بالنظر إلى النجم ، الذي أدّى إلى تسخين وإنارة كوكبنا لبلايين السنين ، قليل منا يدرك أن لدينا مفاعلًا حراريًا نوويًا طبيعيًا. ترتبط مثل هذه المقارنة الهائلة والمخيفة بطبيعة الشمس ، التي من أصلها وتكوينها هي النجمة النموذجية لمجرتنا. على الرغم من حقيقة أن العمليات التي تحدث في الشمس ، لا يمكن وصفها بأنها تعطي الحياة ، هذا النجم يجلب لنا الحياة.
ما هي الشمس؟
لماذا هو الشمس ، وهو نجم يشبه المليارات من الآخرين في مجرة درب التبانة ، مهتمون بالفيزياء الفلكية وعلماء الذرة؟ والحقيقة هي أن هذا هو أقرب نجم إلينا ، وبفضله يمكننا فهم جوهر العمليات المستعرة في الكون منذ لحظة ولادتها. بعد أن درسنا الشمس سنفهم ما هي النجوم وكيف تعيش وكيف ينتهي هذا المشهد اللامع. النجوم الأخرى ، نظرا لبعدها الكبير عن نظامنا الشمسي ، لا يمكن أن تظهر لنا خصائص مظهرها.
نجمنا هو الكائن المركزي للنظام الشمسي ، الذي يدور حوله ثمانية كواكب وكويكبات وكواكب قزمة ومذنبات وأجسام فضائية أخرى في مداراتها. الشمس تنتمي إلى نجوم فئة G وفقًا لتصنيف جامعة هارفارد. وفقا لتصنيف أنجيلو Secchi الشمس ، تماما مثل Arcturus وكابيلا ، هو قزم أصفر من الدرجة الثانية. على عكس النجوم الأخرى ، التي تقع في العشرات ، مئات السنين الضوئية من كوكبنا ، يقع نجمنا في الجوار. يتم فصل الأرض عن الشمس 150 مليون كم - وهي مسافة لا تذكر بالمقارنة مع المسافات الهائلة التي تسود في الكون.
أقرب نجم إلى الشمس ، Proxima Centauri ، النجم القزم الأحمر ، على بعد 4 سنوات ضوئية. نحن بعيدون عن السدم وعناقيد النجوم ، وهي أكثر المناطق اضطراباً في المجرة. يضمن هذا الترتيب حركة الشمس الهادئة في مدارها لمدة 14 مليار سنة ، حيث تم تشكيل مجرة درب التبانة وكوننا ككل. وتبلغ سرعة النجم في مدار حول مركز المجرة 200 كم في الثانية.
وفقا لمعايير الأرض ، فإن 150 مليون كيلومتر هي مسافة طويلة. ومع ذلك ، حتى في هذه المسافة ، نشعر بالحرارة الكاملة التي تشع من الشمس. يأتي ضوء نجمنا إلينا لمدة 8 ثوانٍ ويستمر في تسخين وإنارة كوكبنا. كل شيء عن حجم نجمنا. على الرغم من حقيقة أن نجمنا ينتمي إلى النجوم العادية بمتوسط كتلة ، فإن كتلته تتجاوز 700 ضعف كتلة جميع الأجرام السماوية في النظام الشمسي. يتم تحديد حجم القرص الشمسي اليوم ويبلغ 1 مليون 392 ألف 20 كم. هذا هو 109 أضعاف قطر الأرض.
أصل الشمس وحياتها وموتها
ولد نجمنا مع نجوم آخرين قبل أكثر من 4-5 مليار سنة. أصبحت سحابة الغاز ، التي تشكلت نتيجة للكوارث الكونية ذات النطاق الهائل ، بيت ولادة الشمس. وفقا لإصدار واحد ، ظهرت غيوم من الغاز نتيجة الانفجار الكبير ، الذي هز الفضاء. من حيث تركيبها ، تتكون الغيوم الغازية والغبار من 99 ٪ من ذرات الهيدروجين. وجاء 1 ٪ فقط من ذرات الهليوم وعناصر أخرى. تلقت المجموعة الكاملة من العناصر تحت تأثير قوى الجاذبية الزخم اللازم وبدأت في الانضغاط بإحكام في مادة واحدة.
كلما نمت الكتلة بشكل أسرع ، أصبحت سرعة الدوران أسرع. تم الجمع بين الذرات لتشكيل مركبات كبيرة ، وتشكيل الهيدروجين الجزيئي والهيليوم. نتيجة للعمليات الفيزيائية والدوران السريع ، تشكل تشكيل كروي في وسط السحابة. ظهر نموذج بروتوستار - وهو أقدم شكل ، والذي يسبق التكوين التالي لنجم كامل. تجاوزت الكمية الأولية للغاز الكوني الحجم الحالي لنظامنا الشمسي. في المستقبل ، تحت تأثير قوى الجاذبية ، بدأت المادة النجمية تتقلص بإحكام ، مما زاد من كتلة نجم المستقبل.
جنبا إلى جنب مع انخفاض في حجم البروتوستار ، ازداد الضغط داخل المادة النجمية. وهذا بدوره أدى إلى زيادة سريعة في درجة الحرارة داخل تكوين الغاز. كثافة عالية ودرجة حرارة 100 مليون. أطلقت كلفن عملية اندماج حراري نووي للهيدروجين.
التفاعل الحراري النووي يولد كمية هائلة من الحرارة والطاقة الضوئية ، والتي تنتشر من المناطق الداخلية للشمس إلى سطحه. كل ثانية من سطحها أكثر من 4 ملايين طن تتبخر إلى فضاء مفتوح. بالنظر إلى أن نجمنا كان موجودًا منذ أكثر من مليار عام ويستمر في التألق بدون تغيرات واضحة وملحوظة ، يمكننا أن نستنتج أن احتياطيات الهيدروجين في شمسنا هائلة. عندما يتم استنفاد هذا الاحتياطي ، يبقى فقط تخمين ، القيام بحسابات رياضية. وإذا حكمنا من خلال حسابات العلماء ، فإن الشمس سوف تظل دافئة وتشرق لعشرات المليارات من السنين ، حتى تنفد مخزونات الوقود الحراري النووي.
مع توقف كثافة العمليات النووية الحرارية ، تبدأ المرحلة الأخيرة من حياة النجم. سوف تنخفض كثافة النجم ، ولكن حجمه سيزيد بشكل كبير. بدلا من القزم الأصفر ، ستصبح الشمس عملاق أحمر. بعد أن وصلنا إلى هذه المرحلة ، سيترك نجمنا التسلسل الرئيسي وسينتظر بهدوء حتى الموت. لا يمكن للبشرية أن تنتظر نهائي هذه الدراما ، لأن الشمس الحمراء الضخمة ستدمر بنارها عمليا كل الحياة على كوكبنا. يمكن تسخين سطح القرص الأحمر الضخم حتى درجة حرارة 5800 كلفن. وسيصبح نصف قطر الشمس 250 مرة أكبر من القيم الحالية.
تدريجيا ، سوف تنخفض درجة حرارة السطح ، وسوف تزيد النجم في الحجم. سيزداد لمعانها أيضًا بشكل ملحوظ ، بمقدار 2700 مرة من السطوع الحالي. أول من تختفي هي عطارد والزهرة. الكوكب الأرض حتما في عشرات المليارات من السنين سيكف عن الوجود. سوف يختفي جو الكوكب تحت تأثير الرياح الشمسية ، وسوف يتبخر الماء وسيتحول سطح الكوكب إلى كتلة حجرية ساخنة.
في هذه المرحلة ، سيبقى نجمنا لعدة عشرات الملايين من السنين. بعد أن تصل درجة الحرارة في مركز القلب الشمسي إلى 100 مليون كلفن ، ستبدأ عملية حرق الهليوم والكربون. جولة جديدة من سلسلة من ردود الفعل أخيراً تستنفد الشمس. لن تتمكن كتلة النجم المختزل إلى حد كبير من الاحتفاظ بالصدفة الخارجية ، التي ستبدد العمليات النووية الحرارية النابضة في الفضاء. في مكان العملاق الأحمر ، تتشكل أشكال سديم كوكبية ، في وسطها سيبقى قلب النجم السابق ، وهو قزم أبيض. بعبارة أخرى ، سيتحول نجمنا المضياف في عشرات المليارات من السنين إلى كائن صغير كثيف وساخن بحجم كوكبنا. في هذه الحالة ، ستبقى النجمة لفترة طويلة ، تموت ببطء وتحترق.
هيكل وهيكل الشمس
يتيح لك قرب الشمس الحصول على فكرة عن هيكلها وهيكلها ، للحصول على معلومات حول كيفية عمل هذا المفاعل الاندماج الطبيعي وما هي العمليات التي تحدث فيه. سيكون من المثير للاهتمام تفكيك الهيكل ، والذي يتكون من المكونات التالية:
- الأساسية؛
- منطقة طاقة مشعة
- منطقة الحمل الحراري
- خط السرعة.
بعد ذلك ، ابدأ طبقات الغلاف الجوي الشمسي:
- الفوتوسفير.
- جو الشمس.
- البروز.
النجم ليس صلبًا ، نظرًا لحقيقة أننا نتعامل مع غاز ساخن ، مضغوطًا بإحكام في منطقة كروية. في مثل هذه درجات الحرارة ، يكون وجود أي مادة في شكل صلب مستحيل ماديًا. الضوء الساطع والحرارة المنبعثة من الشمس هما نتيجة نفس العمليات التي واجهها الشخص عند صنع قنبلة ذرية. أي المسألة تحت تأثير ضغط هائل ودرجات حرارة عالية يتم تحويلها إلى طاقة. الوقود الرئيسي هو الهيدروجين ، والذي هو في الشمس 73.5-75 ٪ ، وبالتالي فإن المصدر الرئيسي للحرارة هو عملية اندماج الهيدروجين النووي الهيدروجين ، والتي تتركز أساسا في القلب ، الجزء المركزي من النجم.
النواة الشمسية هي ما يقرب من 0.2 دائرة نصف قطرها الشمسية. ومن هنا تأتي العمليات الرئيسية ، التي تعيشها الشمس وتزود الفضاء المحيط بالطاقة الضوئية والحركية. تتم عملية نقل الطاقة الإشعاعية من مركز النجم إلى الطبقات العليا في منطقة النقل الإشعاعية. هنا ، يتم خلط الفوتونات الطامحة من النواة إلى السطح مع جزيئات من الغاز المتأين (البلازما). ونتيجة لذلك ، يتم تبادل الطاقة. في هذا الجزء من الكرة الأرضية الشمسية توجد منطقة خاصة - tachocline ، المسؤولة عن تشكيل المجال المغناطيسي لنجمنا.
ثم تبدأ المنطقة الأكثر شمولا من الشمس - منطقة الحمل الحراري. هذه المنطقة هي ما يقرب من 2/3 من القطر الشمسي. فقط نصف قطر منطقة الحمل الحراري يساوي تقريبا قطر كوكبنا - 140 ألف كيلومتر. الحمل الحراري هو عملية يتم فيها توزيع غاز كثيف وساخن بالتساوي على الحجم الداخلي للنجم نحو السطح ، مما يرفع الحرارة إلى الطبقات التالية. هذه العملية تحدث بشكل مستمر ويمكن رؤيتها من خلال مراقبة سطح الشمس بواسطة تلسكوب قوي.
على حدود البنية الداخلية والغلاف الجوي للنجم هو الفوتوسفير - طبقة رقيقة ، عمقها 400 كم فقط ، قشرة. هذا ما نراه في ملاحظاتنا للشمس. يتكون photosphere من حبيبات وهو غير متجانس في بنيته. يتم استبدال البقع الداكنة بالمناطق المشرقة. ويرتبط هذا التباين مع فترات مختلفة من التبريد على سطح الشمس. أما بالنسبة للجزء غير المرئي من طيف سطحنا ، فنحن في هذه الحالة نتعامل مع الكروموسفير. هذه طبقة كثيفة من الغلاف الجوي الشمسي ، ويمكن رؤيتها فقط خلال كسوف الشمس.
أكثر الأشياء الشمسية إثارة للاهتمام للملاحظة هي بروز ، والتي تبدو وكأنها ألياف طويلة ، والإكليل الشمسي. هذه التشكيلات هي انبعاثات هائلة من الهيدروجين. هناك بروز وتتحرك على طول سطح الشمس بسرعة هائلة - 300 كم / ثانية. درجة حرارة هذه الحلقات تتجاوز علامة 10 ألف درجة. الاكليل الشمسي هو الطبقات الخارجية للغلاف الجوي ، والتي هي أكبر بعدة مرات من قطر النجم نفسه. الحدود الدقيقة للإكليل الشمسي ليست كذلك. وحدودها المرئية ليست سوى جزء من هذا التعليم العظيم.
المرحلة الأخيرة من النشاط الشمسي هي الرياح الشمسية. ترتبط هذه العملية بالتدفق الطبيعي للمادة النجمية عبر الطبقات الخارجية إلى الفضاء المحيط. تتكون الرياح الشمسية بشكل رئيسي من جسيمات أولية مشحونة - بروتونات وإلكترونات. اعتمادا على دورة النشاط الشمسي ، قد تختلف سرعة الرياح الشمسية من 300 كم في الثانية إلى 1500 كلم / ثانية. يتم توزيع هذه المادة في جميع أنحاء النظام الشمسي ، مما يؤثر على جميع الأجرام السماوية في الفضاء القريب.
النجوم الأخرى في التسلسل الرئيسي لها نفس البنية تقريبًا. الأجرام السماوية الأخرى التي نراها في سماء الليل قد يكون لها بنية مختلفة. يمكن أن تتكون الاختلافات فقط في كتلة النجم ، والتي هي في هذه الحالة عامل رئيسي للنشاط النجمي.
ملامح نجمنا
مثل جميع النجوم العادية ، التي تمثل الغالبية في الكون ، الشمس هي الهدف الرئيسي لنظامنا الكوكبي. توفر الكتلة الضخمة للنجم وأبعاده توازناً بين قوى الجاذبية ، مما يوفر حركة منتظمة للأجرام السماوية المحيطة بها. للوهلة الأولى ، نجمنا ليس شيئًا مميزًا. ومع ذلك ، في السنوات الأخيرة ، تم إجراء عدد من الاكتشافات التي تسمح لنا بتأكيد تفرد الشمس. على سبيل المثال ، تنتج الشمس كمية من الإشعاع أقل حجماً في نطاق الأشعة فوق البنفسجية من النجوم الأخرى من نفس النوع. ميزة أخرى هي حالة نجمنا. الشمس تنتمي إلى النجوم المتغيرة ، ولكن خلافا لأخواتها في الفضاء ، والتي تختلف في شدة الضوء وسطوعه ، فإن نجمنا يواصل التألق مع ضوء متساوٍ.
كما أنه يطلق كمية هائلة من الطاقة ، مع 48 ٪ فقط من هذا المبلغ مرئية. غير مرئية للأشعة تحت الحمراء العين البشرية حسابات 45 ٪ من طاقة الشمس. من بين جميع كميات هائلة من الإشعاع الشمسي ، يتلقى كوكبنا فتات على الاطلاق ، حوالي نصف مليار من حصة ، ولكن هذا يكفي للحفاظ على توازن الظروف التي تم إنشاؤها على الأرض.
استنتاج
تقدير البيانات على الشمس التي تم الحصول عليها حتى الآن ، لا يمكن القول بأننا نعرف طبيعة نجمنا. تستند جميع الأفكار حول بنية الشمس وهيكلها على النماذج الرياضية والفيزيائية التي أنشأها الإنسان. يسمح لنا تحليل العمليات التي تحدث داخل نجمنا وعلى سطحه بإيجاد تفسير للعمليات والظواهر التي تحدث على كوكبنا. والشمس ليست مجرد مولد للطاقة يسخن كوكبنا فحسب ، بل إنها أيضا أقوى مصدر للانبعاثات الراديوية والموجات الكهرمغنطيسية التي تؤثر على المحيط الحيوي للأرض. إن أي تغيير في نشاط الشمس يعكس على الفور حالة مناخ الأرض ورفاهيتنا.
