خورشید چگونه کار می کند؟

آخرین باری که به بالا نگاه کردین و متوجه نور نورانی و بسیار گرم کره بزرگ خورشید رو دیدید چه وقتی بود؟ خورشید، نزدیک ترین ستاره به کره زمینه و اگه نبود شاید ما هم نبودیم.

این ستاره درخشنده، تامین نور و گرمای کره زمین رو در طول روز بردوش داره و بیشتر قسمتای کره زمین در طول روز ساعات کثیری از وجود اون بهره مند می شن. البته، اگه لایه اوزون در کار نبود، خورشید اصلا و ابدا کارایی امروزش رو نداشت. ستاره ای بزرگ (که می تونه ۱٫۳ میلیون کره زمین رو در خود جای دهد) اونقدر خطرناکه که حتی خیره شدن به اون به مدت چند ثانیه می تونه به نابینایی منجر شه. تصور کنین درون این ستاره، هر ثانیه به اندازه یه تریلیون مگاتون بمب، انرژی آزاد می شه و زمین خیلی از اون دور نیس.

با در نظر گرفتن استانداردهای گیتی، خورشید یه ستاره معمولی و شاید حتی کوچیک به حساب بیاد اما نزدیک بودن اون به کره زمین، بر اهمیت اش اضافه کرده. نه آدم و نه هیچ موجود زنده دیگری شاید توان زیست در کره ای با اندازه نور، گرما و انرژی کم رو نداره.

با در نظر گرفتن همه گفته های فوق، سوالاتی مطرح می شه:

  • اگه خورشید در خلا کامل قرار داره، چیجوری می سوزد؟
  • چه باعث می شه که این حجم از گاز وارد فضا نشن؟
  • به چه دلیل این ستاره، شعله های خورشیدی به فضا می فرستد؟
  • خورشید روزی از درخشش بازخواهد ایستاد؟ اگه بله، چه وقتی؟ و چه بر سر زمین و ساکنان اون میاد؟

خورشید بیشتر از ۴٫۵ میلیارد سال درخشیده و هنوز اندازه زیادی گاز هیدروژن و هلیم روی سطح اون قرار داره که همین حالا در حال سوختنه. به خاطر بزرگی بیشتر از حدی که داره، گرانش فوق العاده قدرتمندی هم داره و همین نیرو دلیل کنار هم قرار گرفتن گازها می شه. ما از عبارت سوختن استفاده کردیم اما به درستی خورشید نمی سوزد، بلکه یه رآکتور هسته ای بزرگه که هر ثانیه در اون واکنشای شیمیایی در حال انجام شدنه.

در این مقاله، به نوشته پروفسور Craig Freudenrich که قبل از این در مورد سیاهچالها و چگونگی کارکرد اونا نوشته بود، با خورشید، نزدیک ترین ستاره به کره زمین بیشتر آشنا میشیم.

بخشای خورشید

خورشید یه ستاره س، همون ستاره هایی که در آسمون شب می درخشن. تنها فرقی که ستاره ما با بقیه اختران داره، فاصله اشه که دلیل می شه خورشید رو این جوری درخشنده ببینیم. ما هشت دقیقه نوری با خورشید فاصله داریم در حالی که دیگه ستارگان شاید هزاران سال نوری از ما دور باشن.

به طور رسمی، خورشید براساس طول موج یا طیف نوری که پخش میکنه، در دسته ستارگان G2 دسته بندی می شه. تعداد بسیار زیادی ستاره G2 در فضا قرار داره و خورشید ما یکی از میلیاردها ستاره ایه که به دور کهکشون می چرخه. همه این ستاره ها ساختاری بسیار مشابه به همدیگه دارن.

خورشید به طور کامل از گاز تشکیل شده و سطحی سخت و جامد نداره. با این حال، به دلیلای خیلی از جمله گرانش بالا، گازها فرم خاصی دارن و مثل یه کره گرد هم جمع شدن. خورشید از سه سطح اصلی تشکیل گشته:

  • هسته: مرکز خورشید رو هسته اون می گن که ۲۵ درصد شعاع اونو شامل می شه.
  • ناحیه تابشی: این قسمت به طور کل هسته رو فراگرفته و ۴۵ درصد شعاع خورشید رو شامل می شه.
  • ناحیه همرفتی: ناحیه خارجی خورشیده که ۳۰ درصد شعاع خورشید رو شامل می شه.

بالاتر از سطح خورشید، اتمسفر اون قرار داره که این ناحیه هم از ۳ بخش تشکیل شده:

  • فوتوسفر: داخلی ترین بخش اتمسفر خورشید و تنها قسمتی که ما می تونیم ببینیم.
  • کروموسفر: ناحیه بین فوتوسفر و کورونا که حتی از فوتوسفر هم گرم تره.
  • کورونا: ناحیه فوق العاده پرحرارت خارجی که میلیونا مایل بعد از کروموسفر رو فرا گرفته.

تموم ویژگیای منحصر به فرد خورشید به وسیله واکنشای هسته ای (که انرژی تولید می کنه)، میدون مغناطیسی (که حرکت گازها رو کنترل می کنه) و جاذبه (که اتحاد گازها رو شکل میده) توجیح می شه.

پس همه چیز از هسته شروع می شه.

هسته خورشید

هسته از مرکز شروع شده و به اندازه ۲۵ درصد از کل شعاع خورشید رو در اختیار داره و دمای اون از ۱۵ میلیون درجه کلوین و سانتی گراد (۲۷۳ درجه دیگه در این اندازه کوچیک ترین اهمیتی نداره) هم بالاتر میره. در هسته، گرانش تموم اجزای سازنده خورشید رو به درون میکشه و فشاری شدید بوجود میاره. این فشار به اندازه ای هست که دلیل می شه اتمای هیدروژن بخوان طی همجوشی، عکس العمل هسته ای بکنن (دقیقا همون کاری که ما تلاش داریم در نیروگاهای هسته ای مون، تحت حفاظت، امنیت و احتیاط فراوون انجام بدیم). دو اتم هیدروژن با طی مراحل زیر، یه هلیم-۴ میسازن.

  1. ضمن اتصال دو پروتون، یه دوتریوم (اتم هیدروژن با یه نوترون و و پروتون)، یه پوزیترون (مشابه الکترون اما با بار مثبت) و یه نوترینو ساخته می شه.
  2. یه پروتون و یه دوتریوم با هم ترکیب می شن تا اتم هلیم-۳ (دو پروتون و یه نوترون) ساخته شه و این وسط اشعه گاما هم آزاد می شه.
  3. دو اتم هلیم-۳ با هم ترکیب می شن و اتم هلیم-۴ (دو پروتون و دو نوترون) با دو پروتون رو حاصل می شن.

واکنشای فوق، ۸۵ درصد انرژی خورشید رو تولید می کنن اما ۱۵ درصد باقی مونده از راه دیگه ای تامین می شه:

  1. یه اتم هلیم-۳ با یه اتم هلیم-۴، دلیل تشکیل بریلیم-۷ (چهار پروتون و سه نوترون) و پخش شدن اشعه گاما می شن.
  2. اتم بریلیم-۷ تشکیل شده، یه الکترون در اختیار میگیره تا اتم لیتیم-۷ (سه پروتون و ۴ نوترون) ساخته شه. در نتیجه این عکس العمل یه نوترینو هم آزاد می شه.
  3. لیتیم-۷ با یه پروتون ترکیب شده تا دو هلیم-۴ تولید شه.

اتمای هلیم-۴ کوچیک تر از دو اتم هیدروژنی هستن که دلیل شروع این روند می شن. پس فرق در حجم، به انرژی تبدیل می شه، درست همونطور که در نظریه نسبیت اینشتین (E=mc²) تعریف شده و این انرژی به صورتای مخلف نوری آزاد می شه: ماوراء بنفش، اشعه اکس، نور مرئی، مادون قرمز، میکروویو و امواج رادیویی.

علاوه بر نورها، خورشید ذرات پر انرژی مثل نوترون و پروتون رو هم به بیرون پرتاب می کنه که دلیل ایجاد بادهای خورشیدی می گردن. همین انرژیه که به زمین برخورد کرده و هوا رو گرم می کنه. البته جو زمین در برابر این بادها و امواج پرانرژی وای میسته و از آسیب رسیدن به ما جلوگیری می کنه.

ناحیه تابشی و همرفتی

sun-5

هر چیزی رو که در قسمت بالا گفتیم درون هسته خورشید اتفاق می افته اما بذارین کمی به سطح بیاییم.

ناحیه تابشی دور هسته رو تا شعاع ۷۰ درصد فراگرفته. انرژی تولید شده در هسته به وسیله فوتونا یا واحدهای نوری به ناحیه تابشی وارد می شه. هر فوتونی که ساخته می شه، به اندازه یه میکرون (یه میلیونم متر) حرکت می کنه و بعد به وسیله مولکول گازی دیگری جذب می شه. پس از جذب، مولکول گاز گرم شده و فوتونی با همون طول موج پخش میکنه. این چرخه با سرعتی سرسام آور تقریبا ۱۰۲۵ بار تکرار می شه تا در آخر به سطح برسه. پس از زمان تولید تا پخش شدن از سطح خورشید زمان بسیاری زمان میبره. نوری که حالا به ما می رسه بر خلاف اینکه ۸ دقیقه نوری با ما فاصله داشته، یه روند طولانی رو هم درون خورشید طی کرده.

ناحیه همرفتی، ۳۰ درصد باقی مونده رو تشکیل میده و جریانات همرفتی سراسر اونو فرا گرفتن. گازهای سرد و گرم مرتبا جایگاه خود رو با همدیگه تعویض کرده و انرژی تولید شده رو به بیرون می تابانند. اگه بخوایم مثل سازی از نوع کارکرد این ناحیه ارائه بدیم، میشه به ظرف آب در حال جوش اشاره کرد. مولکولای آب مرتبا در حرکت ان و با در نظر گرفتن دمایی که دارن، جای خود رو با هم عوض می کنن. با در نظر گرفتن همه حولوحوش، حدود ۱۰۰ الی ۲۰۰ هزار سال زمان میبره تا یه فوتون از هسته به سطح خورشید برسه!

اتمسفر خورشید

در آخر به سطح و اتمسفر خورشید رسیدیم. درست مثل زمین، خورشید هم اتمسفر مخصوص به خود رو داره که از فوتوسفر، کروموسفر و کورونا تشکیل شده.

فوتوسفر پایین ترین ناحیه از جوه و هر گاه به آسمون نگاه می کنیم تا خورشید رو پیدا کنیم، دقیقا به فوتوسفر خیره میشیم و به خاطر همین بعضی میگه فوتوسفر سطح خورشیده. ناحیه فوتوسفر ۳۰۰ الی ۴۰۰ کیلومتره و دمایی در حدود ۵۸۰۰ درجه کلوین داره. هر چی از فوتوسفر بالاتر میریم، دما کم میشه گازها به خاطر اینکه سردتر ان، انرژی نوری بسیاری پخش نمی کنن. همین مسئله دلیل می شه که چشم آدم اونو تار ببینه.

کروموسفر در حدود ۲ هزار کیلومتر ضخامت داره اما به دو ناحیه بالایی و پایینی تقسیم می شه که دمایی متغیر میان ۴۵۰۰ تا ۱۰۰۰۰ درجه کلوین دارن. این قسمت با جریانات هوای گرمی که از فوتوسفر می رسه شدیدا داغ می شه. واقعا، گازها به فوتوسفر که می رسن، موجای شوک دار بوجود میارن که گازهای دور و بر رو هم گرم می کنه و انرژی بیشتری آزاد می شه.

کورونا آخرین لایه جو خورشید و گرم ترین اونا هستش اما با این حال میلیونا کیلومتر بالاتر میره. در زمان کسوف خورشید، تصاویر اشعه اکس که از خورشید گرفته می شه این لایه رو خوب نمایش میده. به طور میانگین، درجه گرما کورونا در حدود ۲ میلیون درجه کلوینه. هنوز کسی به طور قطع نمی دونه که به چه دلیل کورونا باید تا این حد داغ باشه اما مغناطیس خورشید و هم اینکه فرار ذره های پر انرژی به این لایه می تونه یکی از دلایل اون باشه. در کورونا هم مناطق داغ هست و هم مناطقی تیره که به اونا چاله های کورونایی می گن. در این چاله ها اندازه حضور ذرات پر انرژی شدیدا کمه.

لکه های خورشیدی، زبانهای خورشیدی و شعله های خورشیدی

روی سطح خورشید اتفاقات جالبی اتفاق می افته که سه مورد از اونا رو می خوایم بررسی کنیم.

لکه های خورشیدی روی فوتوسفر و معمولا به صورت جفت تشکیل می شن که در واقع میدانای مغناطیسی شدید هستن و راه خود رو به سطح خورشید باز کردن. دلیل تشکیل میدانای مغناطیسی هم حرکت گازها بیان شده و چرخه ای ۱۱ ساله س.

لابد تا حالا تصاویری رو دیدین که حجم بزرگی از گازها با نظمی نسبی از سطح بلند شدن و روی یه خط بالا اومده ان. دلیل ایجاد اینجور رخدادی، خطوط مغناطیسی لکه های خورشیدیه و زبانهای خورشیدی نامیده می شن.

زبانهای خورشیدی می تونن دو الی سه ماه دووم داشته باشن و به اندازه ۵۰ هزار کیلومتر از سطح خورشید بالا برن. به محض رسیدن به این ارتفاع، زبانها در حد چند دقیقه تا چند ساعت می تونن گدازهای خود رو با سرعت هزار کیلومتر بر ثانیه به سمت خارجی پرتاب کنن. اینجور اتفاقی رو فوران تاجی می گن.

بعضی وقتا درون لکه های خورشیدی، انفجارهای مهیبی ایجاد می شه و دلیل پرتاب گازها به سمت بالا می شه که اینجور حالتی رو شعله های خورشیدی می گن. می گن که شعله های خورشیدی به دلیل تغییرات یهویی میدون مغناطیسی در بعضی مناطق درست می شن. وقتی این اتفاق اتفاق می افته، گازها، الکترونا، نورهای مرئی، نور فرابنفش و اشعه اکس آزاد می شه.

تا حالا در مورد شفق قطبی شنیدین؟ یا حتی خود یا تصاویرش رو دیدین؟ یکی از دلایل تشکیل شفق قطبی، رسیدن این ذرات به کره زمینه. البته شعله های خورشیدی ضررهایی هم واسه ما زمین نشینا داره. وقتی که یه موج شدید از اون به زمین می رسه، سیستمای راهبری، نیروگاهای برق، ماهواره ها و اتصالات بی سیم دچار مشکلات شدید می شن. تابشا و هم اینکه ذرات، جو رو یونیزه می کنن و مانع ایجاد رابطه ماهواره ها با زمین و حتی ارتباطات زمینی می شن.

آینده خورشید

خورشید در حدود ۴٫۵ میلیارد سال سن داره. اندازه اون، تعادلیه میان فشار خارجی (که به وسیله همجوشی هسته ای و انرژی آزاد شده به وجود اومده) و گرانش داخلی. درزمان ۴٫۵ میلیارد سال، اندازه خورشید ۶ درصد بزرگ تر شده و تقریبا به اندازه ۵ الی ۵٫۵ میلیارد سال دیگه انرژی درون خود داره که بازم بسوزد. در این بازه وقتی، خورشید بازم بزرگ تر می شه.

وقتی که هسته، خالی از هیدروژن شه، در آخر این ستاره زیر بار گرانش کمر خم می کنه و منقبض می شه. با این حال، هنوز هیدروژن در لایه های بالایی در حال انجام عکس العمل شیمیاییه. به محض انقباض هسته، دما بالا میره و گرما اون به لایه های بالایی منتقل می شه در نتیجه شعاع خورشید و لایه های خارجی به اندازه ای زیاد می شه که ستاره به غول سرخ تبدیل می شه.

شعاع غول سرخ ۱۰۰ برابر شعاع الان خورشیده. واقعا غول سرخ ستاره ما، زمین رو می بلعد و اونو بخار می کنه. پس از این اتفاق، هسته اونقدر داغ می شه که هلیم به کربن تبدیل می شه. وقتی که هلیم به اتمام برسه، هسته گسترش پیدا میکنه و خنک می شه اما لایه های بالایی بازم در حال پرتاب مواد به خارج هستن.

نکته مهم : برای دانلود متن کامل فایل پایان نامه ها به سایت sabzfile.com مراجعه نمایید

دست آخر، هسته خنک و خنک تر شده و به کوتوله سفید تبدیل می شه. کوتوله سفید هم عمر زیادی نداره و جای خود رو به کوتوله مشکی میده که دیگه تقریبا دیدن اون ممکن نیس. این روند تقریبا چند میلیارد سال زمان میبره.

پس آدما از واسه خورشید نگرانی خاصی ندارن، هنوز تا وقتی که نور خورشید کم سو شه و ما رو در خود ببلعد زمان زیادی فرصت باقی مونده.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *