حتى لو لم يكن لديك اهتمام خاص بعلم الفلك - حتى الآن - فلا شك أنك تساءلت عما يحدث تلك الكرة الساطعة الضخمة في السماء والتي تكون ساخنة بشكل خطير ووهب للحياة في نفس الوقت زمن. ربما تعلم أن الشمس نجمة ، مثل نقاط الضوء التي لا تعد ولا تحصى والتي تأخذ مكان الشمس في السماء في الليل عندما يحل الظلام ، ولكن أقرب فقط. قد تعلم أن لديها إمدادات الوقود الخاصة بها وأن هذا الإمداد ، رغم أنه ليس لانهائيًا ، كبير جدًا بحيث لا يمكن حسابه. ربما تدرك أنه لن تكون فكرة رائعة أن تقترب كثيرًا من الشمس حتى لو كانت لديك القدرة على فعل ذلك - ولكن سيكون من السيئ تقريبًا الابتعاد عنها كثيرًا مما أنت عليه بالفعل ، مسافة حوالي 93 مليون اميال.
ومع ذلك ، في تفكيرك ، ربما لم تفكر في فكرة أن الشمس ليست كرة موحدة من الضوء و الحرارة ، ولكن بدلاً من ذلك لها طبقات في حد ذاتها ، تمامًا مثل الأرض والكواكب السبعة الأخرى في النظام الشمسي فعل. ما هي هذه الطبقات - وكيف يمكن للعلماء البشريين في العالم التعرف عليها من هذه المسافة الكبيرة على أي حال؟
الشمس والنظام الشمسي
تقع الشمس في مركز النظام الشمسي (ومن هنا جاءت تسميته!) وتمثل 99.8٪ من كتلة النظام الشمسي. بسبب تأثيرات الجاذبية ، كل شيء في النظام الشمسي - الكواكب الثمانية ، الكواكب الخمسة (حاليًا) القزمة ، أقمار تلك الكواكب والكواكب القزمة والكويكبات والعناصر الثانوية الأخرى مثل المذنبات - تدور حول شمس. يستغرق كوكب عطارد أقل بقليل من 88 يومًا من أيام الأرض لإكمال رحلة واحدة حول الشمس ، بينما يستغرق نبتون ما يقرب من 165 عامًا على الأرض.
الشمس هي نجمة لا توصف إلى حد ما مع انتقال النجوم ، مما يجعلها تحصل على تصنيف "القزم الأصفر". مع سن حوالي 4.5 مليار سنة ، تبعد الشمس حوالي 26000 سنة ضوئية عن مركز المجرة التي تسكنها ، مجرة درب التبانة المجرة. كمرجع ، السنة الضوئية هي المسافة التي يقطعها الضوء في سنة واحدة ، حوالي 6 تريليون ميل. وبقدر اتساع النظام الشمسي نفسه ، فإن كوكب نبتون ، وهو أبعد كوكب عن الشمس على مسافة تقارب 2.8 مليار ميل ، يبعد بالكاد 1/2000 سنة ضوئية عن الشمس.
بالإضافة إلى أن الشمس تعمل كفرن عملاق ، فإنها تمتلك أيضًا تيارًا كهربائيًا داخليًا قويًا. تولد التيارات الكهربائية مجالات مغناطيسية ، وللشمس مجال مغناطيسي واسع ينتشر من خلالها النظام الشمسي مثل الرياح الشمسية - غاز مشحون كهربائيًا يطير إلى الخارج من الشمس في كل مكان اتجاه.
هل الشمس نجمة؟
الشمس ، كما لوحظ ، قزم أصفر ، لكنها مصنفة رسميًا على أنها نجمة من فئة G2 الطيفية. تصنف النجوم بالترتيب من الأكثر سخونة إلى الأبرد حسب النوع O أو B أو A أو F أو G أو K أو M. الأكثر سخونة لها درجة حرارة سطح حوالي 30.000 إلى 60.000 كلفن (ك) ، في حين أن درجة حرارة سطح الشمس فاترة نسبيًا 5780 كلفن. (كمرجع ، درجات كلفن هي نفس "حجم" درجات سلزيوس ، لكن المقياس يبدأ بمقدار 273 درجة أقل. أي 0 ك ، أو "الصفر المطلق" ، يساوي −273 ج ، 1273 ك يساوي 1000 ج ، وهكذا. أيضًا ، تم حذف رمز الدرجة من وحدات كلفن.) كثافة الشمس ، وهي ليست مادة صلبة ، أ السائل ولا الغاز ، وأفضل تصنيف لهما على أنه بلازما (أي غاز مشحون كهربائيًا) ، يبلغ حوالي 1.4 مرة من ماء.
إحصائيات حيوية أخرى للطاقة الشمسية: كتلة الشمس 1.989 × 1030 كجم ونصف قطر حوالي 6.96 × 108 م. (حيث أن سرعة الضوء 3 × 108 م / ث ، سوف يستغرق الضوء من جانب واحد من الشمس ما يزيد قليلاً عن ثانيتين لتمر طوال الطريق عبر المنتصف إلى الجانب الآخر.) إذا كانت الشمس بطول باب نموذجي ، على سبيل المثال ، فإن الأرض ستكون تقريبًا مثل ارتفاع نيكل أمريكي يقف عليه حافة. ومع ذلك ، توجد نجوم يبلغ قطرها 1000 مرة قطر الشمس ، وكذلك النجوم القزمة التي يقل عرضها عن مائة.
تنتج الشمس أيضًا 3.85 × 1026 واط من الطاقة ، حوالي 1340 واط لكل متر مربع منها تصل إلى الأرض. هذا يترجم إلى سطوع 4 × 1033 ergs. ربما لا تعني هذه الأرقام الكثير بمعزل عن غيرها ، ولكن كمرجع ، فإن الأس 9 "فقط" يعني المليارات ، بينما الأس 12 يترجم إلى التريليونات. هذه أرقام هائلة! ومع ذلك ، فإن بعض النجوم أكثر إضاءة من الشمس بمليون مرة ، مما يعني أن طاقتها الناتجة أكبر بمليون مرة. في الوقت نفسه ، تكون بعض النجوم أقل إضاءة بألف مرة أو نحو ذلك.
من المثير للاهتمام ملاحظة أنه على الرغم من تصنيف الشمس كنجم متواضع في أفضل الأحوال في المخطط العام ، إلا أنها لا تزال أكبر من 95٪ من النجوم المعروفة الموجودة. ما يعني ضمناً أن معظم النجوم قد تجاوزت أوج نشأتها وتقلصت بشكل كبير منذ ذلك الحين ذروتهم في حياتهم قبل مليارات السنين ، ويستمرون الآن في شيخوختهم نسبيًا عدم الكشف عن هويته.
ما هي مناطق الشمس الأربعة؟
يمكن تقسيم الشمس إلى أربعة مكانية المناطق، ويتألف من المنطقة الأساسية ، والإشعاعية ، ومنطقة الحمل الحراري والفوتوسفير. هذا الأخير يجلس أدناه اثنين إضافيين طبقات، والتي سيتم استكشافها في القسم التالي. رسم تخطيطي للشمس يتكون من مقطع عرضي ، مثل منظر الكرة من الداخل التي تم قطعها إلى نصفين تمامًا ، ومن ثم سيشمل دائرة في يمثل المركز اللب ، ثم حلقات متتالية حوله من الداخل إلى الخارج تدل على المنطقة الإشعاعية ومنطقة الحمل الحراري و فوتوسفير.
ال النواة من الشمس حيث كل شيء يمكن للمراقبين على الأرض قياسه عندما ينشأ الضوء والحرارة. تمتد هذه المنطقة إلى الخارج إلى حوالي ربع الطريق من مركز الشمس. تقدر درجة الحرارة في مركز الشمس بحوالي 15.5 مليون كلفن إلى 15.7 مليون كلفن ، أي ما يعادل حوالي 28 مليون درجة فهرنهايت. وهذا يجعل درجة حرارة السطح التي تبلغ حوالي 5،780 كلفن تبدو باردة بشكل إيجابي. تتولد الحرارة داخل اللب عن طريق وابل ثابت من تفاعلات الاندماج النووي ، حيث يتكون جزيءان من يتحد الهيدروجين بقوة كافية لجعلهم يتحدون معًا في الهيليوم (بمعنى آخر ، جزيئات الهيدروجين فتيل.)
ال المنطقة الإشعاعية من الشمس سميت بهذا الاسم لأنها في هذه القشرة الكروية - وهي منطقة تبدأ حوالي ربع الطريق من مركز الشمس ، حيث ينتهي اللب ، وتمتد إلى الخارج حول ثلاثة أرباع المسافة إلى سطح الشمس حيث تقابل منطقة الحمل الحراري - أي أن الطاقة المنبعثة من الاندماج داخل القلب تنتقل إلى الخارج في جميع الاتجاهات ، أو يشع. والمثير للدهشة أن إشعاع الطاقة يستغرق وقتًا طويلاً للانتقال عبر سُمك المنطقة الإشعاعية - في الواقع ، عدة مئات الآلاف من السنين! من غير المحتمل أن يبدو هذا ، في الوقت الشمسي ، هذا ليس طويلاً على الإطلاق ، بالنظر إلى أن الشمس بالفعل 4.5 مليار سنة ولا تزال قوية.
ال منطقة الحمل الحراري يستهلك معظم الربع الخارجي من حجم الشمس. في بداية هذه المنطقة (أي من الداخل) تبلغ درجة الحرارة حوالي 2،000،000 كلفن وتنخفض. نتيجة لذلك ، فإن المادة الشبيهة بالبلازما التي تشكل باطن الشمس ، صدق أو لا تصدق ، باردة جدًا و معتم للسماح للحرارة والضوء بالاستمرار في الانتقال نحو سطح الشمس في شكل إشعاع. بدلاً من ذلك ، يتم نقل هذه الطاقة عبر الحمل الحراري ، وهو في الأساس استخدام الوسائط المادية لنقل الطاقة بدلاً من السماح لها بالركوب بمفردها. (تشكل الفقاعات التي تتصاعد من قاع إناء من الماء المغلي إلى السطح وتطلق الحرارة أثناء انفجارها مثالًا على الحمل الحراري). على النقيض من الفترة الطويلة التي تستغرقها الطاقة للتنقل في المنطقة الإشعاعية ، تتحرك الطاقة عبر منطقة الحمل الحراري نسبيًا بسرعة.
ال فوتوسفير يتكون من منطقة تتغير فيها طبقات الشمس من كونها معتمة تمامًا ، وبالتالي تحجب الإشعاع ، إلى شفافة. هذا يعني أن الضوء والحرارة يمكن أن تمر دون عوائق. وبالتالي ، فإن الغلاف الضوئي هو طبقة الشمس التي ينبعث منها الضوء المرئي للعين البشرية المجردة. يبلغ سمك هذه الطبقة 500 كم فقط ، مما يعني أنه إذا تم تشبيه الشمس بأكملها بالبصل ، فإن الغلاف الضوئي يمثل قشرة البصل. درجة الحرارة في قاع هذه المنطقة أكثر سخونة مما هي عليه على سطح الشمس ، وإن لم تكن كذلك بشكل كبير - حوالي 7500 كلفن ، فرق أقل من 2000 كلفن.
ما هي طبقات الشمس؟
كما لوحظ ، فإن لب الشمس ، والمنطقة الإشعاعية ، ومنطقة الحمل الحراري ، والغلاف الضوئي تعتبر مناطق ، ولكن يمكن أيضًا تصنيف كل منها كواحدة من طبقات الشمس ، والتي يوجد منها ستة. يوجد خارج الغلاف الجوي الغلاف الجوي للشمس ، والذي يتضمن طبقتين: الكروموسفير والهالة.
ال الكروموسفير يمتد على ارتفاع 2000 إلى 10000 كيلومتر فوق سطح الشمس (أي الجزء الخارجي من الغلاف الضوئي) ، اعتمادًا على المصدر الذي تستشيره. من الغريب أن درجة الحرارة تنخفض إلى حد ما بشكل متوقع مع زيادة المسافة من في البداية ، ولكن بعد ذلك يبدأ في الارتفاع مرة أخرى ، ربما بسبب تأثيرات الشمس حقل مغناطيسي.
ال الهالة (كلمة لاتينية تعني "تاج") تمتد فوق الكروموسفير لمسافة عدة أضعاف نصف قطر الشمس وتصل إلى درجات حرارة تصل إلى 2000.000 كلفن ، على غرار المناطق الداخلية في منطقة الحمل الحراري. هذه الطبقة الشمسية ضعيفة للغاية ، وتحتوي فقط على حوالي 10 ذرات لكل سم3، وتتقاطع بشدة بواسطة خطوط المجال المغناطيسي. تتشكل "اللافتات" وأعمدة الغاز على طول خطوط المجال المغناطيسي هذه وتنفجر إلى الخارج بفعل الرياح الشمسية ، يعطي الشمس مظهرها المميز بوجود محلاق من الضوء عندما يكون الجزء الرئيسي من الشمس مشوشة.
ما هي الأجزاء الخارجية للشمس؟
كما لوحظ ، فإن الأجزاء الخارجية من الشمس هي الغلاف الضوئي ، وهو جزء من الشمس الصحيحة ، والكروموسفير والهالة ، وهي جزء من الغلاف الجوي للشمس. وهكذا يمكن تصوير الشمس على أنها تتكون من ثلاثة أجزاء داخلية (القلب ، والمنطقة الإشعاعية ، ومنطقة الحمل الحراري) وثلاثة أجزاء خارجية (الفوتوسفير ، والكروموسفير ، والإكليل).
يتكشف عدد من الأحداث المثيرة للاهتمام عند سطح الشمس أو فوقه مباشرة. من بين هذه البقع الشمسية ، التي تتكون في الغلاف الضوئي في مناطق باردة نسبيًا (4000 كلفن). آخر هو التوهجات الشمسية ، وهي أحداث متفجرة على السطح تتميز بإشراق شديد للغاية لمناطق الغلاف الجوي الشمسي على شكل أشعة إكس والأشعة فوق البنفسجية والضوء المرئي. تتكشف هذه على فترات تدوم لبضع دقائق ، ثم تتلاشى على مدى فترة زمنية أطول إلى حد ما تبلغ ساعة أو ما يقرب من ذلك.