مقال علمي عن الشمس

موضوع علمي عن الشمس فالشمس (رمزها Sun symbol.svg

صورة1

 



) و هى النجم المركزي للمجموعة الشمسيه. و هى تقريبا كرويه وتحوي بلازما حارة متشابكة مع الحقل المغناطيسي يبلغ قطرها حوالى 1,392,684 كيلومتر، وهو ما يعادل 109 اضعاف قطر الارض وكتلتها 2×1030 كيلوغرام وهو ما يعادل 330,000 ضعف من كتلة الارض و تشكل نسبة ما يتراوح الي 99.86 % من كتلة جميع المجموعة الشمسيه.

The Sun by the Atmospheric Imaging Assembly of NASA's Solar Dynamics Observatory - 20230819.jpg

صورة2

 



من الناحيه الكيميائيه يشكل الهيدروجين ثلاث ارباع مكونات الكتلة الشمسيه، اما البقية فهى فمعظمها هيليوم مع و جود نسبة 1.69% (تقريبا تعادل 5,628 من كتلة الارض) من العناصر الاثقل متضمنه الاكسجين والكربون والنيون والحديد وعناصر اخرى.[15]

تنتمى الشمس و فق التصنيف النجمي علي اساس الطبقات الطيفيه الي الفئه G2V.ويعرف بانة قزم اصفر، لان الاشعة المرئية تكون اكثر فالطيف الاصفر و الاخضر. و تبدو من علي سطح الكرة الارضية ذات لون اصفر علي الرغم من لونها الابيض بسبب النشر الاشعاعى للسماء للون الازرق..[16] علي اي حال و فق التصنيف النجمي، يشير الرمز G2 الى درجة حرارة السطح والتى تصل تقريبا الي 5778 كلفن، بينما يشير الرمز V الي ان الشمس هى نجم من النسق الاساسي. و يعتبرة علماء الفلك بانة نجم صغير و ضئيل نسبيا، و يعتقد ان الشمس ذات بريق اكثر من 85% من نجوم مجرة درب التبانه، لتشكل اقزام حمراء معظم نجوم هذة المجره.[17][18] يبلغ القدر المطلقللشمس +4.83، و كنجم اقرب الي الارض فان الشمس هى اكثر جرم لمعانا فسماء الارض مع قدر ظاهري −26.74.[19][20] تتمدد هاله الشمس بشكل مستمر الي الفضاء مشكلة ما يعرف بالرياح الشمسيه وهى عبارة عن جسيمات مشحونة تمتد حافة الغلاف الشمسي والتى تصل الي حوالى 100 وحدة فلكيه، و يمتلئ الوسط بين النجمي بالرياح الشمسيه. يشكل الغلاف الشمسى اكبر بنية متصلة فالمجموعة الشمسيه.[21][22]

تتحرك الشمس في السحابة البينجمية المحليه الواقعة فمنطقه الفقاعة المحليه ضمن الحافة الداخليه لذراع الجبار احد الاذرعة الحلزونية لمجرة درب التبانه. تحتل الشمس المركزة الرابعة من حيث الكتلة ضمن الخمسين نجم الاقرب الي الارض (نجوم تقع علي مسافة 17 سنة ضوئيه من الارض)، فحين ان اقرب نجم من الارض بعد الشمس هو القنطور الاقرب الذى يقع علي بعد 4.2 سنة ضوئيه.[23]

يبعد مدار الشمس المجرى عن مركز المجره علي بعد تقريبى يتراوح ما بين 24,000–26,000 سنة ضوئيه، تكمل الشمس مدارها المجرى او السنة المجريه كما يخرج منالقطب المجرى الشمالي فى حوالى 225–250 مليون سنه. بما ان المجرة تتحرك بشكل متناسب مع اشعاع الخلفية الكونى الميكرويفي بسرعة 550 كم/سا مما ينتج حركة للشمس بسرعة 370 كم/سا باتجاه كوكبة الاسد او كوكبة الباطيه.[24]

تبلغ متوسط مسافة الشمس عن الارض حوالى 149.6 مليون كم (وحدة فلكية و احده)، و يعتقد ان هذة المسافة تتغير بتحرك الارض من الاوج الى الحضيض.[25] ينتقل الضوء عند هذة المسافة المتوسطة اثناء 8 دقائق و 9 ثوان، تومن طاقه الاشعة الضوئية الشمسية المنتقلة الي الارض الحياة عليها من اثناء تامين عمليه التمثيل الضوئي,[26] اضافة الي تامين مناخ و طقس الارض، و ربما عرفت اثار الشمس علي الارض في عصر ما قبل التاريخ، و اعتبرت الشمس و فق بعض الثقافات كاله. تطور الفهم العلمى للشمس بشكل بطيء، و حتي علماء القرن التاسع عشر كانت معارفهم حول التكوين المادى للشمس و مصدر طاقتها محدود، و لا تزال هذة المعارف تتطور مع و جود بعض الحالات الشاذة فسلوك الشمس الغير قادرة علي التفسير.

 

المميزات العامه



صورة بالوان زائفة مصورة بالاشعة فوق بنفسجية يخرج توهج من الصنف C (المنطقة البيضاء فالجزء اليسارى العلوي) و تسونامى شمسى (امواج علي شكل بناء فالجزء الايمن العلوي) و خيوط متعددة من البلازما تتبع الحقل المغناطيسى ترتفع من السطح النجمي

تنتمى الشمس الي نوع نجوم النسق الاساسى G, و تشكل كتله الشمس حوالى 99.8632% من كتله المجموعة الشمسيهككل. و شكلها تقريبا كروى كامل بحيث يختلف القطر عند القطب عن القطر عند الاستواء بعشرة كيلومتر فقط.[27] بما ان الشمس هى في حالة البلازما وليس فالحالة الصلبة فانها تدور بسرعة اكبر عند خط الاستواء منة عند القطبين و يعرف ذلك السلوك بالدوران التفاضلي، و يتسبب هذا بالحمل الحراري وتحرك الكتلة بسبب التدرج الكبير فدرجات الحرارة من النواة الي الخارج. تحمل هذة الكتلة جزء من الزخم الزاوي بعكس جهة دوران عقارب الساعة لتظهر علي انها من القطب الشماليلمسار الشمس، و كذا يتم اعادة نوزيع السرعة الزاويه. فترة الدوران الحقيقى للشمس تستغرق 25.6 يوم عند خط استوائة و 33.5 يوم عند القطبين. بينما فترة الدوران الظاهرى عند خط الاستواء 28 يوم.[28] ان تاثير قوة الطرد المركزي لهذا الدوران البطئ اقل 18 مليون ضعف من قوة الجذب السطحى عند خط الاستواء. كما ان تاثير قوة المد و الجزر للكواكب ذات تاثير ضعيف جدا، لذا ليس لها تاثير يذكر علي شكل الشمس.[29]

يعتبر الشمس نجم غنى بالمعادن.[30] من الممكن ان تشكل الشمس ربما تحفز نتيجة امواج صدمية من مستعر اعظم او اكثر كانا قريبين.[31] اقترح ذلك النموذج بسبب و فره المعادن الثقيله فى النظام الشمسي، مثل الذهب واليورانيوم، نسبة الي توفر المعادن الثقيلة فنجوم اخرى. و يحتمل نشاة هذة العناصر من التحفيز الذرى عن طريق امتصاص طاقه والذى يحدث خلال انفجار مستعر اعظم، او اثناء التحول النووي نتيجة امتصاص النيوترونات ضمن النجم الثانوى المولد.[30]

لا تملك الشمس حد و اضح مثل الكواكب الصخريه، و تتناقص كثافه الغازات فالاجزاء الخارجية للشمس كلما ابتعدنا عن النواه.[32] ومع هذا فان البنية الداخلية للشمس متميزة بوضوح كما سيوضح لاحقا. يقاس نص قطر الشمس بدءا من مركز النواة الي نهايه الغلاف الضوئي (الفوتوسفير) و هى طبقة اعلي من النواة تكون بها الغازات باردة و رقيقة بحيث تشع كميات كبار من الضوء، لذا يصبح سطحها مرئى بسهولي بالعين المجرده.[33]

لا ممكن روية الداخل الشمسى بالعين، كما ان الشمس غير نفوذه للاشعة الكهرومغناطيسيه. يتم دراسة التركيب الداخلى للشمس بشكل مشابة لدراسة التركيب الداخلى للارض، ففى حالة الارض يتم استخدام الموجات الزلزاليه، بينما تعبر الامواج الاتضغاطية فحالة الشمس عن التركيب الداخلى للشمس و تمكن من و ضع تصور للبنية الداخلية لها.[34]كما تستعمل المحاكاة بالحاسوب كاسلوب نظرى فدراسة الشمس و استكشاف الطبقات الداخليه

النواه



مقطع عرضى للشمس



طبقات الشمس:


1. قلب الشمس (14 مليون كلفن)


2. منطقة اشعاعية (2 مليون كلفن)


3. منطقه حمل حراري


4. غلاف ضوئي (5800 كلفن)


5. غلاف لونى (ضوء واشعة سينيه واطياف اخرى)


6. الهاله


7. بقع شمسيه


8. سطح حبيبى هائج


9. انفجار شمسي

تمتد نواة الشمس من مركز الشمس الي 20-25% من نص قطر الشمس.[35] وتزيد كثافتها عن 150 غ/سم3[36][37] (حوالى 150 ضعف من كثافة الماء). تصل درجة الحرارة ضمن النواة الي 15.7 مليون كلفن، فحين ان درجة حرارة سطح الشمس تصل الي 5,800 كلفن.[35] وفق تحليل المسبار سوهو فان نواة الشمس تدور بسرعة اكبر من سرعة دوران المنطقة الاشعاعيه.[35] تنتج الطاقة الشمسية اثناء معظم حياة الشمس من خلالالاندماج النووي من اثناء سلسلة من المراحل تدعى بسلسلة تفاعل بروتون-بروتون، و من اثناء هذة العملية يتحول الهيدروجينالى الهيليوم.[38] بينما ينتج عن طريق دورة كنو فقط 0.8% من طاقة الشمس.[39]

تعتبر نواة الشمس الطبقة التي تنتج معظم الطاقة الحرارية للشمس من اثناء الاندماج النووي، فمن اثناء ال 24 % من نص القطر الشمسى يتم انتاج 99% من الطاقه. و تتوقف عملية الاندماج النووى ما بعد 30% من نص القطر الشمسي، فحين ان بقية النجم يتم تسخينة عن طريق الانتقال الحراري. و كذا فان الطاقة المنتجة من النواة تنتقل منها اثناء عدة طبقات لتصل الى الفوتوسفير لتنتقل من ثمة الي الفضاء علي شكل اشعة ضوئيهوطاقة حركيه للجسيمات.[40][41]

تحدص سلسلة البروتون – بروتون ضمن نواة الشمس جميع 9.2*1037 مرة فالثانية =الواحده. بما ان ذلك التفاعل يستعمل اربع بروتونات حرة (نوي الهيدروجين) فانة يحول 3.7*1038 بروتون الى جسيم الفا (نوي هيليوم) اثناء الثانية =الواحدة اي ما يعادل حوالى 6.2 *1011 كيلوغرام فالثانيه.[41] ونظرا لان اندماج الهيدروجين و تحولة الي هيليوم يحرر حوالى 0.7% من الكتلة المنصهرة الي طاقه،[42] فيبلغ مجمل الكتلة المتحولة الي طاقة حوالى 4.26 مليون طن/الثانية =او الطاقة الناتجة عن تحول هذة الكتلة تساوى 384.6 *1026 واط[1] وهو ما يعادل الطاقة الناتجة عن انفجار 9.192*1010 كيلو غرام من التى ان تي فى الثانية =الواحده. و تتحول المادة الي طاقة و تشع كطاقة اشعاعية طبقا لقانون تكافو المادة و الطاقه الذى صاغه اينشتاين في النظرية النسبيه.

تتغير الطاقة المنتجة عن طريق الاندماج النووى تبعا لبعدين عن مركز الشمس. توضح المحاكاة النظرية ان الطاقة المنتجة فمركز الشمس تصل الي 276.5 و اط/م3

المنطقة الاشعاعيه

تكون المادة الشمسية فمنطقة تقع علي نص قطر اقل من 0.7 من قطر الشمس، حارة و كثيفة بما فية الكفاية بحيث يكون النقل الحرارى الاشعاعي كبير لنقل الحرارة ال كبار للنواة باتجاة الخارج.[43] ولا يوجد فهذة المنطقه نقل حرارى بالحمل، كما تتبرد المواد فهذة المنطقة من 7 مليون كلفن الي 2 مليون كلفن بشكل يتناسب مع الارتفاع. هذا التدرج الحراري اقل من قيمه معدل السقوط الاديباتي والتى لايمكن ان تودى الي النقل بالحمل.[37] الطاقة المنتقلة بواسطه اشعاع ايونات الهيدروجين و انبعثات فوتونات الهيليوم و التي تنتقل مسافة قصيرة قبل ان يعاد امتصاصها من ايونات اخرى.[43] كما تنخفض الكثافة الي مئة ضعف من منطقة تتراوح 0.25 من قطر الشمس الي قمة منطقة الاشعاع (من 20 غ/سم3 الي 0.2 غ/سم3)[43]

تتشكل فمكان الاتصال ما بين المنطقة الاشعاعية و منطقة الجمل طبقة انتقالية تعرف بخط السرعه او تاكولاين، تتميز ذلك الطبقة بتغير حاد فنظام الدوران من دوران منتظم فالمنطقة الاشعاعية الي دوران تفاضلى فمنطقة الحمل، مما ينتج عن اجهادات قص كبار لتنزلق الطبقات الافقية بعضها علي بعض.[44] حركة السائل المتواجدة فمنطقة الحمل تختفى بشكل تدريجى من الاعلي الي الاسفل بشكل يطابف المميزات الساكنة للطبقة الاشعاعية فاسفل منطقة الحمل، حاليا اقترحت فرضيهالدينامو الشمسي حيث فرضت بان الدينامو الغناطيسى فهذة الطبقة يولد الحقل المغناطيسي للشمس.[37]

منطقة الحمل

اعتبارا من الطبقة الخارجية لسطح الشمس، نزولا الي ما يقارب 200000 كم باتجاة النواة (حوالى 70% من نص قطر الشمس) تكون البلازما غير كافية او غير حارة بمافية الكفايي لنقل الطاقة الحراريه الداخلية للخارج عن طريق الاشعاع. نتيجة لذلك، يحدث انتقال الحرارة بواسطة الحمل حيث تحمل تيارات حرارية المواد الساخنة باتجاة سطح الشمس، و حالما تبرد هذة المواد تحمل الي اسفل منطقة الحمل لتتلقي حرارة من اعلي منطقة الاشعاع. تصل درجة الحرارة فالمنطقة المرئية من سطح الشمس الي 5700 كلفن، و الكثافة الي 0.2 غ/سم3 فقط (حوالى 1/6000 من كثافة الهواء عند مستوي سطح البحر).[37]

تشكل الاعمدة الحرارية الناتجة عن النقل الحرارى بالحمل سمات متميزة علي سطح الشمس تعرف الحبيبات الشمسيه والحبيبات الشمسية الفائقه. يسبب الحمل الحراريالمضطرب فى ذلك المنطقة تاثير دينامو صغير الذي يودى الي نشوء قطب شمالى و قطب جنوبى مغناطيسى للشمس.[37] الاعمدة الحرارية هي خلايا بينارد  لذا تكون علي شكل منشور سداسي.[45]

الغلاف الضوئي

صورة3

 



درجة الحرارة الفعالة او درجة حرارة الجسم الاسود، و تبلغ 5777 كلفن و هى درجة حرارة جسم اسود يملك نفس الحجم يجب ان يبث نفس كمية الطاقه. توزيع الموجات الكهرومغناطيسية بحسب طول موجتها (اصفر) و مقارنتة بتوزيع اشعاع جسم اسود (رمادي) عند نفس درجة الحراره

يعرف السطح المرئى من الشمس بالغلاف الضوئي، و تكون الطبقة الادني من هذة الطبقة ذات عتامه للضوء المرئي،[46] يكون ضوء الشمس حرا بالانتقال الى الفضاء فوق هذة الطبقه، و منها تنتقل طاقة داخل الشمس للخارج. يرجع التغير فالخصائص البصرية للشمس فهذة الطبقة نتيجة تناقص كميات انيون الهيدروجين والذى يمتص الضوء المرئى بسهوله.[46]وعلي العكس من هذا ينتج الضوء المرئى الكترونات تتفاعل مع ذرات الهيدروجين لتقلل من كمية انيون الهيدروجين.[47][48] تبلغ سماكة الغلاف الضوئى مئات الكيلومترات و هى ذات عتامة اقل بقليل من هواء الارض. لان القسم الاعلي من الغلاف الضوئى ابرد من ادني اقسامه. تخرج الصور الملتقطة للشمس بانها ذات سطوع اعلي فالمركز منة عن الاطراف او يوجود سواد علي اطراف قرص الشمس و هو ما يعرف باسم سواد الاطراف.[46] يملك ضوء الشمس تقريبا طيف الجسم الاسود وهو ما يوشر علي ان درجة حرارتها حوالى 6000 كلفن، يتخللها خطوط طيفيه ذرية فالطبقات الضعيفة فوق الغلاف الضوئي. تبلغ كثافة الجسيمات الغلاف الضوئى حوالى 1023 م3 وهو ما يعادل 0.37% من كثافة جسيمات الغلاف الجوى الارضى عند مستوي سطح البحر. يعود هذا لان معظم جسيمات الغلاف الضوئى هى من الالكترونات و البروتونات مما يجعل جسيمات الغلاف الجوى الارضى اثقل ب 58 ضعف.[43]

لوحظت اثناء الدراسات المبكره للطيف المرئي بان بعض الخطوط الطيفية لا تتناسب مع اي مركب كيميائي معروف علي الارض. لذا فرض جوزيف نورمان لوكير فى سنة 1868 بان هنالك عنصر جديد موجود و دعاة بالهيليوم، و لم تمض سوي 25 سنة بعد هذا حتي تم عزل الهيليوم علي الارض.

الغلاف الجوى

  • حلقات الهاله



يمكن روية هالة الشمس خلال الكسوف الكلى للشمس بالعين المجرده

يشار الي القسم من الشمس اعلي الغلاف الضوئى بالغلاف الجوى للشمس.[46] ويمكن رصدة بتلسكوب عامل على الطيف الكهرومغنطيسي. ممكن تمييز خمس مناطق رئيسية فالغلاف الشمسى باستعمال امواج الراديو او اشعة غاما وهي : منطقة الحرارة المنخفضه والغلاف الملون ومنطقه الانتقال والهالة الشمسيه والغلاف الشمسي.[46] يعتبر الغلاف الشمسى الطبقة الخارجية من الشمس يتتمدد الغلاف الشمسى بعد مدار بلوتو ليكون غشاء شمسى (غمد شمسي)، حيث تشكل حدود علي شكل موجة صدميه فى الوسط بين النجمي. تكون جميع من الغلاف الملون و منطقة الانتقال و الهالة اكثر حرارة من سطح الشمس.[46] حتي الان لم يبرهن الاسباب =و راء ذلك، لكن يقترح ان امواج الففين لها الطاقة الكافية لتسخين الهاله[50]

الطبقة الاقرب للشمس هى طبقة درجة الحرارة المنخفضة و تقع علي ارتفاع 500 كم من الغلاف الضوئي، و تصل درجة الحرارة فهذة الطبقة الي 4100 كلفن.[46] وهذة الطبقة ذات درجة حرارة منخفضة بما فية الكفاية لتدعم و جود جزيئات الماء واحادى اكسيد الكربون وامكن تحديد و جود هذين المركبين باستعمال الخطوط الطيفيه.[51]

تتموضع فوق طبقة الحرارة المنخفضة طبقة الغلاف الملون، و هى طبقة يبلغ سمكها حوالى 2000 كم مهيمن عليها من قبل خطوط الطيف..[46] وسميت بهذا الاسم لانها تري كوميض ملون فبداية و نهاية كسوف الشمس.[43] تزداد الحراة فهذة الطبقة تدريجيا مع الارتفاع لتصل الي حرارة 20000 كلفن بالقرب من اعلي هذة الطبقه. يكون الهيليوم فالجزء الاعلي من هذة الطبقه متاين جزئيا.[52]



صورة ملتقطة بواسطة مسبار هينودى فسنة 2007 تكشف هذة الصورة عن طبيعة البلازما الشمسية التي تربط مناطق مختلفة القطبية المغناطيسيه

تتواجد طبقة رقيقة بسمك 200 كم تقريبا و هى منطقة الانتقال، تتميز هذة المنطقة بالارتفاع السريع لدرجة الحرارة بحيث ترتفع من 20000 كلفن فنهابة منطقة الغلاف الملون الي 1000000 كلفن.[53] ويساهم تاين كامل الهيليوم فهذة المنطقة من الزيادة السريعة لدرجة الحرارة بحيث تساهم بتقليل التاثير التبريدى الاشعاعى للبلازما.[52] لا تحدث منطقة الانتقال كحالة علي ارتفاع ما ، انما تشكل هالة ضوئيه حول الغلاف الملون و تخرج كوهج.[43] من السهل رووية منطقة الانتقال من الارض، كما من السهل روويتة منالفضاء باستعمال معدات حساسه للاشعة فوق البنفسجيه.[54]

تمتد الهالة للخارج، و هى بحد ذاتها اكبر من الشمس. تمتد الهالة بشكل مستمر الي الفضاء مشكلة الرياح الشمسيه، و التي تملئ جميع المجموعة الشمسيه.[55] تملك الطبقة السفلي من الهالة بالقرب من الشمس كثافة جسيمات تتراوح ما بين 1015 الي 1016 م−3.[52] تتراوح متوسط درجة حرارة الهالة و الرياح الشمسية 1,000,000–2,000,000 كلفن، علي الرغم من الحرارة فالمناطق الاسخن تتراوح ما بين 8,000,000–20,000,000.[53] حتي الان لاتوجد نظرية لحساب حرارة الهاله، لكن بعض من الحرارة عرفت بواسطهاعادة الاتصال المغناطيسي.[53][55]

الغلاف الشمسى عبارة عن تجويف حول الشمس ممتلء ببلازما الرياح الشمسية و يمتد لما حوالى 20 ضعف من نص قطر الشمس او الحدود الخارجية للمجموعة الشمسيه. تعرف حددودة الخارجية بانة الطبقة التي يكون فيها تدفق الرياح الشمسية اسرع من امواج الففين.[56] الاضطربات والقوي الديناميكية خارج هذة الحدود لا تاثر علي شكل الهالة الشمسية ضمنها، لان المعلومات ممكن ان تسافر فقط ضمن سرعة موجة الففين. دائما الرياح المنتقلة للخارج عبر الغلاف الشمس تشكل حقل مغناطيسى شمسى علي شكل لولبي،[55] حتي تصطدم بالغمد الشمسى علي بعد 50 و حدة فلكيه. مر مسبار فوياجر 1 بجانب موجة صدمية و التي يعتقد انها جزء من الغمد الشمسي. كما سجل كلا من مسبارى فوياجر مستويات عالية من الطاقة عندما اقتربو من حدود الغلاف.[57]

الحقل المغناطيسي



تيار الغلاف الشمسى الدورى يمتد الي المراكز الاخيرة للمجموعة الشمسية و ينتج بسبب التشابك الناتج عن دوران الحقل المغناطيسى الشمسى مع الحقل بين الكوكبي [58]

الشمس نجم نشط مغناطيسيا. فهى تدعم التغيرات القوية و التي تتنوع من عام لعام و تغير الاتجاة جميع احد عشر عاما حول الذروة الشمسيه.[59] يودى الحقل المغناطيسى الشمسى الي تاثرات عديدة تدعي بمجملها النشاط الشمسي متضمنة البقع الشمسية علي سطح الشمس والانفجارات الشمسيه والتغيرات فالرياح الشمسية و التي تحمل المواد عبر المجموعة الشمسيه.[60]يتضمن تاثير النشاط الشمسى علي الارض الشفق القطبي وتعطل الاتصالات اللا سلكيه والطاقة الكهربائيه. يعتقد ان النشاط الشمسى يلعب دور كبير في تشكل و تطور المجموعة الشمسيه. كما يغير النشاط الشمسى تركيب الغلاف الجوى الارضي الخارجي.[61]

جميع المواد فالشمس تكون بالطور الغازى و بلازما نتيجة حرارة الشمس العاليه. مما يجعل من السهل للشمس ان تدور اسرع عند خط الاستواء (حوالى 25 يوم) منها فخطوط العرض الاعلي (حوالى 35 يوم قرب القطبين). يسبب الدوران التفاضلى للشمس مع الارتفاع تشابك خطوط الحقل المغناطيسي مع بعضها البعض مما يسبب حلقات من الحقل المغناطيسي تنشا من سطح الشمس و تودى الي تشكلات هائلة من البقع الشمسيه والتوهجات الشمسيه. كما يسبب التشابك المغناطيسى ذلك تاثير الدينامو الشمسى و دورة الاحد عشر عاما للنشاط المغناطيسى الشمسي، حيث يعكس الحقل المغناطيسى الشمسى نفسة جميع احد عشر عاما.[62][63]

تحمل الرياح الشمسية الممغنطة الحقل المغناطيسى الشمسى معها مشكلة ما يعرف باسم الحقل المغناطيسى البين كوكبي.[55] وبما ان البلازما يمكنها ان تنتقل علي طول خطوط الحقل المغناطيسي، يمتد الحقل المغناطيسى البين كوكبى بشكل قطرى من الشمس. و لان الحقل المغناطيسى فوق و تحت خط الاستواء له نقاط قطبية مختلفة فاتجاة او بعيدا عن الشمس، و توجد طبقة رقيقة من التيار الكهربائى عند مستوى خط الاستواء الشمسي، و التي تدعى تيار الغلاف الشمسى الدوري.[55] يشابك دوران الشمس الحقل المغناطيسى و التيار الدورى علي مسافة بعيدة علي شكل حلزون ارخميدس مشكلة بنية تدعى حلزون باركر.[55] الحقل المغناطيسى البين كوكبى اقوي بعديد من الحقل المغناطيسى الثنائى للشمس. يتراوح قوة الحقل المغناطيسى الثنائى للشمس ما بين 50-400 ميكروتسلا (عند الغلاف الضوئي) و يتناقص متناسبا عكسا مع مكعب المسافة ليصل الي 0.1 نانو تسلا علي مسافة تساوى بعد الارض. فحين و حسب قياسات المسبارات الفضائية يصبح الحقل المغناطيسى البين كوكبى علي بعد الارض يساوى 5 نانو تسلا.[64]

التركيب الكيميائي

تتكون الشمس بصفة اساسية من عنصري الهيدروجين والهيليوم بنسبة 9 و 74% و 8 و 23% علي التوالى و ذلك التكوين هو ما يبينة الغلاف الضوئي. [65] وتسمي العناصر الاثقل من هذا “معادن” طبقا للمصطلح الفلكي، و نسبتها فالشمس اقل من 2% من كتله الشمس. و المعادن تتكون من 1% من الاكسجين و0.3% كربون و 0.2% نيون و0.2% حديد وذلك بحسب قياسات عام 2004. [66] وتكونت الشمس منذ نحو 5 و 4 مليار سنة من الهيدروجين و الهيليوم مختلطا بة قليل من المعادن (نحو 5 و 1%) ناشيئ عن تخليق العناصر فى اجيال من النجوم الاقدم اكملت مراحل تطورها بعدها انفجرت كمستعرات عظمى والقت محتوياتها فالوسط البيننجمي، و منها تكونت الشمس. [67] ويعتبر التركيب الكيميائى للغلاف الضوئى مماثلا للتركيب الكيميائي للمجموعة الشمسه عند نشاتها. [68] وبعد نشاة الشمس و بدا فيها تخليق العناصر المعدنية الاثقل فتنفصل هذة عن الغلاف الضوئى السطحى مترسبة فمركز الشمس. و لذا فيحتوى الغلاف الضوئى حاليا علي نسبة من الهيليوم اقل حيث كانت نسبتة الاصلية عند نشاة الشمس 4 و 27% و كانت نسبة الهيدروجين 1 و 71% و نسبة المعادن 5 و 1%. [65]

وقد عمل الاندماج النووي للهيدروجين و تحولة الى الهيليوم فى قلب الشمس علي تغيير نسب العناصر، فاصبح باطن الشمس يحتوى علي 60% من الهيليوم كما تغيرت نسب العناصر الاخري “المعادن”. و نظرا لان الطبقة الداخلية من باطن الشمس طبقة تنتقل بها الحرارة بالاشعاع و ليس بالحمل الحرارى فان المكونات الثقيلة الناتجة عن الاندماج النووى تتركز فقلب الشمس و لا تظهر الي السطح (الغلاف الضوئي).[69]

الوصف اعلاة لتركيز العناصر الشمسية الثقيلة قيس باستخدام المطيافيه الفلكية لتحليل الغلاف الضوئى للشمس و بقياس تركيز العناصر في الحجارة النيزكيه التى لم تسخن لدرجة الانصهار. يعتقد ان هذة الحجارة النيزكية ربما حفظت تركيبالنجم الاولي للشمس و بذلك لم تتاثر بتراكم العناصر الثقيله. كلا الطريقتين اثبتت جدواهما.[15]

مجموعة عناصرالحديد المتاين المنفرده

قامت مجموعة كبار من البحوث فعام 1970 مركزة علي البحث عن تراكيز مجموعه الحديد فى الشمس.[70][71] وعلي الرغم من ان تلك البحوث حققت نتائج مرضية الا ان تحديد تراكيز بعض عناصر مجموعة الحديد (كالكوبالتوالمغنسيوم) بقى صعبا حتي عام 1978 بسبب بنيتهم فائقة الدقه.[70]

انجز اول بحث كامل لدراسه قوي التذبذب علي عناصر مجموعة الحديد المتاينة المنفردة فسنة 1962،[72] وحسبت قوي التذبذب فسنة 1976.[73] وفى سنة 1978 اشتقت تراكيز عناصر مجموعة الحديد المتاينه.[70]

العلاقة بين الشمس و الكواكب من حيث التجزئة الكتليه

يفرض الكثير من الباحثين و جود علاقة في التجزئه الكتلية بين تراكيب النظائر الشمسيه والغازات النبيله الكوكبيه،[74] علي سبيل المثال الترابط بين تراكيب النظائر الكوكبيه ونيون وزينون الشمس.[75] وساد الاعتقاد حتي سنة 1983 ان جميع الشمس لها نفس التركيب الذي يملكة الغلاف الجوى الشمسي[76]

فى سنة 1983 دعى انه كان هنالك تجزئة فالشمس نفسها سببت العلاقة التجزئية بى تراكيب النظائر للكواكب و الرياح الشمسية المصطدمة بالغازات النبيله.[76]

الدورات الشمسيه

البقع الشمسية و دورات البقع الشمسيه



قياسات تغيرات البقع الشمسية اثناء احدث 30 عام

عادة عند رصد الشمس مع فلترة مناسبه، فان البقع الشمسية من الملامح التي تري بسرعه، و التي تعرف بانها منطقة من سطح الشمس تبدو اغمق من محيطها بسبب درجة حرارتها المنخفضه. تكون البقع الشمسية منطقة ذات نشاط مغناطيسى شديد حيث يثبط النقل الحرارى بالحمل بسبب الحقل المغناطيسى الشديد، مما يقلل من انتقال الطاقة من المناطق الاكثر حراره. يسبب الحقل المغناطيسى تسخى كبير فالهاله، مما ينتج عنة مناطق تكون مصادر لوهج شمسى شديد والانبعاث الكتلى الاكليلي. ربما يبلغ مقطع بعض البقع الشمسية عشرات الاف الكيلومترات.[77]

عدد البقع الشمسية المرئية علي الشمس غير ثابت، لكنة يتغير جميع دورة مولفة من احد عشر عاما. فادني الدورة الشمسية عدد قليل من البقع ممكن روويتة و احيانا لا ممكن رووية اي بقعة و يصبح اغلبها عند خطوط العرض العليا. مع تقدم الدورة الشمسية يزداد عدد البقع الشمسية و تتحرك نحو خط الاستواء، هذة الظاهرة توصف بواسطه قانون سبورر. عادة ما تنشا البقع الشمسية بين زوجين من الاقطاب المغناطيسيه. تتبدل الاقطاب المغناطيسية جميع دورة شمسيه، بذلك جميع قطب مغناطيسى شمالى فدورة يتحول الي قطب جنوبى فالدورة الاتيه.[78]



تاريخ اعداد رصد البقع الشمسية اثناء احدث 25 سنة و التي تخرج دورة الشمس المولفة من 11 عاما

تاثر الدورة الشمسية بشكل كبير علي مناخ الفضاء، اضافة الي تاثيرها الكبير علي مناخ الارض حيث انه لضياء الشمس علاقة كبار مع النشاط المغناطيسي. يميل النشاط الشمسى عند ادني الدورة الي ان يصبح مرتبط مع درجات الحرارة الاخفض، فحين اكثر من متوسط الدورة يرتبط بدرجات الحرارة الاعلى.[79] فى القرن السابع عشر بدت ان الدورة الشمسية ربما توقفت لعدة عقود فعدد قليل من البقع لوحظ اثناء هذة الفترة مما ادي الي نشوء ما عرفبالعصر الجليدى الصغير، فشهدت اوروبا درجات الحرارة الباردة علي نحو غير عادي.[80] وقد تم اكتشاف الحرارة الدنيا من اثناء تحليل حلقات جذوع الاشجار و يبدو ان تزامنت مع اقل من متوسط درجات الحرارة العالميه[81]

احتمالية الدورة طويلة الامد

توجد نظرية تدعى ان هنالك عدم استقرار مغناطيسى فنواة الشمس تسبب تقلبات مع فترات طويلة من السنوات تتراوح 41000 الي 1000000 سنه. ممكن لهذة النظرية توفر اروع تفسير العصور الجليدية من دورات ميلانكوفيتش.[82][83]

دورة حياة الشمس



تطور الشمس و الضياء الشمسى و نص قطرها و درجة الحرارة الفعالة مقارنة بالوقت الحاضر.[84]

تشكلت الشمس قبل حوالى 4.57 مليار سنة نتيجة انهيار قسم من سحابة جزيئيه عملاقة و التي كانت تحتوى فمعظم تركيبها علي الهيدروجين و الهيليوم، و من الممكن ان هذة السحابة ربما شكلت نجوم اخرى.[85] وقد قدر ذلك العمر استنادا الي النمذجة باستخدام الحاسوب لتقدير التطور النجمى و من خلال علم التسلسل الزمنى الكوني ايضا.[9] كانت النتائج منسجمة مع بيانات التاريخ الاشعاعي لمواد قديمة من المجموعة الشمسيه.[86][87] كشفت الدراسات علي النيازك القديمة اثار نوي مستقرة من النظائر قصيرة العمر كالحديد-60 و الذي يتشكل فقط فانفجارات قصيرة المدي للنجوم. و يوشر ذلك الي انه يجب ان ينفجر مستعر اعظم او اثنين بالقرب من مكان تشكل الشمس. و من المحتمل بان الموجة الصدميه الناتجة عن انفجار المستعر الاعظم ربما حثت علي تشكل الشمس عن طريق ضغط الغازات ضمن السحابة الجزيئيه، و تسبب بانهيار داخل السحابة فمنطقة ما تحت تاثير جاذبيتها.[88] الجزء المنفصل من السحابة المنهار بدا بالدوران بسبب مصونيه الزخم الزاوي وبداتة حرارتة بالازدياد مع ارتفاع الضغط، نتيجة لذا تجمعت معظم الكتلة فالمركز، بينما طارت البقية لخارج القرص و التي شكلت الكواكب و بقية النظام الشمسي. و لد الضغط و الحرارة فنواة السحابة المنفصلة كمية كبار من الحرارة كما تراكم مزيد من الغاز من محيط القرص، اخيرا تسبب هذا ببدا التفاعلات النووية و بذلك و لدت شمسنا

تعتبر الشمس الان فمنتصف عمرها كنجم نسق اساسي، و اثناء هذة المرحلة يصبح تفاعلات هيدروجينية تحول الهيدروجين الي الهيليوم. ففى جميع ثانية =يتحول اكثر من مليون طن من المادة الي طاقة ضمن نواة الشمس منتجه نيترونات واشعاعات شمسيه، هذة النسبة تعادل تحويل ما يقارب من 100 ضعف من كتلة الارض الي طاقه. تقضى الشمس فمرحلة النسق الاساسى منذ بدايتها و حتي نهايتها حوالى 10 مليار سنه.[89]

لا تملك الشمس كتلة كافية لتنفجر كمستعر اعظم، و بدلا من هذا فانة بعد 5 مليار سنة ستدخل فطور عملاق احمر، حيث ستمتد الطبقات الخارجية منها بسبب نفاذ و قود الهيدروجين فالنواة و ستتقلص النواة و تسخن. سيستمر اندماج الهيدروجين حول النواة الحاوية علي الهيليوم و التي ستتمد بشكل مستمر طالما هنالك انتاج للهيليوم. حالما تصل درجة حرارة النواة الي 100 مليون كلفن يبدا اندماج الهيليوم و انتاج الكربون لتدخل الشمس طور عملاق مقارب.[30] يتبع مرحلة العملاق الاحمر نبضات حرارية شديدة تسبب تخلص الشمس من طبقاتها الخارجية و تشكيل سديم كوكبي. الشيء الوحيد الذي يبقي بعد قذف الطبقات الخارجية هى النواة الحاره، و التي ستبرد ببطا و تتضمحل لقزم ابيض اثناء مليارات السنين. و ذلك هو سيناريو تطور النجوم متوسطة الكتله.[90][91]

تلاشى الشمس

من المعروف ان مصير الارض محسوم بالزوال فالنهايه. عندما تتحول الشمس الي عملاق احمر فان نص قطرة سيمتد لخلف مدار الارض الحالي، حيث ان نص قطر العملاق الاحمر سيصبح اكبر ب 250 ضعف من قطرها الحالي.[92]ومع الوقت سيتحول العملاق الاحمر الي عملاق مقارب، حيث ستفقد الشمس 30% من كتلتها بسبب الرياج النجميه، لذا ستفلت الكواكب من مداراتها للخارج، و يعتقد ان الارض ستكون بمناي عن ذلك، لكن يعتقد العلماء بان الارض ستبتلع من قبل الشمس بسبب قوي المد و الجزر..[92] وحتي لو نجحت الارض من الافلات من ابتلاع الشمس، فان الماء علي سطحها سيغلي، و معظم غلافها الجوى سوف يهرب باتجاة الفضاء. و حتي اثناء الحياة النجمية للشمس ضمن نوع النسق الاساسي، فان ضياء الشمس سيزداد تدريجيا (10% جميع مليار سنه) و بالتالي سترتفع درجة حرارتها تدريجيا مما سيصبح له عظيم الاثر علي الارض. من المعلوم ان الشمس كانت اكثر خفوتا فالماضي، و من الممكن ان يصبح ذلك اسباب بدا الحياة علي الارض قبل حوالى مليار سنه. ازدياد الحرارة بهذا الشكل ستودى الي تسخين حرارة الارض و تبخر مياة الارض من علي سطحها فالمليار السنة القادمه، مما سيقضى علي كل اشكال الحياة علي الارض.[92][93]



دورة حياة الشمس.

ضوء الشمس



مقارنة بين حجم الشمس كما تبدو فجوار الكواكب الثمان و بلوتو

يعتبر ضوء الشمس المصدر الرئيسى للطاقة علي الارض. فحين ان المصدر الاخر للطاقة هو المواد الانشطارية فباطن الارض، و هذة المواد الانشطارية هى مصدر الطاقة الحرارية الارضيه عن طريق حدوث تفاعلات نوويه. يعرف الثابت الشمسي بانة كمية الطاقة التي تامنها الشمس بالنسبة لواحدة المساحة المعرضة مباشرة لضوء الشمس. يعادل الثابت الشمس لسطح علي بعد وحدة فلكيه واحدة (ما يعادل بعد الارض عن الشمس) تقريبا 1368 و اط/متر2[94] يساهم الغلاف الجوى الارضي بتوهين ضوء الشمس و بالتالي فان الطاقة الواصلة للشمس تكون قريبة من 1000 و اط/متر2 وذلك بالظروف الطبيعة و عندما تكون الشمس بوضع سمت الراس.[95]



مشهد غروب الشمس من علي سطح الارض

يمكن تسخير الطاقة الشمسية بعدة طرق طبيعية و صناعيه. فعمليه التمثيل الضوئي تلتقط الطاقة من ضوء الشمس و تحولها الى طاقة كيميائيه هى من العمليات التي تجرى بشكل طبيعى علي الارض. ممكن استعمال طاقة ضوء الشمس لتوليد الطاقة الكهربائيه عن طريق التسخين المباشر او تحويل الضوء الي كهرباء باستخدام الخلايا الشمسيه. كما ان الطاقة المخترنة في النفط وانواع الوقود الاحفوري الاخري كان مصدرها الاساسى هو تحول الطاقة الشمسية عن طريق التمثيل الضوئى فالماضى البعيد.[96]

حركة و تموضع الشمس فالمجره



حركه مركز كتله المجموعة الشمسية بالنسبة للشمس



مخطط يخرج مجرة درب التبانة و تموضع الشمس فيها

تتموضع الشمس بالقرب من ذراع داخلى لمجرة درب التبانة يدعى ذراع الجبار، ضمن السحابة البين نجمية المحليه او سحابة الحزام. و يفترض انها تبعد عن مركز المجره من 7.5-8.5 فرسخ فلكي (ما يعادل 25000-28000 سنة ضوئيه)[97][98][99][100] وهى محتواة ضمن الفقاعة المحليه وهو و سط من الغازات الساخنة المخلخلة و المحتمل نشوءة بسبب بقايا مستعر اعظم التوامان.[101] يبعد الذراع المحلى عن اقرب ذراع خارجى له و هو ذراع حامل راس الغول حوالى 6500 سنة ضوئيه..[102] اطلق العلماء علي الشمس و المجموعة الشمسية ما يعرف باسم نطاق صالح للسكن.

يعتقد ان مدار الشمس حول مركز المجرة بانة قريب من شكل قطع ناقص مع بعض التشوهات نتيجة لعدم تجانس توزع كتل الاذرع الحلزونيه للمجره. بالاضافة الي ان الشمس تتحرك حركة تذبذبية للاعلي و الاسفل بالنسبة لمستوى المجرة و تتم هذة الحركة حوالى 2.7 مرة فكل دورة مداريه. اقترح ان الشمس ربما مرت اثناء ذراع مجرى ذو كثافة اكبر مما تسبب في انقراضات جماعيه علي الارض، بسبب زياده الاصطدامات.[103] تستغرق الدورة المدارية الواحدة للمجموعة الشمسية حوالى مليار سنة (سنة مجريه)، [104] لذا يعتقد ان الشمس ستكمل 20-25 دورة مدارية اثناء حياتها. تبلغ السرعة المداريه للمجموعة الشمسية لحركتها حول مركز المجرة حوالى 251 كم/ثا.[105] تستغرق المجموعة الشمسية 1190 سنة للسفر سنة ضوئية و احدة ضمن مجال السرعة ذلك او 7 ايام للسفر مسافة و حدة فضائيه [106]

تتاثر حركة الشمس حول مركز كتلة المجموعة الشمسية باضطرابات الكواكب، لذا جميع بضع مئات من السنين تتحول الحركة من حركة عادية الى حركة تراجعيه.[107]

مشاكل نظريه

مشكلة نيوترينو الشمس

كانت قياسات معدلات الكترون نيترينو لسنوات و المحددة علي الارض اقل بما بين ثلث الي نص الكمية المتوقعة حسب النموذج الشمسى القياسي. عنونت هذة النتجة الشاذة باسم مشكلة نيوترينو الشمس. اقترح لحل هذة المشكلة اما تخفيض درجة حرارة داخل الشمس لشرح التدفق المنخفض للنيوترينو، او اقترح انه ممكن للالكترون نيترينو ان يتذبذب، و يتحول لجسيمات غير محددة هي تاو نيترينو وميوون نيترينو خلال سفرة من الشمس الي الارض.[108] بنيت عدة مراصد لقياس معدلات النيوتيرنو الشمسى بدا من عام 1980،[109] واظهرت هذة المراقبة بان الالكترون نيترينو لدية كتلة صغار بالاضافة الي تذبذبه.[110][111] نجح مرصد سودبورى للنيوترينو فى سنة 2001 فتحديد ثلاث نوعيات من النيوترينو، و وجد بعد ذلك ان الانبعاث الشمسى الكلى للنيوترينو يوافق النموذج القياسي،[109][112] وبعد تحليل احصائى عويص و جد ان نحو 35% من النيوترينوات القادمة من الشمس من نوع نيوترينو الالكترون. و ذلك توافق مع تاثير ميكهيف- سميرنوف- و ولفنشتاين الذى و صف تذبذب النيترينو فالماده. حاليا تعتبر ان هذة المشكلة ربما حلت.[109]

مسالة تسخين الهاله

تبلغ درجة حرارة الغلاف الضوئى حوالى 6000 كلفن، تتموضع هالة الشمس فوق الغلاف الضوئي، و ترتفع درجة الحرارة بها ما بين 1000000 – 2000000 كلفن.[53] ويظهر من درجة الحرارة العالية للهالة بان تسخن نتيجة شيء احدث غير التسخين المباشر بالحمل الحراى من الغلاف الضوئي.[55]

يعتقد بان الطاقة اللازمة لتسخين الهالة تامن الحركة المضطربة لمنطقة الحمل اسفل الغلاف الضوئي، و ربما اقترحت اليتين لشرح تسخين الهاله.[53] الفرضية الاولي دعيت بامواج التسخين حيث ان الحركة المضطربة لمنطقة الحمل تنتجالامواج الصوتيه وجاذبية و الامواج الهيدروديناميك مغناطيسيه.[53] تنتقل هذة الامواج للاعلي و تتبدد فالهاله، لتودع طاقتها فالغاز المحيط علي شكل حراره.[113] فى حين تتمحور الفرضية الثانية =حول التسخين المغناطيسين حيث تبني الطاقة المغناطيسية نتيجة حركة الغلاف الضوئى و تتحرر من خلال اعادة الاتصال المغناطيسي علي صورة و هج شمسى كبير و اشكال مشابهة من الوهج لكن بشكل اصغر و باعداد لاتحصي تدعى بالوهج النانوي.[114]

حاليا، من غير الواضح فيما اذا كانت الامواج تاثر علي الية التسخين، و جد ان كل الامواج باستثناء امواج الففين تتبدد او تنعكس قبل و صولها الهاله.[115] بالاضافة الي امواج الففين لا تتبدد بسهولة فالهاله، لذا يركز الباحثين باتجاة التسخين المغناطيسي.[53]

خفوت الشمس الوليده

يقترح النموذج النظرى لتطور الشمس بان الشمس قبل 3.8 الي 2.5 مليار سنة و خلال العصر الاركي كانت تشع 75% من ضيائها مقارنة باليوم. و بمثل ذلك النجم الضعيف، فانة غير قادر علي تزويد سطح الارض بالماء، و الحياة لن تستطيعالتطور. مع ذلك، فان السجلات الجيولوجيه تدل علي ان الارض ظلت فدرجة حرارة ثابتة الي حد ما طوال تاريخها، و ان الارض الوليدة كانت اسخن مما هى علية اليوم. يجمع العلماء بان الغلاف الجوى للارض الوليدة حوت كميات اكبر بعديد من الغازات المسببة للاحتباس الحرارى (مثل ثاني اكسيد الكربون، والميثان والامونيا) مما هو موجود اليوم، و الذي حصر كمية اكبر من الحرارة لتعويض الكميات القليلة الواصلة الي الارض من الطاقة الشمسيه.[116]

تاريخ الرصد

الفهم القديم



رع او “رع-حوراختي” الة رئيسى فالدين المصرى القديم فعصر الاسرة الخامسه، و كان يرمز الية بقرص الشمس

وضعت الشمس فالكثير من الثقافات موضع التبجيل اثناء التاريخ البشري، مثلها كباقى الظواهر الطبيعيه. كان الفهم البشرى للشمس علي انها قرص مشع فالسماء، و بوجودها فوق خط الافق يتشكل النهار، و غيابها يسبب الليل، اعتبرت الشمس فالعديد من حضارات ما قبل التاريخ و الحضارت القديمة كاله. كانت عبادة الشمس محور لحضارات شعوب كثيرة مثل الانكا فيامريكا الجنوبيه والازتيك في المكسيك حاليا. بناء لهذة العبادات بنيت الكثير كم المعابد مركزة علي الظواهر الشمسية و انطباعاتها العقليه، علي سبيل المثال حجاره ميغاليث والتى تحدد انقلاب الشمس الصيفي والانقلاب الشتوي. و تقع بعض من ابرز الاثار المغليثية في مصر ومالطا وستونهنج في انكلترا. من اشهر المعالم التي تحدد الانقلاب الشتوى هو نيوغرانغ في ايرلندا. كما انمعبد تشيتشن ايتزا فى مدينه تشيتشن ايتزا صمم ليلقى الظلال علي شكل الثعابين تسلق الهرم فالاعتدالات الربيعى و الخريف.

فى اواخر الامبراطورية الرومانيه كان يحتفل بمولد الشمس بعيد يعرف باسم سول انفكتوس (والذى يعينى الشمس التي لاتقهر) بعد و قت قصير من الانقلاب الشتوى خشبية و قد كان سابقة لاحتفالات عيد الميلاد. من حيث النجوم الثابته تظهر الشمس من الارض علي انها تدور مرة و احدة فالسنة علي طول مسير الشمس من خلال دائرة البروج، لذا اعتبرها علماء الفلك اليونانى انها و احدة من الكواكب السبعة و سميت اسماء الاسبوع السبعة اعتمادا علي هذا فبعض اللغات.[117][118][119]

تطور الفهم العلمي

لاحظ علماء الفلك البابليون فى الالفية الاولي قبل الميلاد بان حركة الشمس لم تكن منتظمة علي طول مسار الشمس، علي الرغم من انهم لم يدركوا سبب ذلك. اليوم عرف بان الارض لها مدار اهليلجى حول الشمس، لذا هى تدور بشكل اسرع عندما تكون قرب الشمس (الحضيض) و بشكل ابطا عندما تكون بعيدة (الاوج)[120] كان الفيلسوف اليوناني اناكساغوراس من اوائل الناس الذين قدموا تفسيرا علميا للشمس معرفا اياها علي انها كرة عملاقة ملتهبة من المعدن اكبر من البيلوبونيز بدلا من عجلة حربيه يقودها هيليوس، و عرف القمر بانة يعكس ضوء الشمس.[121]حكم علية بالسجن وعقوبة الاعدام من قبل السلطات لتعليمة ما دعي بالهرطقه، لكنة حرر بعد ان تدخل بريكليس. قدر اراتوستينس المسافة بين الارض و الشمس فالقرن الثالث قبل الميلاد، لكن حتي الان ما زال هنالك اختلاف فصحة ترجمة المسافة التي قدرها. حدد كلاوديوس بطليموس المسافة بين الارض و الشمس بانها 1210 ضعف من قطر الارض، و هى تعادل 7.71 مليون كيلومتر (0.0515 و حدة فلكيه).[122]

كان اول من و ضع نظريه مركزية الشمس ودوران الكواكب حولها كان ارسطرخس الساموسي فى القرن الثالث قبل الميلاد، و من بعدها عدلت من قبل سلقوس. و ربما تطور ذلك الراى فالقرن السادس عشر و تحولة من نموذج فلسفى الي نموذج رياضى من اثناء اعمال نيكولاس كوبرنيكوس. سمح ظهور التلسكوبات بوضع ملاحظات تفصيلية علي البقع الشمسية من قبل توماس هاريوت وغاليليو غاليلي وفلكيين اخرين. و يعتبر غاليليو اول من و ضع ملاحظات تلسكوبية علي البقع الشمسية و افترضها علي انها متوضعة علي سطح الشمس، بدلا من الراى بانها اجسام صغار تتحرك بين الارض و الشمس.[123] اول رصد مورخ للبقع الشمسية سجلة الفلكيين الصينيين في مملكة هان (220-206 قبل الميلاد) و الذين حافظوا علي تسجيل ملاحظاتهم لعدة قرون. كما سجل ابن رشد ملاحظات عن البقع الشمسيه.[124]

تضمنت مساهمات علماء الفلك المسلمين اعمال مثل محمد بن جابر بن سنان البتاني الذى اكتشف بان اتجاة حركه القبا الشمسى متغير.[125] وسجل ابن يونس المصري اكثر من 10000 رصد لتموضع الشمس باستخدام اسطرلاب كبير.[126] كما ان اول رصد لعبور الزهره كان فسنة 1302 علي يد ابن سينا، و الذي استنتج بان الزهره اقرب للارض منة للشمس.[127] فى حين ان اول رصد لعبور عطارد كان فالقرن الثاني عشر بواسطه ابن باجه.[128]

حلل اسحاق نيوتن فى القرن السابع عشر ضوء الشمس باستخدام الموشور، و بين انه اللون الابيض له مكون من تراكب عدة الوان.[129] فى حين اكتشف ويليام هيرشل فى سنة 1800 بان الطيف الشمسى يحوي اشعة تحت حمراء فى المجال الطيفى ذو الطول الموجي الاقل من اللون الاحمر.[130] تطورت الدراسة الطيفية للاشعة الشمسية فالقرن التاسع عشر فسجل فراونهوفر اكثر من خط طيفى مكون للطيف الشمسي.

كان مصدر طاقة الشمس فاوائل العصور العلمية الجديدة لغز محير للعلماء. اقترح اللورد كلفن بان الشمس جسم يبرد تدريجيا و نتيجة لذا كان يشع حرارتة الداخلية المخزنه.[131] ثم اقترح كلفن وهرمان فون هلمهولتز اليه تركيز الجاذبيهلشرح خرج الطاقة ال كبار للشمس، لكن حسب تقديرهم فان عمر الشمس سيصبح 20 مليون شمس و هو عمر قصير جدا جدا عما اقترحة علماء هذا العصر و المقدر ب 300 مليون سنة انذاك.[131] فى سنة 1890 اقترح مكتشف الهيليوم فالطيف الشمسي جوزيف نورمان لوكير نظرية التشكل النيزكى لشرح تشكل و تطور الشمس.[132]

فى سنة 1904 اقترح ارنست رذرفورد بان حرارة الشمس ممكن المحافظة عليها من اثناء مصدر داخلى للحراره، و اقترح الاضمحلال الاشعاعي كمصدر لهذة الطاقه.[133] وفر البرت اينشتاين فكرة اساسية لانتاج مصدر الطاقة الشمسية من معادله تكافو المادة و الطاقه

E = MC2 [134]

اقترح ارثر ستانلى ادنغتون فى سنة 1920 بان الضغط و الحرارة الكبيرتان فنواة الشمس ستودى الي تفاعلا اندماج نووى بحيث سيندمج بروتون هيدروجينى في نوى الهيليوم، مما سينتج انتاج طاقة مع تغير فالكتله.[135] فى سنة 1925 اكدت ابحاث سيسيليا باين غابوشكين باستعمال نظريات التاين وفرة الهيدروجين فالشمس. و ربما تم تطوير ذلك المفهوم النظرى للاندماج فعام 1930 من قبل علماء الفيزياء الفلكيه سابرامانين تشاندراسخار وهانز بيته، و ربما حسب هانز تفاصيل التفاعلين الذريين المنتجين للطاقة كما فطاقة الشمس.[136][137]

واخيرا، نشر بحث فسنة 1957 من قبل مارغريت بوربيدج بعنوان “تجميع العناصر فالنجوم”.[138] اظهرت ان معظم العناصر فالكون تنتج من التفاعلات النووية داخل النجوم، كما يحدث فشمسنا.

الرحلات الفضائيه



عاصفة مغناطيسية كبار ملتقطة فالساعة 1:29 مساء من يوم 13 ما رس 2023

ملف:Moon transit of sun large.ogg

مشهد ملتقط لعبور القمر بواسطه مسبار ستيريو[139]

كان برنامج بيونير التابع لوكالة ناسا اول من اطلق اقمار صناعيه (بيونير 5 و 6 و 7 و 8) لرصد الشمس، و ربما اطلقت الرحلات ما بين اعوام 1959 الي 1968. و ربما دارت هذه المسباراتفى مدار حول الشمس علي بعد مماثل لبعد الارض عن الشمس. و نجحت فجمع اول قياسات عن الرياح و الحقل المغناطيسى الشمسي. و ربما عمل بيونير 9 لفترة طويلة من الزمن و استمر حتي عام 1983.[140][141]

فى عام 1970 امنت جميع من رحلتي هيليوس ومرصد ابولو ما ونت وسكاى لاب معلومات علمية حديثة حول الرياح الشمسية و الهاله. كانت هيليوس 1 و 2 نتاج تعاون بين جميع من المانيا الغربيه والولايات المتحدة الامريكيه وقد درست الرياح الشمسية من مدار ضمن مدار عطارد خلال الحضيض.[142] سكاى لاب هو عبارة عن محطة فضائية امريكية اطلقت سنة 1973 و ربما ضمت هذة المحطه مرصد شمسى يدعي بمرصد ابولو ما ونت، و الذي كان يشغل من قبل رواد الفضاء العاملين فالمحطه.[54] وقد قدم سكاى لاب اول معلومات رصدية عن منطقة الانتقال الشمسى و انبعاثات الاشعة فوق البنفسجيه لهالة الشمس.[54] كما تضمنت استكشافاتها الانبعاث الكتلى الاكليلي وثقوب الهالة التي يعرف الان انها علي ارتباط و ثيق بالرياح الشمسيه.[142]

اطلقت ناسا فسنة 1980 مهمة سولار ما كسيموم، صممت هذة المهمة لرصد انبعاثات اشعة غاما والاشعة السينيه والاشعة فوق البنفسجيه المنبعثة من الوهج الشمسى خلال اوقات ذروة النشاط الشمسى و الضياء الشمسي، لكن بعد اشهر قليلة من اطلاقة تسبب عطل الكترونى فالمسبار بوضعة فو ضع الاستعداد، لتمضى السنوات الثلاثة الاتية بدون اي نشاط. فعام 1984 استرجع شالنجر واصلحوا العطل قبل ان يعيدوة الي مداره، ليلتقط سولار ما كسيموم الكثير من الصور لهالة الشمس قبل ان يعود ليدخل الغلاف الجوى الارضى فيونيو 1989.[143]

اطلقت منظمة بحوث الفضاء اليابانيه فى سنة 1991 المسبار يوكو لرصد الوهج الشمسى و الاطوال الموجية للاشعة السينيه. سمحت البيانات المجموعة من ذلك المسبار للعلماء بتحديد عدة نوعيات مختلفة من الوهج الشمسي، كما اثبتت ان الهالة بعيدا عن منطقة الذروة كانت ذات نشاط و ديناميكية اعلي مما كان متوقعا. رصد المسبار يوكو كامل الدورة الشمسيه، لكنة دخل فو ضع الاستعداد خلال كسوف سنة 2001. دخل المسبار الغلاف الجوى الارضى فسنة 2005 ليتحطم هناك.[144]

كان مسبار سوهو واحد من اهم المهمات التي جمعت بيانات عن الشمس، و ربما تم بنائة بمساهمة جميع من ناسا ووكالة الفضاء الاوروبيه ليطلق ف2 ديسمبر 1995.[54] كان من المفترض ان تستغرق مهمتة عامين، لكن امتدت هذة المهمة حتي سنة 2023 بعد ان تم الموافقة علي تمديد المهمة فاكتوبر 2009.[145] وقد ثبت انه من المفيد متابعة المهمة لذا اطلق ففبراير 2023 مسبار مرصد ديناميكا الشمس.[146] تموضع ذلك المسبار في نقطة لاغرانج تقع بين الارض و الشمس. زود سوهو العلماء بصور عديدة لشمس باطوال موجية مختلفة منذ اطلاقه.[54]كما اكتشف سوهو بالاضافة الي رصدة الشمسى الكثير من المذنبات، معظم هذة المذنبات كانت صغار و تتموضع مداراتها بالقرب من الشمس لتحترق عند مرورها بجوار الشمس.[147]

رصدت جميع تلك البعثات الشمس من مستوى مسار الشمس، و بذلك فهى رصدت منطقة الاستواء الشمسية بدقه. لذا اطلقت ناسا و وكالة الفضاء الاوربية مسبار يوليوس فى سنة 1990 لدراسة المنطقة القطبية الشمسيه. انطلق المسبار الي المشترى فالبداية ليقوم بالتفافة و يضع نفسة فمدار اعلي من مستوي مسار الشمس. و ربما رصد مصادفة اصطدام المذنب شوميكار-ليفى 9 بالمشترى فسنة 1994. حالما تموضع يوليوس فمدارة المخطط له، بدا برصد الرياح الشمسية و شدة الحقل المغناطيسى الشمسى علي خطوط عرض اعلي من خط الاستواء. و جد المسبار ان الرياح الشمسية عند خطوط عرض اعلي كانت تتحرك بسرعة 750 كم/ثا و هى ادني مما كان متوقع، بالاضافة الي و جود حقل مغناطيسى قوى يصدر فهذة الارتفاعات و الذي كان يندمج مع الاشعة الكونيه.[148]

تركيزات العناضر فالغلاف الضوئى عرفت بشكل جيد من اثناء الدراسات الطيفيه، و لكن كان يوجد نقص فمعرفة تكوين المناطق الداخلية للشمس. لذا ارسلت مهمة قابلة للعود دعيت باسم التكوين وقد صممت هذة المهمة لتسمح للعلماء بالقياس المباشر لمركبات الشمس. عاد مسبار التكوين الي الارض فسنة 2004 لكنة تاذي بعد ان اصطدم بالارض نتيجة فشل مظلتة فان تفتح بعد دخولة الغلاف الجوي. علي الرغم من الاضرار الجسيمه، تم انتشال بعض العينات الصالحة للاستخدام من المركبة الفضائية و التي يتم دراستهم و تحليلهم.[149]

انطلق مسبار ستيريو المتكون من مسبارين جزئيين فاكتوبر 2006. و ربما فصلت المسبارين ليتم سحبة تدريجيا الي خلف مدار الارض، مما جعلهما قادرين علي تصوير الشمس و الظواهر الشمسية بما فية الانبعاث الكتلى الاكليلي.[150][151]

اطلقت منظمة البحوث الفضائية الهنديه مسبار فضاء باسم اديتيا بوزن 100 كغ ف2023 و يهدف الي دراسة ديناميكية الهالة الشمسيه.[152]

المراقبة و التاثيرات



مشهد لشروق الشمس من سطح الارض.

يسبب النظر المباشر للشمس و بالعين المجرده، علي الرغم من ان النظر لفترة و جيزة لا يسبب اي خطر للعين الغير متوسعه الحدقه.[153][154] يسبب النظر المباشر الي الشمس وبصهبصرية و العمي الموقت الجزئي. كما ان ضوء الشمس يودى الي تزويد شبكية العين بحوالى 4 ملى و اط مما ينتج عنة تسخين قليل للشبكيه، و يحتمل ان يسبب ذلك بعض الضرر للعين ليضعف استجابتها للسطوع.[155][156] كما ان تعرض العين للاشعة الفوق البنفسجية سيودى الي الاصفرار التدريجي لعدسة العين، ليساهم هذا فحدوث الساد، مع ملاحظة ان ذلك الامر يعتمد علي التعرض للاشعة الفوق البنفسجية بشكل عام و ليس بالنظر المباشر الي الشمس.[157] يودى النظر المباشر و بالعين المجردة الي الشمس بالتسبب بافات التعرض للاشعة فوق البنفسجية كحروق الشبكية و التي تخرج بعد التعرض لاشعة الشمس مدة 100 ثانيه، و لاسيما فالظروف التي تكون الاشعة الفوق البنفسجية الشمسية مكثفة و مركزه[158][159] كما يتسبب النظر لاشعة الشمس باستعمال مركزات بصريه مثل النظارة المقربه بدون استعمال فلاتر مرشحة للاشعة الفوق البنفسجية الي تلف دائم فالشبكيه، بعض المرشحات التجارية تمرر الاشعة فوق البنفسجية او الاشعة تحت الحمراء و التي ممكن ان تضر العين عند مستويات سطوع عاليه.[160] تسلم المناظير المقربة الغير مفلترة لشبكية العين 500 ضعف من الطاقة مقارنة بالنظر باستعمال العين المجرده، هذة الكمية ال كبار من الطاقة ستتسبب بالقتل الفورى للخلايا الشبكيه، حتي ان النظرات الشريعة لشمس الظهيرة من اثناء المنظارات المقربة ستودى الي العمي الدائم.

يشكل الكسوف الجزئى خطر علي النظر، لان حدقة العين غير متكيفة مع الاشعة البصرية عالية التباين. تتوسع الحدقة تبعا لكمية الضوء ضمن نطاق الرو يه. فاثناء الكسوف الجزئي، يحجب القمر معظم ضوء الشمس، لكنة لا يغطى اجزاء كثيرة من الغلاف الضوئى و الذي له سطوع مماثل للسطوع فالايام العاديه. نتيجة لذا و خلال الكسوف تتوسع حدقة العين من 2 مم الي 6 مم تتعرض جميع خلية فشبكية العين الي عشر اضعاف من الطاقة مقارنة بالايام العاديه، سيودى ذلك الي الحاق الضرر او قتل تلك الخلايا مما سينتج عنة بقع عمياء.[161] يشكل ذلك خطرا علي المراقبين عديمى الخبرة او الاطفال بسبب عدم الشعور بالالم، اضافة الي عدم سرعة تدمير الرويه.

تكون اشعة الشمس اثناء الشروق والغروب ضعيفة بسبب تبعثر ريليه وتبعثر ما ي فى مرورة الطويل اثناء الغلاف الجوى الارضي.[162] تكون الشمس احيانا ضعيفة بمافية الكفاية لتكون مريحة للروية بدون اخطار. كما تساهم الاوضاع الضبابية و الغبار فالغلاف الجوى من زيادة تاثير ذلك التبعثر.[163]

قد تحدث بعض الظواهر البصرية النادرة بعد فترة و جيزة من غروب الشمس او قبل الشروق تدعي هذة الظاهرة بظاهرة الوميض الاخضر، ينتج ذلك الوميض نتيجة انكسار ضوء الشمس تحت خط الافق باتجاة الراصد، و ذلك الضوء ذو طول موجى صغير (اخضر او بنفسجى او ازرق)، فيبقي الضوء الاخضر عكس الوميضان الازرق و البنفسجى كونهما لديهما قابلية كبار للتبعثر علي خلاف الوميض الاخضر.[164]

تمتلك الاشعة فوق البنفسجية الشمسية خصائص مطهره، و ممكن استخدامها لتعقيم الادوات و المياه. كما لها اثار طبية كانتاج فيتامين دي تضعف طبقة الاوزون الاشعة فوق البنفسجية لذا تختلف كمية الاشعة الفوق البنفسجية اختلافا كبيرا مع الارتفاع و خطوط العرض الارضية لذا تسهم فالتعديلات البيولوجية بشكل كثير بما فذلك الاختلافات فلون الجلد البشرى حول مناطق مختلفة من العالم.[165]

  • مقال علمي عن الشمس
  • العلاقة بين نشأة الرياح والطاقة الشمسية والامواج
  • ظاهرة غروب الشمس بالاسلوب العلمي
  • مقال علمي قصير جدا عن الشمس
  • مقال عن الشمس
  • مقال هل الشمس تدور؟؟؟


مقال علمي عن الشمس