كيف تطلق الشمس الطاقة؟

الشمس ، مثلها مثل جميع النجوم النشطة ، عبارة عن فرن هائل لحرق الهيدروجين ينتج كميات هائلة من الضوء والحرارة والإشعاع ، حوالي 4 × 10 ^ 26 واط كل ثانية. الشمس ، في الواقع ، هي أصل كل الطاقة على الأرض ، حتى الوقود الأحفوري. تسمى العملية التي تخلق بها الشمس الطاقة وتطلقها بالاندماج.

الهيدروجين هو أخف وأبسط عنصر في الكون ، ويتكون من بروتون واحد وإلكترون واحد. في درجات الحرارة المنخفضة ، تتنافر الشحنة الموجبة لنواة الهيدروجين مع بعضها البعض ، مما يمنع الاندماج. ومع ذلك ، عندما يتكثف نجم صغير ، مما يزيد من درجة حرارته وضغطه ، ستقترب أربع ذرات هيدروجين قريبة بدرجة كافية لتندمج معًا في ذرة واحدة من الهيليوم. في هذه العملية ، يتم تحويل بعض الكتلة إلى طاقة. يمكن أن يبدأ اندماج الهيدروجين عند 8 ملايين درجة كلفن. مع تقدم اندماج الهيدروجين ، يصل النجم إلى درجات حرارة أعلى وأعلى مما يسمح له بدمج العناصر الثقيلة. تندمج ثلاث ذرات من الهيليوم في ذرة واحدة من الكربون -12 عند 100 مليون درجة كلفن.

تكون الطاقة المنبعثة من الاندماج على شكل أشعة جاما ، وهي موجات إشعاعية صغيرة ولكنها عالية الطاقة. التردد العالي ولكن الطول الموجي الصغير يجعلها خطرة على الخلايا الحية. لحسن الحظ ، يحدث معظم الاندماج في قلب الشمس ، وقبل إطلاق أشعة جاما في الفضاء ، يجب أن تمر عبر الطبقات الخارجية للشمس. تحيط منطقة الإشعاع مباشرة باللب ، وهي منطقة شديدة الكثافة بحيث تستغرق في المتوسط ​​171000 سنة ، وما يصل إلى عدة ملايين من السنين ، لتخرج الطاقة منها. الطبقة التالية هي منطقة الحمل الحراري ، حيث ترتفع البلازما الساخنة القريبة من القلب بينما تغرق البلازما الباردة. في منطقة الحمل الحراري ، يتم إبطاء العديد من أشعة جاما وتنتشر على شكل فوتونات ، وهي جزيئات من الضوء المرئي ، بينما تنتقل الطاقة إلى سطح الشمس.

الغلاف الضوئي هو منطقة الشمس التي تحتوي على الضوء المرئي. لا تزال درجة حرارته بين 4500 و 6000 درجة كلفن لكنها أبرد بكثير من الطبقات الداخلية. يُطلق على الجزء الخارجي من الغلاف الضوئي اسم الهالة وهو المكان الذي تحدث فيه البقع الشمسية والبروز الشمسي. من الطاقة التي تصل الأرض ، نصفها عبارة عن ضوء مرئي ونصفها في جزء الأشعة تحت الحمراء من الطيف الكهرومغناطيسي. لكن الأخطر هو كمية صغيرة من الأشعة فوق البنفسجية. تتحرك الطاقة الخارجة من الغلاف الضوئي بسرعة الضوء تقريبًا ، وتستغرق حوالي ثماني دقائق للوصول إلى الأرض.