמצעות הטלגרף את תצפיותיהן. באותו הזמן גם הוקמו תחנות מטאורולוגיות באירופה, שבדרך כלל הוקמו כתוצאה מאסונות טבע נוראיים הקשורים במזג האוויר.

לווין TIROS 1 כפי שמופיע במוזיאון האוויר והחלל.
הגדל
לווין TIROS 1 כפי שמופיע במוזיאון האוויר והחלל.

בזמן מלחמת העולם השנייה הבחינו מתפעלי המכ"ם בהדים החוזרים כתוצאה מגשם, שלג וכדומה, והונח היסוד להנחה כי ניתן יהיה להשתמש במכ"ם ככלי יעיל בחיזוי מזג האוויר. לאחר המלחמה, עם שובם של מדענים צבאיים לחייהם האזרחיים, החלו לחקור את החזרת ההדים כתוצאה מארועי מזג האוויר. בארצות הברית פיתח דייוויד אטלס לראשונה מכ"ם אשר תפקידו לסייע בחיזוי מזג האוויר, ומאז משתפרים ומשתדרגים המכ"מים כל הזמן. כמו כן, הומצא מכ"ם עננים אשר מסייע במתן תמונה של ענני גשם.

ב-1 באפריל 1960 שוגר הלווין המטאורולוגי הראשון (TIROS-1) על ידי המנהל הלאומי לתעופה ולחקר החלל של ארצות הברית. לוויני מזג האוויר מראים תמונה מעודכנת של מצב העננים. כמו כן היא נותנת את היכולת לדעת מיקום מדויק ואת תנועת המערכת הסינופטית. על הלווין מורכבים חיישנים אשר סורקים את אטמוספירת כדור הארץ וקולטים את הקרינה המוחזרת והנפלטת. חיישנים אלו רגישים לאור הנראה, לאור התת-אדום ולגלי המיקרו. מידע זה נשלח אל כדור הארץ, שם מתרגמים במרכזים מיוחדים את כל הנתונים לתמונת עננים אשר מסייעת רבות בחיזוי מזג האוויר.

[עריכה] מעגלי אקלים

כדור הארץ מגוון מאוד בסוגי אקלים שונים. רוב ההבדלים בין אזורי האקלים השונים נובעים מהמרחק מהקטבים ומקו המשווה עקב הדרך שעוברות הקרניים באטמוספירה. בנוסף להשפעת קרני השמש, ישנה השפעה של רכסי הרים זרמים באוקיינוסים, לחצים ועוד.

אם מביטים אך ורק על המאפיינים המוזכרים לעיל, ניתן היה לשער שבאקלים חל שינוי הדרגתי מקו המשווה לכיוון הקטבים. אמנם, אין המצב כזה. לדוגמה, מדבר סהרה נמצא בין שני אזורים גשומים ביותר - האזור הטרופי והאזור הממוזג.

מודל התחזורת הראשון הוצא בשנת 1735 על ידי אדמונד האלי. המודל היה: אוויר חם עולה כלפי מעלה באזור קו המשווה. כאשר מגיע לגובה מתחיל לזרום לכיוון הקטבים, שם מתקרר יורד מטה, תופס את מקום האוויר הקר שהיה שם קודם לכן שנע כלפי קו המשווה. תאוריה זו של אדמונד האלי, כמובן לא יכולה להתרחש משום שכדור הארץ סובב על צירו ומושפע מעונות השנה.

פיזיקאי צרפתי בשם גאספר גוסטב קוריוליס גילה בשנת 1835 שגופים הנמצאים על גוף אחר המסתובב יוטו ממסלולם. לכן, אוויר אשר מגיע הקטבים יוטה מערבה ולא יגיע לקו המשווה, וכך גם לגבי אוויר הנע מקו המשווה לקטבים רק לכיוון מזרח.

בשנת 1855 הוצע על ידי ויליאם פרל האמריקני מודל שמתאר את תחזורת האוויר באופן נכון. הצעתו הייתה ש התערבבותם של האוויר הקר והחם קורה בשישה זרמי אוויר המכונים "תאים". בכל צד של כדור הארץ - הצפוני והדרומי ישנם שלושה תאים. בחצי כדור הארץ הצפוני: תא פולארי, תא פרל, תא הדלי. בחצי כדור הארץ הדרומי ישנם את אותם תאים שוב, כאשר תא פולרי בקוטב הדרומי ותא הדלי נמצא בצמוד לקו המשווה. בשנת 1492 בעת מסעותיו של קולומבוס השתמש בתאים אלו וברוחות שנובעות מהם ככלי ניווט.

[עריכה] הים והתפתחות המטאורולוגיה

גשם יורד, היה פעם חלק מן הים. תהליך החוזר חלילה...
הגדל
גשם יורד, היה פעם חלק מן הים. תהליך החוזר חלילה...

כדור הארץ, מכונה "כוכב הלכת הכחול" וזאת משום שיותר משני שליש משטחו מכוסים במים. לים השפעה עצומה על מזג האוויר בכדור הארץ. הים מוליך חום וקור בעזרת זרמי המים שבתוכו למקומות רבים ושונים בעולם. נוסף על כך, הים הוא המקור העיקרי לגשמים ולשאר המשקעים ובכך מהווה גורם משפיע על מזג האוויר ומעצב אותו. סקרנות האדם הביאה אותו לים כבר לפני עשרות אלפי שנים. לפני כעשרים אלף שנים היו ברשות האדם כלי שיט פרמטיביים דרכם הגיע ליבשת אוסטרליה. יתר על כן, בים האגאי לפני כעשרת אלפים שנים התפתח השיט. לפני שלושת אלפים וארבע מאות שנה סירות מצריות שנקראו "חתשפסות" שטו לאורך כל ים סוף. כבר במאה ה-7 הקיפן הפיניקים את אפריקה. כמו כן, הוויקינגים גילו את אמריקה כשחצו את האוקיינוס האטלנטי.

התפתחות רבה בחקר האוקיינוסים החלה במלחמת העולם השנייה עם שימוש רב בצוללות. מידע רב על זרמי האוקיינוסים נאסף מדע זה, נקרא אוקאנוגרפיה.

כמו שהאטמוספירה עצמה, אינה אחידה בטמפרטורה בה, כך גם הים. עקב התחממות בלתי אחידה של כדור הארץ, לאוקיינוסים ולימים, טמפרטורות שונות בכל אזור ואזור. השכבות העליונות של האוקיינוסים מתחממות, נעות לעבר הקטבים. בדרכם, מתקררים ושוקעים וכך חוזרים חזרה לכיוון קו המשווה.

[עריכה] התמודדות האנושות עם מזג האוויר ה"אלים"

גלי צונמי בחוף תאילנד
הגדל
גלי צונמי בחוף תאילנד

למרות התאוצה הרבה בהתפתחות הטכנולוגית מהמאה ה-20, קטנה האנושות מגלות את דרכי הטבע ואינה מצליחה לחזות בדיוק מספק את אסונות הטבע הגדולים ביותר, כגון, רעידות אדמה, נחשולי ענק, סופות טורנדו והוריקן ועוד. מזג האוויר היווה פעמים רבות גורם מכריע במלחמות האדם וסייע לנצחונות של מעטים מול רבים אשר ללא גורם האוויר התוצאה הייתה נראית שונה לגמרי. דוגמה הקשורה יותר למזגו ה"אלים" של האוויר היא פלישת צבא קובלאי ליפן בשנת 1281. במשך זמן רב נלחמו היפנים על מנת למנוע מן המונגולים לכבוש את יפן, וכמעט שוויתרו. אולם, אז הגיע טייפון מן הים. נהחשולים אשר נבעו ממנו הטביעו את כל הציא המונגולי ומנעו את פלישת הצבא ליפן.

גם בארצות מפותחות כמו ארצות הברית מתקשים להתמודד עם עוללי הטבע ומזג האוויר כמו למשל האסון שפקד את ניו אורלינס. בארצות המתפתחות נגרמו אבדות קשות בנפש נזקים קשים לרכוש בצונמי שפקד את דרום מזרח אסיה בשנת 2004. למרות המאמצים הרבים שמשקיעה האנושות בניסיון לחזות ולהזהיר בפני אסונות כאלו, אך ההצלחה טרם הגיעה.

[עריכה] מבט לעתיד

סקרנותו של האדם, אשר הביאה אותו מלכתחילה לחקור את תופעות מזג האוויר, גררה המצאות וגילויים רבים אחרים בתהליך הנמשך עד היום. כל הגילויים האלו הביאו להתפחות מדע המטאורולוגיה, שבזכותו היום אנו יכולים לצפות ולחזות את אירועי מזג האוויר, במידה מוגבלת כמובן. בעזרת חיזוי מזג האוויר ניתן לדעת האם כדאי לטוס, או שמא לבטל בשל חשש לערפל או לענני סערה.

מדע המטאורולוגיה ממשיך להתפתח, מגמה שנמשכה לאורך המאה ה-20 ואל תוך המאה ה-21. המצאת המחשב, לדוגמה, איפשרה מיפויים אוטומטיים רבים אשר עוזרים לאדם בחיזוי מזג האוויר. אם עד לפני שנים בודדות התחזית ניתנה ארבעה ימים קדימה בלבד, הרי שהיום ניתן לחזות חמישה ימים ואף יותר. נראה כי כמו מדעים אחרים, גם מדע המטאורולוגיה התפתח רבות כתוצאה ממלחמות. ניתן לראות זאת לדוגמה בהמצאת הלווין, שהמוטיבציה לפיתוחו הושפעה רבות מן המלחמה הקרה. המצאה זו משמשת כיום כפלטפורמה לאמצעי חיזוי ראשונים במעלה של מזג האוויר. כבר בתחילת המאה ה-20 היו ידועות לאנושות מספר לא מבוטל של משוואת שלכאורה יכלו ל"נבא" את מזג האוויר וכן חשבו שיוכלו לדעת את מזג האוויר שנים קדימה. מאוחר יותר התברר להם שטעו כיוון שהאטמוספירה משתנה כל הזמן אף כתוצאה מהדברים שהאדם עושה. ככל הנראה, האנושות לעולם לא תצליח לחזות במדיוק ובמספר ימים בלתי מוגבל את מזג האוויר. בהקשר זה מאוזכרת תכופות תאוריית אפקט הפרפר, כלומר כל דבר קטן כמו נפנוף בכנפיו של פרפר עשוי להיות בעל השפעה מכרעת על אירועי מזג האוויר, באופן שהוא בלתי ניתן לחיזוי מראש.

[עריכה] הערות שוליים

1. ^ או בשפת המקור: Philosophaiae Naturalis Prinicipia Mathematica
2. ^ או בשפת המקור: Discourse On the Method

[עריכה] ראו גם

שפות אחרות