الشمس: الخصائص والبنية الفيزيائية والتطور

ا شمس و ال نجمة الأقرب إلى الأرض ، على بعد حوالي 150 مليون كيلومتر منا ، وهي مسؤولة عن الحفاظ على النظام الشمسي بأكمله فيه تفاعلالجاذبية: ثمانية كواكب والأجرام السماوية الأخرى التي تتكون منها ، مثل الكواكب القزمة والكويكبات والمذنبات.

نظرةأيضا: النظام الشمسي - الأصل ، الكواكب ، النجوم ، الفضول

خصائص الشمس

تكوين الشمس 74% في هيدروجين و 24% في الهيليوم، مع النسبة المتبقية تتكون بشكل رئيسي من الأكسجين, كربون و حديد. كل ال طاقةأنتجت بواسطة الشمس يأتي من عملية الاندماج النووي بسبب ارتفاع درجات الحرارة في قلبها (حوالي 15 مليون كلفن) وضغطها الهائل.

وبالتالي ، فإن نجمنا قادر على تحويل الذرات من الهيدروجين في الهيليوم ، والأرقام لا تصدق: كل ثانية ، تدمج الشمس حوالي 600 مليون طن من الهيدروجين في الهيليوم ، وتحول جزءًا من تلك الكتلة إلى طاقة ، في شكل موجات كهرومغناطيسية، مثل ال جاما.

إجمالاً ، تستهلك الشمس حوالي 4 ملايين طن من كتلتها في الثانية ، وهو معدل أكثر من كافٍ للحفاظ على سطوعها لمدة 6 أو 7 مليارات سنة قادمة ، وذلك بسبب رائعةمعكرونة، وهو ما يقرب من 1.98.10³¹ كجم ، أي أكثر من 330.000 ضعف كتلة الأرض.

بسبب كتلته الهائلة ، فإن الجاذبية على سطح الشمس يصل 274 م / ث²، 27.4 مرة أكبر من كتلة الأرض. هذا يجعل سرعة العادم هناك تصل إلى 617 كم / ث ، أي أكثر من 2 مليون كيلومتر في الساعة.

فترة دوران الشمس حول محوره 27أيام من اجلك الإكوادور ، هذا يحول ال 7189 كم / ساعة ، ومن 35أيام من اجلك أعمدة. ينتج عن هذا الاختلاف في فترة الدوران دورانًا تفاضليًا (يسمى الدينامو الشمسي) ، وهو المسؤول عن حجمه الكبير النشاط المغناطيسي، نظرًا لأن كل المادة الموجودة في النجم تتأين (في الحالة البلازمية) ، مما يؤدي إلى ظهور العواصفشمسي, الانفجاراتالشريان التاجي و صبغاتشمسي.

في الشكل ، لدينا تصور فني واسع النطاق يقارن حجم الشمس بالكواكب الأخرى في النظام الشمسي.

اقرأأيضا: ما هو الانشطار النووي؟

التركيب الفيزيائي للشمس

يمكن تقسيم الشمس إلى أجزاء ذات خواص فيزيائية مختلفة ، انظر إلى أي منها:

• النواة: حيث يحدث الاندماج النووي ، وتمثل عملية التخليق النووي حوالي 25٪ من كتلة الشمس.
• المنطقة الإشعاعية: حيث ينعكس الإشعاع الكهرومغناطيسي الناتج عن النواة عدة مرات ، ويستغرق الهروب من باطنها آلاف السنين.
• منطقة الحمل الحراري: طبقة غير مستقرة تنقل الحرارة من خلال الحمل الحراري ، تحدث الانفجارات الشمسية في هذه المنطقة.
• الغلاف الضوئي: الطبقة الخارجية للشمس ، وعلى هذا الأساس يشع كل ضوء الشمس. يبلغ سمك الغلاف الضوئي حوالي 100 كيلومتر.
• الكروموسفير: طبقة منخفضة الكثافة تشير إلى الانتقال بين الغلاف الجوي للشمس والهالة الشمسية.
• تاج: هالة من بلازما تخترق ملايين الكيلومترات حول الشمس ، ويمكن أن تصل درجة حرارتها إلى 1،000،000 درجة مئوية. يُعتقد أن درجة الحرارة هذه تنشأ بسبب المجال المغناطيسي للشمس.

عمر الشمس

يقدر أن عمر الشمس هو 4.6 مليار سنة وذلك في حوالي 7 مليارات سنة ، سيكون العملاق الأحمر، مع نصف قطر خط الاستواء 200 مرة أكبر من الحالي (6،963.10⁸ م ، حوالي 109 أضعاف نصف قطر الأرض) وأكثر سطوعًا يصل إلى 5000 مرة ، "يبتلع" مدار كوكبنا.

عند الوصول إلى هذه العلامة ، ستكون الشمس قادرة على دمج ذرات كربون بسبب ارتفاع درجات الحرارة. تشير المراحل الأخيرة من التطور النجمي للشمس إلى أن هذا النجم سيصبح a أ-ن-أأبيض - فئة من النجوم الى ابعد حدكثيف - تقديم أقل من نصف كتلتها الحالية بسبب عملية الاندماج النووي وانبعاث الرياح الشمسية ، مضغوطة في نصف قطر حتى 17 مرة أصغر، تاركًا سحابة كبيرة من غبار النجوم حوله.

لون الشمس

تعتبر الشمس نجمة من التسلسل الرئيسي (التي تنتج طاقتها من خلال اندماج الهيدروجين) ، من الفئة أ-ن-أالأصفر. على الرغم من الاسم ، فهو ليس نجمًا صغيرًا أو مصفرًا ، ولكنه في الواقع أكبر وأكثر إشراقًا من النجم الجيد. جزء من النجوم يمكن رؤيته بالعين المجردة ، على الرغم من أنه بعيد جدًا عن كونه واحدًا من أكبر النجوم أو أكثر مضيئة.

وصفة الأصفر، بدوره ، فهو مرتبط بـ درجة حرارة سطحه (حوالي 6000 درجة مئوية) ولها لمعان: هذا نجم جدا أكثرالبرد و أي خسارةمضيئة تلك المكالمات البيضاء والزرقاء.

علاوة على ذلك ، فإن الشمس قادرة على الإنتاج الكلأنتأطوالفيلوح من الضوء المرئي ، بحيث يكون لونه عند رؤيته من خارج الأرض أبيض. تظهر النغمة الصفراء التي نلاحظها عند النظر إلى هذا النجم بسبب تشتت أشعة الشمس عند دخولها أجواءانظر الصورة أدناه ، تم التقاطها على ارتفاع 22 كم

درجة حرارة الشمس

تتنوع درجة حرارة الشمس إلى حد كبير ويمكن أن يكون من الصعب فهمها بسبب العدد الكبير من المفاهيم المتضمنة في شرحها. ا النواةشمسي يمكن أن تصل 15 مليون كلفن، في هذه المنطقة حيث تتشكل ذرات الهيليوم من خلال انصهارنووي. المنطقة القريبة من النواة مباشرة ، والمعروفة باسم منطقةالمشعة، قد تتراوح درجات الحرارة بين 2 و 7 مليون كلفن.

على هوامش المنطقة المشعة ، يوجد ملف منطقةالحمل الحراري حيث تيارات كبيرة بلازما القادرة على نقل الطاقة إلى خارج الشمس من خلال الحمل الحراري. منطقة الحمل الحراري بمتوسط ​​درجة حرارة 2 مليون كلفن. سطح الشمس ، بدوره ، دعا فوتوسفير، بمتوسط ​​درجة حرارة 5778 من كلفن.

نرى أيضا: خمس حقائق ممتعة عن النظام الشمسي

اشعاع شمسي

تصل الطاقة التي تنتجها الشمس جزئيًا إلى الأرض على شكل أمواجالكهرومغناطيسي. على سطح الأرض ، فإن كثافة الإشعاع الشمسي يصل إلى 1366 كيلوواط / متر مربع (كيلووات لكل متر مربع) ، وتختلف هذه القيمة بنسبة تقل عن 0.1 بالمائة خلال كامل الفترة المدارية. تأتي كل هذه الطاقة من الاندماجات النووية التي تحدث في نواة الشمس وهي قادرة على تحويل ذرات الهيدروجين إلى ذرات هيليوم.

على الرغم من تمثيلها بدرجات اللون الأحمر ، فإن الشمس عند رؤيتها من خارج الأرض تكون بيضاء.

خلال عملية الاندماج ، يتم تحويل حوالي 0.7٪ من كتلة ذرات الهيدروجين إلى طاقة ، وفقًا لمعادلة الفيزيائي الشهير. البرت اينشتاين: E = mc². باستخدام هذه الصيغة ، يمكننا تقدير أن كل اندماج نووي قادر على إطلاق ما يصل إلى 6.8 ميغا إلكترون فولت (MeV).

حوالي 1.3٪ من كل الطاقة التي تنتجها الشمس في شكل جسيمات دقيقة تسمى النيوترينوات. أنت النيوترينوات إنها صغيرة جدًا لدرجة أنها قادرة على عبور باطن كوكبنا دون لمس ذرة واحدة. تبعث الشمس كمية هائلة من هذه الجسيمات ، لإعطائك فكرة ، هنا على الأرض نتعرض لـ تدفق 8.10¹⁰ نيوترينوات لكل سنتيمتر مربع ، كل ثانية.

كما نعلم بالفعل ، فإن الكثير من الطاقة المتبقية التي تنتجها الشمس تنبعث في شكل موجات كهرومغناطيسية. أنت الفوتوناتفيضوء التي تم إنشاؤها في اللب الشمسي لا يمكن أن تصل إلى سطحه إلا بعد فترة تقارب 170000 سنة يحدث هذا بسبب الكثافة العالية داخل الشمس ، لذلك عندما ننظر إلى النجم ، فإن الضوء الذي يصل إلى أعيننا تم إنتاجه منذ 170 ألف عام على الأقل. بعد مغادرة الشمس ، يستغرق الضوء ما يزيد قليلاً عن ثماني دقائق للوصول إلى الأرض.

اقرأ أكثر: تاريخ علم الفلك - تطور هذا العلم

الرياح الشمسية

بالإضافة إلى موجات كهرومغناطيسية ومن النيوترينوات ، تطلق الشمس كمية كبيرة من أيونات الهيدروجين والهيليوم ، مما يؤدي إلى ظهور ما نسميه ريحشمسي. الرياح الشمسية بلازماساخنة التي يمكنها السفر بسرعات تصل إلى 900 كم / ثانية. يمكن أن تصل درجة حرارة الرياح الشمسية إلى مليون درجة مئوية. بالقرب من الأرض ، درجة حرارته حوالي 200000 كلفن

تنتشر الرياح الشمسية عبر الوسط بين الكواكب ، على طول مجمع مسارحلزوني، مسترشدة بالمجال المغناطيسي الشديد الذي تنتجه الشمس. تعني سرعتها العالية أن هذه الجسيمات تصل إلى كوكب المشتري في حوالي 27 يومًا ، وهي نفس الفترة التي تستغرقها الشمس لإكمال ثورة حول محورها.

الإكليل الشمسي مرئي أثناء الكسوف.

عندما تلتقي جزيئات الرياح الشمسية مجالمغناطيسيساكن الأرض، يتم تسريعها وتدويرها باتجاه الأقطاب المغناطيسية للأرض. ينتج عن الإثارة الناتجة عن الاحتكاك بين جزيئات الرياح الشمسية والغلاف الجوي انبعاث الضوء المرئي ، المعروف باسم أوروراقطبي.

تشير التقديرات إلى أن التأثير المغناطيسي للشمس يمتد بين 84 و 94 وحدات فلكيةفي هذه المسافات ، لا يزال من الممكن اكتشاف وجود الرياح الشمسية وتأثير المجال المغناطيسي للشمس. الوحدة الفلكية ، بدورها ، تعادل المسافة بين الأرض والشمس ، أي حوالي 150 مليون كيلومتر. لأغراض المقارنة ، يقع كوكب نبتون على بعد 30 وحدة فلكية من الشمس.

تطور الشمس

الشمس "تحرق" الهيدروجين على الأقل 4.6 مليار سنة. تشير بعض النماذج المادية إلى أن النجم يصل إلى 10٪ أكثر إشراقًا كل مليار سنة، لذا فإن شمس اليوم أكثر سطوعًا بنسبة 40٪ مما كانت عليه في وقت إنشائها.

ا مستقبلمنشمس سيتم تمييزها باللحظة التي يتم فيها تحويل كل الهيدروجين إلى هيليوم. عندما يحدث هذا ، سيزداد حجمه بما يصل إلى 200 مرة ، ليصل إلى مدار كوكب الزهرة.

في ال نهائي من حياتك ، ستعاني الشمس بشكل كبير انهيارالجاذبية سيتم تقليل حجمه حتى يتحول إلى نجم قزم أبيض. يقدر علماء الفلك أنه في هذه المرحلة ، سيكون للشمس حوالي 50٪ من كتلتك الحالية وأن حجمه يضاهي حجم الأرض.

بي. رافائيل هيلربروك