الشمس

كثير من الناس لا يتصور أن الشمس هى مجرد نجم، ربما لمكانتها المؤثرة فى حياتنا على الأرض. الشمس هى أقرب النجوم من الأرض و هذا أتاح للعلماء دراستها بأستفاضه.

الشمس هى أكبر جسم فى المجموعة الشمسية. و لكنها ليست أكبر النجوم حجما، فترتيبها فى هذا الشأن يأتى فى الـ 10% الأوائل من النجوم الأكبر حجم فى مجرتنا.

يبلغ قطر الشمس 1,392,000 كم (865,000 ميل) و لك أن تتصور أنها تسع لأحتواء 1,000,000 (مليون) كوكب أرض بداخلها. و لكنها أقل سماكة من الأرض بكثير، ذلك لأن مكوناتها عبارة عن غازات متوهجه (incandescent gas).



تحذير هام جدا:
لمشاهدة سطح متوهج و ساخن كسطح الشمس لابد و أن يتم بأستخدام معدات خاصة. لا تنظر الى الشمس أبدا بالعين المجرده أو بمنظار معظم أو بتلسكوب، فهذا يؤدى الى أضرار جسيمة و يسبب العمى المستديم. لذلك يتم أستخدام فلاتر (filters) مخصصة لهذا الغرض، كما تستخدم معدات تقلل من كمية آشعة التحت الحمراء (infrared) و الفوق البنفسجية (ultraviolet) و تصل بهم الى معدل لا يؤذى العين.

و تذكر أن هناك أنواع رخيصة و غير جيده من الفلاتر. لذلك نصح بأن ترصد الشمس مع متخصصين فلكيين و فى أماكن رصد كبيرة.

طبيعة الشمس


تبلغ درجة الحرارة فى لب جسم الشمس 15,000,000 درجة مئوية. و تصل آشعة الشمس الى الأرض فى حوالى 8 دقائق. و مكونات الشمس الكميائية هى فى الحقيقة مكونات غير معقده، تسعة و تسعون بالمائة من مكونات الشمس هى من غاز الهيليوم (Helium)، أما الباقى فيتكون من الأكسوجين و الكربون و النيتروجين و الحديد.

و لذلك فأن لفظ "سطح الشمس" هو وصف مجازى لأنه فى الواقع لا يوجد سطح، فالشمس ليست صلبه كما ذكرنا بل هى كرة مهولة الحجم من الغاز.



اذا ما نظرنا الى الرسم المقطعى للشمس، نرى الآتى:

- لب المشمس (Core)
مركز تولد الطاقة. و هى تنتج عن طريق تفاعلات الذرات الذى ينتج عنه ذرات أثقل و مولده لطاقة رهيبة، هذا يطلق عليه التفاعل الحرارى النووى (thermonuclear fusion)، تلك الطاقة تولد آشعاعات تتصاعد تجاه السطح الخارجى.

من المدهش أن العلماء يقدرون الزمن الازم للفوتون (photon) -- و هو الوحدة الأساسية للضوء -- ليصل من اللب الى السطح بمقدار عدة مئات أو الاف السنين!

بناءا على قياسات العناصر لى سطح الشمس، هناك نظريات فلكية ترجح بأن 98.5% من التفاعلات النووية فى اللب تحدث بأستخدام العناصر الخفيفة، أى الهيدروجين و الهيليوم، أما الـ 15.% الباقية فبسبب تفاعل العناصر الثقيلة و هى النيتروجين و الأكسوجين. و لكن تلك مجرد نظريات و لم يتم التأكد من صحتها حتى الآن.

فى نجوم مثل الشمس يحدث التفاعل النووى على ثلاث مراحل، و يسمى سلسلة البرتون الى بروتون (proton-proton or pp chain):

1. يتصادم بروتونان و ينتج عن ذلك التصادم ديتيريوم (Deuterium) و بوسيترون (Positron) و نيوترينو (Neutrino).

2. يتصادم بروتون مع ديتيريوم لتتكون نواة الهيليوم 3 (Helium-3s) و آشعة الجاما (Gamma ray).

3. ذرتان من الهيليوم 3 تتصادمان و ينتج عن هذا التصادم نواة الهيليوم 4 (Helium-4).





أثناء هذا التفاعل لأنشطار الهيدروجين لتكوين الهيليوم، ينتج جسيمات أولية (elementary particles) تسمى نيوترينو (Neutrino). تلك الجسيمات تنفذ عبر سطح الشمس، و ببعض المجهود نستطيع تبينها على سطح الأرض.

- الطبقة المشعة (Rediative Layer)
تلك الطبقة تمتد من حافة اللب تجاه السطح، بمسافة مابين 25% الى 75% المسافة الى السطح. تلك الطبقة تعمل كموصل للطاقة و الأشعاع. فالطاقة المتولده من اللب تحمل، عن طريق الضوء (photons). و على الرغم من أن الفوتونات تتحرك بسرعة الضوء الا أنها تنعكس مرات كثيرة عبر تلك الطبقة الكثيفة مما ينتج عنه أن الفوتونات تستغرق حوالى مليون سنة لتصل الى السطح!

فالكثافة تتناقص من 20 جم/سم3 (مكعب) فى القاع (تقريبا نفس كثافة الذهب) الى 0.2 جم/سم3 فى الطبقة المشعة (أقل من كثافة الماء).

كما تتناقص درجة الحرارة من 7,000,000 درجة مئوية الى 2,000,000 درجة مئوية خلال نفس المسافة.

- طبقة السطح البينى (Interface Layer)
تقع بين الطبقة المشعة و طبقة الحمل الحرارى (Convective Layer). الحركة الدينامكية الحيوية لهذه الطبقة تكون فى ذروتها عن السطح و تتناقص بأتجاه الداخل ختى تصل لدرجة السكون كالطبقة المشعة عندما تجاورها. و تعتبر هذه الطبقة رقيقة نوعا ما، الا أنها كانت مجال دراسات فلكية مؤخرا. فالدرسات الحديثة ترجح بأن مجال الشمس المغناطيس يتولد فى هذه الطبقة، لذلك يطلق عليها بعض العلماء أسم "الدينامو المغناطيسى".

التغيرات المنسابة فى أندفاع السرعة (changes in fluid flow velocities) عبر هذه الطبقة يزيد من أمتداد و قوة المجال المغناطيسى.

- طبقة الحمل الحرارى (Convective Layer)
تمتد من عمق 200,000 كم و حتى السطح. فى بداية هذه الطبقة تكون درجة الحرارة حوالى 2,000,000 درجة مئوية. و هذه درجة "باردة" كافية للأيونات الثقيلة (heavier ions)، مثل الكربون و النيتروجين و الأكسوجين و الكالسيوم و الحديد، لتحتفظ ببعض اليكتروناتها. و هذا يجعل المادة عتمه أكثر (more opaque)، الشيئ الذى بدوره يصعب من نفاذ الأشعاع. هذا يؤدى لتركيز الحرارة مما يؤدى الى غليان السائل و تحوله. هذا التحول ينقل الحرارة بقوة و سرعة الى السطح. يمتدد السائل ثم يبرد أثناء صعوده الى السطح. عند السطح المرئي تنخفض درجة الحرارة الى 5,700 درجة، كما تنخفض الكثافة الى 0.0000002/جم سم3، أى حوالى 1/10,000 من كثافة الهواء عند قياسها عند سطح البحر.