מחקרים

לפעמים דווקא כשלא מחפשים מוצאים את הפתרונות המבוקשים מתחת לאף. פרופ' ישראל פינקלשטיין, מהחוג לארכיאולוגיה ותרבויות המזרח הקדום ע"ש יעקב מ' אלקוב באוניברסיטת תל אביב, גילה בשנת 1998 ממצא מעניין מאוד במהלך חפירות תל מגידו, אותן ביצע עם תלמידיו. בין החופרים הוא הבחין באדם שמראהו לא כל כך התאים לפרופיל הסטודנט הטיפוסי. היה זה פרופ' אלי פיאסצקי, מבית הספר לפיסיקה ולאסטרונומיה בפקולטה למדעים מדויקים ע"ש ריימונד ובוורלי סאקלר, שהשתתף בחפירות במסגרת לימודי התואר שלו בארכיאולוגיה. השניים החלו לשוחח, וכך נולד מחקר בינתחומי משותף הנמשך גם היום, שני עשורים מאוחר יותר, אשר שינה את תפיסת חוקרי כתבי התנ"ך לגבי כתיבתם.

מתי כתבו את התנ"ך?

מה שהעסיק אז את מי שעמד בראש אתר החפירות בתל מגידו היה הניסיון לערוך מיפוי כרונולוגי של כתבי תנ"ך אשר נכתבו בתקופת הברזל (Iron age) בישראל הקדומה, ולהוכיח כי עד כה התיארוך לא היה מדויק. "כבר בשנת 1996 פרסמתי מאמר ובו כתבתי כי ישנה סטייה של 100 שנים לגבי ההערכות לתקופת כתיבת חלקים מהתנ"ך", מספר פרופ' פינקלשטיין. תקופת הברזל נמשכה במזרח התיכון בכלל ובישראל בפרט מסוף האלף השני לפנה"ס ועד שנת 586 לפנה"ס, אז נחרב בית המקדש הראשון.

"עד אז תיארכו כתבים על פי שיקולים מקראיים", מסביר פרופ' פינקלשטיין ומוסיף "אפשר לומר שההיסטוריה התנ"כית הכתיבה את דרכם של החוקרים, והארכיאולוגיה בעצם שימשה ככלי להוכחת אמיתות סיפורי התנ"ך. אני האמנתי שהגיע זמנה של הארכיאולוגיה לתפוס את קדמת הבמה". מאמרו עורר הדים ומהומה בקרב אנשי המחקר בעולם, והוא הבין שהוא זקוק לכלי תיארוך מדויק יותר ולמתמטיקאי מוכשר שיסייע לו בכך. פרופ' פינקלשטיין הציב בפני ידידו אתגר – לדייק את תיארוך הממצאים שהתגלו בחפירות ולהוכיח את טענתו.

בעזרת שימוש בשיטת תיארוך פחמן 14 (radiocarbon) על מאות פריטים שנאספו ונבדקו, הציגו פרופ' פיאסצקי ופרופ' פינקלשטיין ציר זמן חדש ומדויק בהיסטוריה של ישראל הקדומה, אשר התפרסם במגזין היוקרתי הניו יורק טיימס, והיה לבעל השלכות ארוכות טווח על מחקרי תקופת המקרא מאז ואילך.

^{אתר החפירות בתל מגידו, המקום בו החל המחקר המשותף}

האלגוריתם שיודע לקרוא שפות עתיקות

גם היום ממשיכים פרופ' פיאסצקי ופרופ' פינקלשטיין לחקור ולשחזר את ההיסטוריה. שילוב תחומי המחקר השונים כל כך ממשיך להוליד תגליות פורצות דרך גם באתרי חפירה אחרים, בהם תל ערד לדוגמא, שלמרות ההמעטה בחשיבותו האסטרטגית בתקופת המקרא הביא לתגליות מרעישות שהפתיעו את עולם המחקר.

בין ממצאי מצודת תל ערד שנחשפו כבר לפני שנים גילו החוקרים כתובות דיו על גבי חרסים שאף אחד לא היה מודע לקיומן, והצליחו לפענח כמה אנשים עסקו במלאכת הכתיבה במצודה העתיקה.

"מצודת תל ערד ניצבת כקפסולת זמן מהעבר. נראה כי לפני כ-2,600 שנה היא שימשה, למשך תקופה קצרה, כתחנת מנוחה קטנה לאלו העושים את דרכם לירושלים, הנמצאת במרחק של כחמישה ימי מסע ממנה", מתאר פרופ' פינקלשטיין. "אנחנו רצינו לדעת מי כתב על החרסים שנמצאו שם ומי קרא בהם, מפני שידענו שאם נצליח לקבוע מתי הפך הכתב לכלי שימושי ונגיש לחברה – נוכל להאיר על השאלה מתי נכתבו הטקסטים התנ"כיים המוקדמים וללמוד על הממשל ועל האוריינות בתקופת ממלכת יהודה".

רשימת אפסנאות בת אלפי שנים

שני הפרופסורים איחדו כוחות והרכיבו יחד צוות שכלל ארכיאולוגים, היסטוריונים, פיסיקאים, מתמטיקאים ומדעני מחשבים כדי לנתח את כתבי היד ולקבוע כמה ידיים עסקו במלאכת הכתיבה על החרסים.

הם השתמשו בטכנולוגיות חדישות של עיבוד תמונה ולמידה חישובית (multispectral imaging), אשר מצליחות לחשוף כתובות ולשפר את איכותן, והשוו כתבי יד תוך שימוש באלגוריתמים שפותחו במיוחד לשם כך על ידי הצוות. מה שהם קראו שם היה מפתיע: השורות החדשות שנתגלו היו מכתב בקשה להנפקת יין ומזון ממחסני מצודת תל ערד לאחת היחידות הצבאיות באזור. נמען המכתב היה אפסנאי המצודה ואילו המוען היה קצין מבאר שבע.

מעבר למידע אודות מה אכלו ושתו שם בתקופה ההיא, חשפו החוקרים את העובדה כי גם אחרון האפסנאים ידע קרוא וכתוב, וגם למדו כמה מלים חדשות שלא היו מוכרות עד אז ואינן מופיעות בתנ"ך. "מן התוכן של המכתבים אנו למדים שהאוריינות חלחלה אל רבדים נמוכים במנהל הצבאי של הממלכה. אם משליכים נתונים אלה על אזורים אחרים של יהודה, ומניחים שזה היה המצב גם בחוגי המנהל האזרחי ובין הכוהנים, מקבלים רמת אוריינות ניכרת. רמה כזו של אוריינות מהווה רקע נאות לחיבור של טקסטים מקראיים" מסביר פרופ' פינקלשטיין.

עם הפנים לעתיד

אחרי שלמדו על העבר מסבירים פרופ' פינקלשטיין ופרופ' פיאסצקי מה אפשר לעשות בעזרת הטכנולוגיות הייעודיות הללו גם בשנות האלפיים. "יש שישאלו מה גורם לסטודנט למתמטיקה לפתח כלים לניתוח כתבי יד עתיקים. אך למעשה, סוג זה של אנליזה שימושי גם היום, ויכול לעזור גם לעורכי דין, לבנקים ולמשטרה. יתרה מזאת, אנו מוצאים פתרונות לאתגרים, כמו פענוח כתובות הדיו שנמצאו על משטחי חמר מחוספסים שהיו דהויים, וחסרו בהם חתיכות. אם האלגוריתם שלנו יכול לנתח כתבים עתיקים בתנאים כאלו – חשבו מה הוא יכול לעשות עם כתבי יד מודרניים, הנכתבים על פני נייר חלק ונקי", אומר פרופ' פיאסצקי.

פרופ' פינקלשטיין ממשיך אותו ואומר "כשאנו באים לבחון כתבי יד אנו צריכים להתמודד עם בעיה של סובייקטיביות. כולנו מגיעים עם תפיסות מוקדמות, ומשכנעים את עצמנו שאנו רואים אות זו או אחרת. למחשב אין בעיה כזו. הוא מודד אורכם של קווים ומידתן של זוויות, ועורך את ההשוואות המספריות. הצעד הבא שלנו הוא שילוב שיטת הצילום המולטי-ספקטראלית כבר בתהליך החפירות. תהליך זה יכול לשפר באופן דרמטי מתודולוגיות חפירה, על ידי קביעה בזמן אמת אם שבר של כלי חרס מסוים הינו בעל ערך או לא. אין ספק שהארכיאולוגיה עברה שינוי דרמטי כשחברה למדעים המדויקים בעזרת העבודה המתמטית על השוואת כתבי יד רישום אחד יכול לשנות את האופן בו אנו מבינים את ההיסטוריה".

במחקר חדש שהתפרסם בכתב העת Nature Astronomy, מציעים חוקרים דרך חדשה לשפר בצורה משמעותית ביותר, יחסית למדידות שהתבצעו בעבר, את השיטה הנוכחית למדידת המסה של חורים שחורים. קבוצת המחקר חוצת היבשות כוללת את פרופ' חגי נצר מבית הספר לפיזיקה ולאסטרונומיה באוניברסיטת תל אביב, ד"ר חולין מחיה-רסטרפו ופרופ' פאולינה לירה מאוניברסיטת צ'ילה, ד"ר בני טרכטנברוט ממכון ETH בציריך, וד"ר דן קפלופו מאוניברסיטת מקגיל בקנדה.

המחקר מבוסס על מדידות ספקטרליות מפורטות ביותר (מדידות של אור הנפלט מגלקסיות רחוקות), מן האולטרא-סגול ועד לאינפרא-אדום, של כ-40 חורים שחורים פעילים השוכנים בגלקסיות שגילן כ-4 מיליארדי שנים. המחקר התבצע בעזרת טלסקופי ענק במצפה האירופי הדרומי ESO (European Southern Observatory). הוא איפשר לחוקרים למפות בצורה מדויקת את הפליטה הנפלטת מגוף המכונה "דיסקת ספיחה", סמוך מאד לחור השחור וקרוב הרבה יותר מענני הגז המשמשים למדידות המסה. החוקרים שניתחו את מאפייני הקרינה, מצאו שניתן למדוד בעזרתה את מסת החור השחור בדיוק רב. זוהי שיטה נוספת, בלתי תלויה בשיטה שהייתה מקובלת עד עתה, והתבססה על תנועת ענני הגז הרחוקים. היא מאפשרת לכייל ולתקן את תוצאות המדידה של השיטה הישנה כך שהמסה הנמדדת תהיה מדויקת יותר.

איך התנהגו הגלקסיות כשהיו צעירות?

לדברי פרופ' חגי נצר, "ניתן יהיה בעתיד לערוך תיקונים מעין אלה למדידות המסה הישנות במרבית החורים השחורים הפעילים." פרופ' נצר, העוסק מזה שנים רבות בפיתוח שיטות מדידת מסה של חורים שחורים, סבור כי הדבר יאפשר הבנה טובה יותר של הדרך בה חורים שחורים גדולים שהתפתחו ביקום הצעיר, השפיעו על הגלקסיות הצעירות שנוצרו באותה התקופה.

"במיוחד יש לצפות לשיפור משמעותי בהבנת התהליכים הקושרים בין הגלקסיות והחורים השחורים ביקום הצעיר, כאשר גילו היה פחות מ-4 מיליארד שנים. לדוגמא, ככל שהחור השחור גדול יותר וסופח אליו יתר גז, כך גדלה השפעת הקרינה הנפלטת מדיסקת הספיחה על הסביבה. קרינה כזו יכולה "לנקות" את הגלקסיה מענני הגז מהם נוצרים כוכבי הגלקסיה וכך להגביל ואפילו לעצור את התפתחותה. "מדידה מדויקת יותר של מסת החור השחור תאפשר לחשב טוב יותר את התהליך בו הפכה גלקסיה קטנה ביקום הקדום לגלקסיה ענקית ביקום הנוכחי", מסכם פרופ' נצר.

בתמונה: תיאור סכמתי של האזורים השונים ליד חור שחור פעיל. בצהוב ובאדום - דיסקת גז חם בעזרתה התבצעה מדידת המסה החדשה, וענני גז רחוקים (בצבע חום) שבאמצעותם התבצעו המדידות הקודמות (קרדיט: ריקרדו רמירז).

"פתיחת "חלון גלי הכבידה" של היקום מאפשר פוטנציאל אדיר לראיית דברים שהיו לגמרי בלתי נראים או לא ידועים לנו לפני כן, כמו התמזגות של חורים שחורים וכוכבי נויטרונים," אומר פרופ' דן מעוז מהחוג לאסטרופיזיקה בבית הספר לפיזיקה ולאסטרונומיה של אוניברסיטת תל אביב. "התגלית הזו פותחת תחום חדש של אסטרונומיה מרובת שליחים, בה נוכל לגלות ולחקור תופעות על ידי איתור אותות מקבילים: גלים אלקטרומגנטיים (כלומר - אור באורכי גל שונים), גלי כבידה, ובקרוב, אני מקווה - גם נויטרינים."

באופן חסר תקדים התפרסמו אתמול עשרות מחקרים, רבים מהם בכתבי העת Nature ו-Science, המנתחים את האירוע האסטרונומי, חלקם בהובלה של מדענים מאוניברסיטת תל אביב. בין הנושאים שנחקרו: איתור הגלקסיה בה התרחש המיזוג, במרחק 120 מיליון שנות אור מאיתנו, הבנת תהליכי הפיצוץ, וזיהוי אירועים כאלה כמקור למגוון מתכות כבדות המצויות על פני כדור הארץ, בהן זהב ואורניום.

לדברי פרופ' דובי פוזננסקי מהחוג לאסטרופיזיקה, "קשה להפריז בחשיבות גילויים של גלי הכבידה ושל קרינה בו זמנית. זו תגלית שפותחת עידן חדש בחקר היקום. עד לאחרונה היה באפשרותנו להתבונן ביקום כמעט אך ורק באמצעות גלי האור המגיעים אלינו  ­- חוש הראיה. היכולת לקלוט גם גלי כבידה היא אנאלוגית לחוש המישוש. היום יש לנו את היכולת לחקור את היקום באמצעות שילובם של שני החושים. לראות ולמשש בו זמנית.״

עידן חדש בחקר היקום

"קיומם של גלי כבידה נחזה על ידי אלברט איינשטיין לפני כמאה שנה, במסגרת תורת היחסות הכללית," מסביר פרופ' אהוד נקר מהחוג לאסטרופיזיקה. "מדובר בגלים הנוצרים ומתפשטים ביקום בעקבות אירוע אלים במיוחד: התמזגות של שני גופים בעלי מאסה וצפיפות עצומות, בעיקר חורים שחורים וכוכבי נויטרונים, שנעים זה סביב זה במהירות המתקרבת למהירות האור. מאז שנות ה-70 עמלים מדענים על תכנון ובניית גלאים שיהיו רגישים דיים כדי לקלוט את הגלים, שעוצמתם חלשה ביותר. בשנה האחרונה סוף סוף עלה הדבר בידי צוות בארה"ב, שזכו השנה בפרס נובל על תגליתם."

ד"ר יאיר הרכבי, שנמצא כיום בהשתלמות באוניברסיטת סנטה ברברה בקליפורניה, ועתיד להצטרף בקרוב לחוג לאסטרונומיה של אוניברסיטת תל אביב, הוביל את אחת הקבוצות שאיתרה את מיקומו המדויק של האירוע:  גלקסיה בשם NGC4993, שנמצאת 'בשכונה שלנו' ביקום – 'רק' כ-120 מיליון שנות אור מכדור הארץ. למחקר זה, שמתפרסם היום בכתב העת Nature שותפים גם פרופ' דובי פוזננסקי, פרופ' דן מעוז מאוניברסיטת תל אביב ותלמידיהם. "כשהפנינו את הטלסקופ אל אזור האירוע, גילינו עצם שדעך בבהירותו פי 100 בכמה ימים, ומהר מאד הפך מכחול לאדום," אומר ד"ר הרכבי. "התנהגות זו אינה דומה לשום דבר שאנחנו מכירים. בזכות רשת הטלסקופים שלנו ב-Las Cumbres Observatory שפרוסה מסביב לעולם, יכולנו לעקוב אחר ההשתנות המהירה של העצם כל כמה שעות, ולחזות בדעיכתו המהירה בזמן אמת. הנתונים שאספנו ילמדו אותנו על התהליכים שמתרחשים בהתמזגות כוכבי נויטרונים ועל חשיבותם ביצירת החומרים שמרכיבים את היקום שלנו.״

"התגלית הזו מרגשת ביותר כי היא הראשונה בהיסטוריה, אבל ההבנה האמיתית תגיע עם התגליות העתידיות של אירועים אסטרונומיים דומים או שונים לזה, שיתנו לנו את התמונה המלאה על התמזגות כוכבי נויטרונים ותפקידם בייצור החומרים הכימיים ביקום. אין לנו ספק שזו רק ההתחלה," מסכם פרופ' דן מעוז. "היכולת לגלות אור וגלי כבידה ביחד מבשרת על עידן חדש באסטרונומיה, ואנחנו מצפים להרבה תגליות מפתיעות בשנים הקרובות."

לפני שלוש שנים חזה פרופ' מרק קרלינר, פיזיקאי תאורטיקן המתמחה בפיזיקת החלקיקים האלמנטריים מבית הספר לפיזיקה ולאסטרונומיה באוניברסיטת תל אביב, בשיתוף עם עמית מארה"ב, את מסתו של חלקיק תת-אטומי חדש שטרם נצפה כמותו. פיזיקה תאורטית היא ענף בפיזיקה המשתמש במודלים מתמטיים ובמערכות פיזיקליות מופשטות כדי לתאר ולנבא התנהגות של מערכות פיזיקליות טבעיות. זאת בניגוד לפיזיקה ניסויית המשתמשת בכלים ניסויים כדי לבדוק מערכות אלו.

בשבוע שעבר, מדענים במאיץ החלקיקים הענק ב-CERN ליד ג’נבה הכריזו על הגילוי הניסיוני של החלקיק. המסה שלו נמדדה ונמצאה זהה כמעט לחלוטין למסה שחזה פרופ' קרלינר: הניבוי התברר כמדויק ברמה של קצת מעל 99.8%. הפרטים אודות החלקיק החדש, המכונה ++Xi-cc, הוצגו בכנס של פיזיקת אנרגיה גבוהה בוונציה.

החלקיק החדש בעל השם המוזר יוכל לשפוך אור על אופי הכוחות הפועלים בין הקווארקים – החלקיקים היסודיים מהם מורכבים פרוטונים וניוטרונים, אשר בתורם מהווים את אבני הבניין מהם עשויים גרעיני האטומים, ולפיכך גם כל החומר ביקום שסביבנו.

הכוח החזק של גרעין האטום

ישנם שלושה קווארקים קלים ושלושה כבדים. מבין השישה, הקווארק הכבד ביותר, המכונה top, חי זמן קצר כל כך שאינו מספיק להתקשר עם חמשת הקווארקים האחרים. יתר החמישה יוצרים קשרים זה עם זה. כל שלישייה מתוך החמישה יכולה להתקיים במגוון רחב של קומבינציות. ככל שהחלקיקים כבדים יותר, קשה יותר לייצר אותם במאיץ החלקיקים, מפני שיצירתם דורשת יותר אנרגיה והם מתפרקים מהר. הכוח הפועל בין הקווארקים מכונה "הכוח החזק" והוא אחד מארבעת כוחות היסוד בטבע (לצד הכוח האלקטרומגנטי, הכוח החלש וכוח הכבידה). לא לשווא הוא מכונה "הכוח החזק" – עוצמתו היא פי ‎10³⁸‎ מעוצמת כוח הכבידה. אך טווח הפעולה של הכוח החזק הוא מצומצם מאוד - בסדר הגודל של קוטר גרעין האטום. הכוח החזק מחבר קווארקים לכדי האדרונים (חלקיקים מורכבים העשויים מקווארקים וגלואונים). ההאדרונים נחלקים לבאריונים ומזונים. עם הבאריונים נמנים הנוקליאונים, שהם הפרוטון והנייטרון.

עד היום נצפו באריונים שכוללים שלושה קווארקים קלים או קווראק כבד אחד ושניים קלים, אך בין המומחים היה קונצנזוס מוחלט שחייבים להיות קיימים גם באריונים עם שני קווארקים כבדים. "האתגר היה לחזות מתוך התיאוריה את התכונות השונות של השלישייה שכוללת שניים כבדים ואחד קל," מסביר פרופ' קרלינר, "וזה כולל בראש ובראשונה את המסה שלהם.”

במאמר שכתב פרופ' קרלינר בשנת 2014, בשיתוף עם פרופ' ג'ונתן רוזנר מאוניברסיטת שיקאגו, שבצעירותו היה חוקר בתר דוקטורט אצל פרופ' יובל נאמן באוניברסיטת תל אביב, הם חישבו את כל הקומבינציות האפשריות של שני קווארקים כבדים וקווארק אחד קל, והגיעו למסקנה שישנן שלוש אפשרויות עם תת גוונים.

החיזוי המדויק ביותר

"במאמר חזינו את המסה של החלקיק ועוד תכונות שטרם נמדדו. בתוצאות שפורסמו בכנס גדול של החברה האירופית לפיזיקה המוקדש לחלקיקים אלמנטריים, שחררו המדענים את התוצאה הנסיונית שהם עובדים עליה כמעט שלוש שנים בסודיות מוחלטת. השורה התחתונה היא שהמסה שהם מדדו מאוד קרובה למסה שאנחנו חזינו. המסה שהם מדדו היא 3621 פלוס מינוס 1, ביחידות הנקראות MeV. החיזוי שלנו מלפני שלוש שנים הוא 3627 פלוס מינוס 12. השגיאה בניבוי היא פחות מ-0.2% ממה שהתגלה בפועל. רבים לפנינו ניסו לנבא את המסה, עשו חישוב בשיטות שונות, פרסמו את התוצאות וכעת מתברר שפספסו. החיזוי שלנו הכי מדויק. על מנת להמחיש, החלקיק החדש כבד כמעט פי 4 מהפרוטון, והמטען החשמלי שלו כפול מזה של הפרוטון.”

עתה, צוות המחקר ב-CERN ימדוד מאפיינים נוספים של החלקיק ++Xi-cc. המדידה הזו תאפשר להעמיק באופן משמעותי את הבנת הכוח הפועל בין הקווארקים, ותסייע לחוקרים להבין טוב יותר את הכוח החזק, המחזיק את מרכזי האטומים יחד. אנשי CERN יעשו מאמץ למצוא חלקיקים נוספים הכוללים שני קווארקים כבדים.

"הדבר הראשון שאני מצפה לו היא מדידה של זמן מחצית החיים של החלקיק, כלומר כמה זמן לוקח לו עד שהוא דועך לחלקיק קל יותר. גם לנתון זה יש תחזית במחקר שלנו, וכשימדדו אותו נדע כמה דייקנו גם בזה." מסכם פרופ' קרלינר.

את המחקר ערכו ד"ר ארז בן יוסף, פרופ' עודד ליפשיץ ותלמיד המחקר מייק מילמן מהחוג לארכיאולוגיה באוניברסיטת תל אביב, וד"ר רון שער מהאוניברסיטה העברית בירושלים, בשיתוף עם המעבדה המגנטית של Scripps בסאן דייגו, ארה"ב. תוצאות המחקר התפרסמו בכתב העת היוקרתי PNAS.

תעלומה שאפילו איינשטיין לא פתר

"השדה המגנטי הוא שמאפשר את קיומם של חיים בכדור הארץ כפי שאנו מכירים אותם," אומר ד"ר ארז בן יוסף. "השדה הזה מגן עלינו מפני הקרינה הקוסמית ומפני רוח השמש, הוא משמש בעלי חיים רבים לניווט והוא משפיע ישירות על תהליכים רבים נוספים בטבע. למרות זאת, השדה המגנטי של כדור הארץ היה ונותר חידה מדעית שרב בה הנסתר על הגלוי. אלברט איינשטיין הגדיר את הבנת מקור השדה כאחת מחמש התעלומות החשובות ביותר בפיזיקה".

"לפי התיאוריה המקובלת, השדה המגנטי נוצר בגלעין החיצוני של כדור הארץ, בעומק של יותר מ-2900 ק״מ ובטמפרטורה של למעלה מ-4000 מעלות. הגלעין מורכב ברובו מברזל נוזלי. התנועה של הברזל, שהוא חומר מוליך חשמלית, מייצרת שדה מגנטי כתוצאה מסיבוב כדור הארץ סביב צירו. מאז אמצע המאה ה-19 נערכות מדידות ישירות של עוצמת השדה – אלא שמדידות אלו מצביעות על היחלשותו."

מה יקרה כשהמצפן יצביע דרומה?

"מאז שהחלו המדידות, כדור הארץ איבד כ-10% מהשדה המגנטי", מסביר ד"ר בן יוסף. "בנוסף, אנחנו יודעים שהיחלשות העוצמה קשורה לתופעה הנדירה של היפוך הקטבים. אם עוצמת השדה המגנטי תמשיך לרדת, והוא יחלש כמעט עד אפס, יכול להתרחש תהליך שנקרא היפוך קטבים. יש חוקרים שרואים את הירידה הנוכחית בעוצמה כראשיתו של היפוך כזה." בתהליך של היפוך הקטבים של השדה המגנטי, מצפנים שמצביעים לכיוון צפון יצביעו לכיוון דרום, והוא עלול לבלבל בעלי חיים, שמסעותיהם מונחים על ידי השדה המגנטי של כדור הארץ, לפגוע בלוויינים ובקווי החשמל ולגרום לשיבושים שונים בחיים על פני כדור הארץ.

"ההיפוך עצמו מטריד לא מעט אנשים ומזין לא מעט תיאוריות קונספירציה." ממשיך ד"ר בן יוסף, "אמנם רוב המדענים חושבים שלא תהיה קטסטרופה אפילו במקרה של היפוך הקטבים, אבל יש מספר חוקרים שסבורים שלא נצליח להתקיים ללא שדה מגנטי. מן הסתם, כל השאלות הללו מובילות לשאלת עוצמת השדה המגנטי בעבר, לפני שהחלו המדידות".

כדי למדוד את השדה המגנטי הקדום יש להשתמש בחומרים גיאולוגיים או ארכיאולוגיים, ש"הקליטו" את השדה המגנטי הקדום בזמן היווצרותם. חומרים אלו, כמו בזלות למשל, מכילים חלקיקים מגנטיים שהסתדרו בהתאם לשדה המגנטי בזמן שהחומר התקרר. ככלל, ממצאים ארכיאולוגיים כמו חרסים, לבנים, רעפים וכבשנים מאפשרים מקור מדויק יותר מחומרים גיאולוגיים לעוצמת השדה המגנטי ב-10,000 השנים שחלפו מאז שהאדם למד להשתמש באש.

"במחקר הנוכחי נעזרנו במחקר הארכיאולוגי היסודי שנערך על ממלכת יהודה הקדומה", אומר ד"ר בן יוסף. "מהמאה השמינית ועד למאה השנייה לפנה"ס פעלה ביהודה מערכת ביורוקרטית מסודרת, שנהגה להטביע את ידיות קנקני האגירה בחותמות מנהל שונות, כמו החותמת 'למלך'. חותמות אלו מאפשרות לנו להתאים תאריך מדויק לעוצמת השדה שהוקלטה בקנקנים, בדיוק של עד עשרות שנים בודדות, ובכך לשחזר 600 שנים של שדה מגנטי קדום – מסד נתונים חסר תקדים בהיקפו".

השדה המגנטי נחלש והתאושש

את קנקני "למלך" של ממלכת יהודה שלחו החוקרים למעבדה המגנטית של פרופ' ליסה טוקס במכון Scripps בסאן דייגו. התוצאות שהתקבלו מראות שאין סיבה לחשוש מהיחלשות השדה המגנטי בימינו, שכן הוא נחלש הרבה יותר בעבר הקרוב – ו"התאושש" לאחר מכן.

"מהקנקנים אנו למדים שעוצמת השדה המגנטי פחתה ב-20% תוך 30 שנה, כך שהיחלשות השדה המגנטי ב-10% במהלך 180 השנים האחרונות אינה צריכה לעורר דאגה מיוחדת, מסביר ד"ר בן יוסף, " הממצאים החדשים מצביעים על כך שלפני 3,000 שנה עוצמת השדה המגנטי הייתה חזקה פי 2.5 מעוצמתה היום – השדה המגנטי  הוא תנודתי יותר משחשבנו."

חלון הבנה דו-כיווני

בנוסף לתרומת מסד הנתונים החדש להבנת השדה המגנטי של כדור הארץ, החוקרים מקווים שהוא יתרום גם להבנה טובה יותר של הארכיאולוגיה המקומית. "זה חלון הבנה דו-כיווני. אנחנו יכולים לקחת קנקן משנת 630 לפנה"ס, למדוד את תכונותיו המגנטיות, ובכך לשחזר את עוצמת השדה המגנטי הקדום של כדור הארץ – או שאנחנו יכולים לקחת קנקן שאנחנו לא יודעים את גילו, ולהשתמש בשדה המגנטי הקדום כדי לתארך אותו. החזון שלנו הוא לבסס מסד נתונים על השדה המגנטי הקדום שיהווה כלי נוסף לתיארוך ארכיאולוגי באזורנו, בדומה לתיארוך בפחמן 14".