Published in: الفضاء

الشمس

Author د. جاسم الفواز

Published on: 31 مايو، 2023

د. جاسم الفواز

تدقيق لغوي: أ. موانا دبس

أيُّ نوعٍ من النجوم هي الشمس وكم تبعد عنا؟

الشمس نجمٌ قزمٌ أصفر (Yellow dwarf) تبلغ من العمر حوالي 4.5 مليار سنة، وهي مركز نظامنا الشمسي، وتبعد حوالي 150 مليون كيلومتر عن الأرض، وهو النجم الوحيد في نظامنا الشمسي، وبدون طاقة الشمس لا يمكن أن توجد الحياة كما نعرفها على كوكبنا. وتُعتبر مصدراً ثابتاً للضوء والحرارة، وتُدرس الشمس بعلمٍ خاصٍ بها يُسمّى الفيزياء الشمسية (Heliophysics).

كم يبلغ حجم الشمس؟

الشمس هي أكبر جرمٍ في نظامنا الشمسي حيث يبلغ قطرها حوالي 1.4 مليون كيلومتر، وعلى الرغم من ذلك إذا ما قورنت مع نجوم أخرى فهي مجرد نجمٍ متوسطٍ من حيث الحجم حيث تمَّ العثور على نجوم أكبر بـ 100 مرةٍ من حجم الشمس. ^[1]

ما هي طبقات الشمس؟

تقسم لثلاثة أجزاء رئيسية، وهي:

1- البنية الداخلية

النواة الشمسية (Solar Core)

تقع النواة أو اللبّ في أعماق باطن الشمس تولد في النواة كل الطاقة الشمسية، وبعبارةٍ أخرى النواة هي قلب الشمس، وتكون الضغوط ودرجات الحرارة في أعلى مستوياتها داخل النواة. في الواقع، يمكن أن تصل درجة الحرارة في القلب إلى 15 مليون درجة مئوية.

في ظلّ هذه الظروف القاسية من ضغطٍ وحرارة تندمج النّوى الخفيفة، مثل: الهيدروجين لتعطي نوىً أثقل مثل: الهليوم، وفرق الكتلة يتحول لطاقةٍ حسب قانون آينشتاين، ونظراً للحجم الهائل لشمسنا، فإنها تولّد جاذبيةً هائلةً تجعلها تتجمَّع بأقل حجمٍ كرويّ ممكن، وعلى الاتجاه المعاكس فإن الاندماج النووي القوي للنواة يدفع باستمرار إلى الخارج أي يحاول أن يجعلها تتمزّق، وهاتان القوتان متوازنتان مما يضمن الاستمرارية في البقاء. ^[2]

المنطقة الإشعاعية للشمس (Radiative Zone)

الطاقة التي تصدر من النواة تكون بأشكال حراريةٍ أو ضوئيةٍ، الضوء يكون على شكل فوتونات تبدأ بالانتقال من النواة للمنطقة التي بعدها، وهي المنطقة الإشعاعية فوق النواة مباشرة، والتي تمتدُّ من حوالي 25 بالمئة إلى 70بالمئة من نصف قطر الشمس.

تنخفض درجة الحرارة مع نصف القطر من حوالي 8 مليون درجة مئوية إلى مليون ونصف درجة مئوية لكن بسبب كثافة المنطقة العالية جداً فإن الفوتونات أثناء انتقالها من أول هذه الطبقة حتى آخرها تستغرق زمناً طويلاً نسبياً لأنها تتعرض لعددٍ من التفاعلات من النوى التي في طريقها، فقد يستغرق الوقت الذي يستغرقه فوتونٌ واحدٌ في الانتقال من قلب المنطقة الإشعاعية إلى آخرها حوالي 10000 سنة أو حتى مئات الآلاف من السنين. ^[3]

منطقة الحمل (Zone Of Convection)

وهي طبقةٌ تلي التي المنطقة الإشعاعية سماكتها تصل إلى حوالي 171.25 كيلو متراً، وتصل درجة حرارة الجزء الخارجي من هذه الطبقة إلى حوالي 15000 درجة مئوية. إن المهمّة الرئيسية لهذه الطبقة هي حمل البلازما (الغاز المُتأين) عبر منطقة الإشعاع إلى سطح الشمس.

فالغازات الساخنة القادمة من باطن الشمس (النواة) ترتفع إلى السطح من خلال الطبقات الشمسية عبر أعمدةٍ من البلازما ذات الحرارة العالية تُسمّى التيارات الصاعدة، وعندما تصل هذه البلازما الساخنة للسطح تبرد نسبياً، فتعود من خلال تياراتٍ هابطةٍ إلى الباطن لتسخينها من جديد، لذلك فطبقات الشمس عبارةٌ عن أعمدةٍ من البلازما الصاعدة والهابطة. ^[4]

2- الفوتوسفير أو السطح (photosphere)

الفوتوسفير أو السطح المرئي للشمس، والذي ينبعث منه معظم الضوء الذي يصل إلى الأرض مباشرةً. نظراً لأن الشمس بعيدة جداً، فإن حافة الغلاف الضوئي تبدو حادةً للعين المجردة، ولكن في الواقع ليس للشمس سطح، نظراً لأنها شديدة الحرارة بحيث لا تتواجد المادة في أي شيء سوى حالة البلازما.

يعتبر العلماء أن “سطح” الشمس عبارة عن طبقة تبلغ سماكتها حوالي 400 كيلومتر تتراوح درجات الحرارة في هذه الطبقة من 4100 درجة مئوية في الأعلى إلى 9700 درجة مئوية في الأسفل، ولا يمكن للفوتونات المتولدة على عمق أكبر من ذلك الخروج دون امتصاص أو إعاقة.

تُظهر الصور الكبيرة للفوتوسفير بنيةً حبيبيةً حيث إن كل حبيبة هي عبارة عن كتلة من البلازما يبلغ قطرها 1000 كيلومتر ترتفع الحبيبات بسبب الحمل الحراري داخل الشمس، وتشعّ الطاقة، وتغوص مرةً أخرى في غضون بضع دقائق لتحلّ محلها حبيبات أخرى في نمطٍ متغيرٍ باستمرار.^[5]

3- الغلاف الغازي (Atmosphere)

ليس للشمس سطح صلب لكن لها غلاف جوي، ويتكون الغلاف الجوي لها من طبقتين هما: الكروموسفير، والتاج أو الكورونا. تبلغ سماكة الكروموسفير (Chromosphere) 2000 إلى 3000 كم، وهو يضيء بشكلٍ ضعيفٍ بالنسبة للفوتوسفير، ولا يمكن رؤيته بسهولة إلا في كسوف الشمس الكلي حيث يمكن عندها رؤيته بلونٍ ضاربٍ إلى الحمرة.

تنبعث عنه أطوالٌ موجيةٌ منفصلة تدلُّ على العناصر التي يحتويها، ومن خلال دراسة هذه الأطوال الموجية تمَّ اكتشاف الهيليوم الذي لوحظ من خلال دراسة الكروموسفير أثناء كسوفٍ شمسي في عام 1868، بينما تمَّ العثور على هذا العنصر الجديد على الأرض فقط في عام 1895.

كما يحتوي الكروموسفير على ما يشبه مساميراً من الغاز تُسمّى الأشواك (spicules) التي ترتفع من خلاله حيث ترتفع أطول الأشواك حوالي 7000 كم. الشويكات هي ظاهرة قصيرة العمر، تقابل ارتفاع نفاثات البلازما التي تتحرك صعوداً بسرعة حوالي 30 كم / ثانية، وتستمر حوالي 10 دقائق فقط. ^[6]

تُعرف الطبقة الخارجية للشمس باسم التاج أو الكورونا (Corona) التي تتميز بكثافة جزيئاته المنخفضة، وعند درجة حرارة تصل إلى عدة ملايين درجة، تكون الكورونا أكثر سخونةً من سطح الشمس، ويتوهّج عند أطوال موجات الأشعة السينية، وبالتالي يمكن تصويره بشكلٍ جيدٍ من خلال الأشعة السينية. ^[7]