خورشید ستاره‌ای از جنس گاز یونیده‌شده به‌نام پلاسما است که با داشتن میدان مغناطیسی عجیب، حامل برخی رفتارهای حیرت‌اگیز است..
خورشید نزدیک‌ترین و در دسترس‌ترین ستاره به زمین است و عملاً هر نوع انرژی که حیات زمین به آن وابسته است از خورشید نشأت می‌گیرد. تقریبا می‌توان خورشید را به‌طور کامل به‌عنوان یک ستاره‌ی مدل مورد مطالعه قرار داد و سپس سایر ستارگان را با آن مقایسه کرد و به این ترتیب، به درک و فهم بهتری از آن ستارگان دست یافت.
خورشید در مرکز منظومه شمسی قرار دارد و ترکیب شیمیایی‌اش را از محیط میان‌ستاره‌‌ای تشکیل‌دهنده‌ی آن به دست آورده است. خورشید ۹۹.۸۶٪ جرم منظومه شمسی را تشکیل می‌دهد. سه-چهارم (۷۲٪ جرم خورشید) جرم خورشید هیدروژن است و سایر آن را (۲۶٪) هلیوم تشکیل می‌دهد. درصد بسیار اندکی از جرم خورشید به عناصر سنگین‌تر از جمله اکسیژن، کربن، نئون، نیتروژن، منیزیم، آهن و سیلیکون تعلق می‌گیرد. با وجود این عناصر در ساختار آن، خورشید یک ستاره جمعیت (I) به حساب می‌آید. هیدروژن و هلیوم در اثر هسته‌زایی مه‌بانگ تولید شده‌اند و عناصر سنگین‌تر، از هسته‌زایی سایر ستارگان قبل‌تر از خورشید به وجود آمده‌اند. ازآنجاکه خروج از مرکز خورشید ۹ میلیونیم است، بنابراین یک گوی کامل از پلاسمای داغ به شمار می‌رود، بدین معنی که تفاوت قطر قطبی و قطر استوایی این ستاره برای جرم و حجم عظیم آن، فقط ۱۰ کیلومتر است. خورشید ساختار جامدی ندارد و پلاسمای آن یک گاز داغ از ذرات باردار هیدروژن و هلیوم است.
راکتور گداخت هیدروژنی
خورشید هیدروژن می‌سوزاند اما این عبارت به فرایندی بسیار شگفت‌تر و انرژی‌زاتر از عمل سوختن اشاره می‌کند. منبع واقعی انرژی خورشیدی واکنش هسته‌ای است، شبیه به واکنشی که در بمب هیدروژنی صورت می‌گیرد. دما و فشار درون هسته به‌گونه‌ای است که اتم‌ها به هم جوش می‌خورند و در این فرایند انرژی زیادی آزاد می‌شود. در شرایط عادی دو پروتون با بار مثبت یکدیگر را دفع می‌کنند اما در شرایط دما و فشار زیاد حاکم بر هسته خورشید، نیروی اتصال هسته‌ای مؤثرتر از نیروی رانشی الکتروستاتیکی است که پروتون‌های با بار مثبت را از یکدیکر می‌راند. درنتیجه دو پرتون یکدیگر را جذب می‌کنند. وقتی دو هسته هیدروژن به هم جوش می‌خورند، شکل خاصی از هیدروژن به‌نام دوتریم تشکیل می‌شود و این عنصر جدید یکی از ایزوتوپ‌های هیدروژن است. در این فرایند پوزیترون و نوترینوتولید می‌شود. پوزیترون ذره‌ای با جرم الکترون است اما یک بار مثبت دارد. نوترینو نیز ذره‌ای با جرم اندک و بدون بار الکتریکی است. نوترینوها تقریبا به‌علت ماهیت بدون جرم، به‌طور مستقیم از هسته خورشید به زمین میآیند؛ بدون اینکه با سایر مواد خورشید برهم‌کنش داشته باشند ولی این ذرات حامل مقادیر زیادی از انرژی خورشید هستند. آشکارسازی نوترینوها به دلیل ویژگی‌های خاصی که دارند بسیار دشوار است. دومین مرحله وقتی روی می‌دهد که اتم دوتریم باز هم با اتم هیدروژن دیگری جوش می‌خورد. در این عمل هلیوم-۳ و پرتو گاما تولید می‌شود. پرتو گاما یک نوع تابش الکترمغناطیسی پرانرژی است. سومین مرحله وقتی است که دو اتم هلیوم-۳ به هم جوش می‌خورند. در این عمل یک اتم هلیوم-۴ و دو اتم هیدروژن تشکیل می‌شود. در واکنش نهایی دو اتم هیدروژن باقی می‌ماند و فقط چهار اتم هیدروژن برای تشکیل هلیوم-۴ مصرف می‌شود؛ اما جرم اتم هلیوم-۴ اندکی کم‌تر از جرم چهار اتم هیدروژن است. همین تفاوت جرم است که به انرژی تبدیل می‌شود و منبع عمده انرژی خورشیدی و سایر ستارگان است. این چرخه، چرخه‌ی پروتون-پروتون نام دارد.
خورشید در هر ثانیه ۴/۵ میلیون تن جرم را به انرژی تبدیل می‌کند. این انرژی تقریبا معادل انرژی حاصل از انفجار ۱۰۰ میلیارد تن TNT در هر ثانیه است. در دما‌های بالاتر چرخه‌ای به‌نام چرخه CNO اهمیت بیشتری پیدا می‌کند. اما نتیجه کلی آن‌ها تقریبا یکی است. چهار هسته هیدروژن واکنش می‌کنند تا یک هسته هلیوم-۴ تشکیل شود و اختلاف جرم به انرژی تبدیل می‌شود.
برای درک بهتری از این عداد، اگر ۱۰۹ عدد کره‌ی زمین را روی خطی کنار هم قرار دهیم، قطر خورشید به‌دست می‌آید. از طرفی، ۳۳۳،۰۰۰ برابر جرم زمین معادل یک جرم خورشیدی است. اگر یک خورشید خالی در اختیار داشته باشیم، نزدیک به ۹۶۰ هزار زمین کروی داخل آن جای می‌گیرد و اگر این زمین‌ها را مچاله کنیم این مقدار به ۱،۳۰۰،۰۰۰ زمین می‌رسد. فاصله متوسط زمین تا خورشید را تقریبا ۱۵۰ میلیون کیلومتر در نظر می‌گیرند و یک واحد نجومی (1AU) نامیده می‌شود.
شکل‌گیری و مرگ
خورشید دارای قدر مطلق ۴.۸۳+ و قدر ظاهری ۲۶.۷۴- است، بنابراین، از ۸۵٪ ستارگان کهکشان راه شیری درخشان‌تر است که بیشتر آن‌ها کوتوله‌های سرخ هستند. خورشید میان‌سال ۴/۵ میلیارد ساله است و آنگونه که تخمین زده شده است ۵ میلیارد سال دیگر نیز عمر می‌کند. خورشید یک ستاره رشته اصلی از نوع G در نمودار هرتسپرانگ-راسل (G2V) است. به‌طور غیررسمی این ستاره کوتوله زرد نامیده می‌شود که از رمبش گرانشی ماده از یک ابرمولکولی عظیم شکل گرفته است؛ وقتی بیشتر ماده در مرکز ابر انباشته شد، مابقی ماده در یک دیسک چرخان مسطح شدند و منظومه شمسی را تشکیل دادند. ماده مرکزی به‌شدت داغ و چگال شد، به این ترتیب وقتی شرایط مهیا شد، همجوشی هسته‌ای را در هسته‌ی خود آغاز کرد.
چرخش‌ها
همانند سایر اجرام سماوی خورشید نیز به‌طور پیوسته در حال چرخش به دور مرکز کهکشان و محور چرخش خود است. خورشید ۲۴،۰۰۰ تا ۲۶،۰۰۰ سال نوری از مرکز کهکشان فاصله دارد و یک دور کامل را حدود ۲۲۵-۲۵۰ سال انجام می‌دهد، اما در چرخش به دور خود، با سرعت زاویه‌ای ثابتی به دور محورش نمی‌چرخد بلکه در استوا سریع‌تر از قطب‌ها چرخش می‌کند. این حرکت دورانی غیریکنواخت، چرخش افتراقی نام دارد. ازآنجاکه خورشید جامد نیست و از جنس پلاسما است، چرخش افتراقی آن از حرکت همرفتی موجود در لایه‌های درونی آن نشأت می‌گیرد. چرخش نواحی استوایی خورشید به دور خودش به مدت ۲۵.۶ روز طول می‌کشد و در قطب‌ها این چرخش به ۳۳.۵ روز می‌رسد. حتی لایه‌های درونی خورشید بسیار سریع‌تر از سطح آن در گردش هستند. تفاوت در سرعت چرخش در قسمت‌های مختلف، خطوط میدان مغناطیسی خورشید را در جهت شرقی می‌کشد. درنهایت این خطوط دچار کشیدگی‌ها و اعوجاج می‌شوند و پیچ و تاب‌هایی را ایجاد می‌کنند که درنهایت به‌صورت حلقه‌هایی در سطح خورشید ظاهر می‌شوند و به نوبه خود عامل بسیاری از فعالیت‌های خورشیدی هستند.
ساختار
ساختار خورشید به دو بخش عمده‌ی لایه‌های درونی و جو تقسیم می‌شود. لایه‌های داخلی این ستاره از درون هسته، منطقه تابش و پوش همرفتی هستند.
۱. هسته (Core)
در داخل هسته به دلیل جاذبه گرانشی فشار و دمای فوق‌العاده‌ای حاکم است. این انرژی ازطریق فرایند همجوشی هسته‌ای یعنی تبدیل هیدروژن به هلیوم تولید می‌شود. درنتیجه دمای این لایه به ۱۵ میلیون کلوین می‌رسد و فشار درون هسته یک میلیارد اتمسفر است. نیمی از جرم خورشید را هسته آن تشکیل می‌دهد، با این حال، هسته تنها ۲۵٪ فاصله تا سطح خورشید است. انرژی تولید شده در هسته با فرآیندهای متعدد جذب و گسیل مجدد وارد منطقه تابش می‌شود. نور خورشیدی که در نور مرئی دیده می‌شود از هسته نیست بلکه از لایه‌های فوقانی آن است.
۲. منطقه تابش (Radiative Zone)
فوتون یا ذرات نوری که از هسته خارج می‌شوند در منطقه تابش پخش می‌شوند. ازاین‌رو، فوتونی که هسته را ترک می‌کند به خط مستقیم به سطح خورشید نمی‌رسد، بلکه دستخوش برخوردها، پراکندگی‌ها، جذب‌ها و گسیل‌ها می‌شود. با اینکه فوتون‌ها با سرعت نور منتشر می‌شوند، چگالی ماده در این ناحیه به قدری زیاد است که خارج شدن یک فوتون از آن یک میلیون سال طول می‌کشد و بعد از گریز از سطح خورشید (فوتوسفر) برای رسیدن به زمین با سرعت نور تنها به ۸ دقیقه و ۱۹ ثانیه (۵۰۰ ثانیه) زمان نیاز دارد. در منطقه تابش دما به کم‌تر از ۲ میلیون کلوین افت می‌کند. انتقال انرژی ازطریق تابش گرمایی که نوعی تابش الکترومغناطیسی است صورت می‌پذیرد. ناحیه تابشی ۲۵٪ تا ۷۰٪ فاصله تا سطح را شامل می‌شود.
۳. لایه رابط (Tachocline)
لایه‌ی رابط ناحیه‌ای بین منطقه تابش و پوش همرفتی است. طبق فرضیه‌هایی میدان مغناطیسی خورشید توسط یک دینامو (مبدل) مغناطیسی در این ناحیه به وجود آمده است. یک دینامو، اساساً یک مبدل الکتریکی طبیعی در داخل خورشید است که جریان الکتریکی و میدان مغناطیسی تولید می‌کند. در این لایه میان منطقه تابش با گردش یکنواخت و گردش افتراقی در پوش همرفتی یک تغییر اساسی در رفتار به وجود می‌آید.
۴. پوش همرفتی (Convective Zone)
پوش همرفتی بیرونی‌ترین لایه داخلی خورشید است. در این ناحیه پلاسما به اندازه کافی گرم نیست و چگالی آن کم‌تر است. بنابراین، انرژی ازطریق حرکت همرفتی منتقل می‌شود، یعنی گازهای داغ صعود می‌کنند تا انرژی را به سطح مرئی خورشید برسانند و سپس گازهای سردشده پایین میآیند تا بار دیگر گرم شوند. این حرکت همرفتی در پوش همرفتی باعث تشکیل گرانول‌هایی در سطح خورشید می‌شود، بنابراین، وقتی در نور سفید از خورشید عکس گرفته شود، سطح آن سیمای خالداری را نشان می‌دهد که آن را سطح دانه‌دانه‌ای فوتوسفر می‌نامند. خال‌های سفید در حکم ستون‌های گاز داغ در حال صعود و نواحی تاریک‌تر را در حکم گازهای سردی که برای گرم شدن مجدد به سطوح پایین‌تر میآیند، تعبیر می‌کنند. این تعبیر وقتی تأیید می‌شود که طیف نگاشت وارسی شود. ماهیت تموجی خطوط طیفی ناشی از جابه‌جایی‌های دوپلر است که از حرکت گازها نشأت می‌گیرد. انتقال به آبی با بالا رفتن لکه‌ها یا خال‌هایی همراه است که به ناظر نزدیک می‌شوند و انتقال به سرخ دور شدن آن‌ها را از ناظر نشان می‌دهد. پوش همرفتی مات و کدر است. دمای پوش همرفتی به کم‌تر از یک میلیون کلوین افت می‌کند.
ارسال مطلب به ایمیل دوستاتون:
