سطح خورشید

مقدمه
خورشید ستاره‌ای است از ستارگان رشته اصلی که ۵ میلیارد سال از عمرش می‌گذرد. این ستاره کروی شکل بوده و عمدتا از گازهای هیدروژن و هلیوم تشکیل شده است. وسعت این ستاره ۱٫۴ میلیون کیلومتر (۸۷۰۰۰۰ مایل) است. جرم این ستاره ۷ برابر جرم یک ستاره معمولی بوده و همچنین ۷۵۰ برابر جرم تمام سیاراتی است که به دورش می‌چرخند. در هسته خورشید ، جرم توسط واکنشهای هسته‌ای تبدیل به تشعشعات الکترومغناطیسی که نوعی انرژی هستند، می‌شود. این انرژی به سمت بیرون تابانده شده و باعث درخشنگی خورشید می‌گردد. سایر اجسام آسمانی موجود در منظومه شمسی که توسط جاذبه خورشید در مدارهایشان قرار گرفته‌اند نیز گرمایشان را از این انرژی می‌گیرند.

مواد تشکیل دهنده خورشید حالت گازی دارند، بنابراین خورشید محدوده دقیق و معینی نداشته و مواد اطراف آن بتدریج در فضا منتشر می‌شوند. اما چنین به نظر می‌رسد که خورشید لبه تیزی داشته باشد، چرا که بیشتر نوری که به زمین می‌رسد از یک لایه که چند صد کیلومتر ضخامت دارد ساطع می‌شود. این لایه فوتوسفر نام داشته و به عنوان سطح خورشید شناخته شده است. بالای سطح خورشید ، کروموسفر یا رنگین کره و هاله خورشیدی قرار دارند که با همدیگر جو خورشید را تشکیل می‌دهند.
مرکز خورشید مانند کوره‌ای هسته‌ای است با دمای ۱۵ میلیون درجه سانتیگراد (۲۷ میلیون درجه فارنهایت) که چگالی‌اش ۱۶۰ برابر آب می‌باشد. تحت چنین شرایطی هسته‌های اتم هیدروژن باهم ترکیب شده و تبدیل به هسته‌های هلیووم می‌شوند. در این حین، ۰٫۷ درصد جرم ترکیب شده ، تبدیل به انرژی می‌شود. از ۵۹۰ میلیون تن هیدروژنی که در هر ثانیه در مرکز خورشید ترکیب می‌شوند، ۳٫۹ میلیون تن به انرژی تبدیل می‌شود. این سوخت هیدروژنی ، تا ۵ میلیارد سال دیگر دوام خواهد داشت. مسیر نامنظم ۲ میلیون سال طول می‌کشد تا انرژی تولید شده در مرکز خورشید به سطح آن رسیده و بصورت نور و گرما تابش کند، سپس بعد از فقط ۸ دقیقه ، این انرژی به زمین می‌رسد.هنگامی که خورشید منبسط می شود تا تبدیل به یک غول سرخ شود، قطرش حدود ۱۵۰برابر بزرگتر خواهد شد. گازهای منبسط شده و داغ، رنگ زرد و حرارت خود را از دست داده و قرمز رنگ و سرد خواهند شد. اما بخاطر بزرگتر شدن سطح خورشید،درخشندگی آن ۱۰۰۰برابر افزایش یافته و نور بیشتری ساطع خواهد کرد.

زبانه‌ها و شعله‌های خورشیدی
زبانه حلقوی در شکل پایین ، خطوط میدان مغناطیسی ، دو لکه خورشیدی را به هم متصل کرده است. در سال ۱۹۷۳ ، یک زبانه خورشیدی (سمت چپ تصویر) ۰۰۰/۵۸۸ کیلومتر (۳۶۵٫۰۰۰ مایل) از سطح خورشید را پوشاند. اغلب فعالیتهای شدید خورشید در نزدیکی لکه‌های خورشیدی رخ می‌دهند. شعله‌های خورشیدی ، جرخه‌هایی از انرژی هستند که عمر چند ساعته دارند، این شعله‌ها هنگامی بوجود می‌آیند که مقدار زیادی انرژی مغناطیسی بطور ناگهانی آزاد شود. زبانه‌های خورشیدی ، فوارانهایی از گاز مشتعل هستند که ممکن است صدها هزار کیلومتر در فضا پیش بروند. میدان مغناطیسی خورشید می‌تواند زبانه‌های حلقوی را هفته‌ها در فضا پیش بروند معلق نگاه دارد.

باد خورشیدی
هاله (جو بیرونی) خورشید حاوی ذراتی است که انرژی کافی برای فرار از جاذبه خورشید را دارند. این ذرات بصورت مارپیچی با سرعتی معادل۹۰۰ کیلومتر (۵۶۰ مایل) در ثانیه از خورشید دور شده و باد خورشیدی را بوجود می‌آورند. این ذرات در همان مسیرهای میدان مغناطیسی خورشید حرکت می‌کنند و از آنجا که دارای بار الکتریکی هستند، منظومه شمسی را پر از جریانات الکتریکی می‌کنند. ناحیه فعالیتهای خورشیدی ، هلیوسفر (کره خورشیدی) نامیده می‌شود. باد خورشیدی در هر ثانیه حدود یک میلیون تن هیدروژن حورشید را از بین می‌برد. ۱۰۰۰۰۰ میلیارد سال طول خواهد کشید تا باد خورشیدی تمام جرم خورشید را در فضای بین سیاره‌ای پخش کند، اما طول عمر طبیعی خورشید فقط ۱۰ میلیارد سال است.

مسیر نامنظم
دو میلیون سال طول می کشد تا انرژی تولید شده
در مرکز خورشید به سطح آن رسیده و بصورت
نورو گرما تابش کند، سپس بعد از فقط ۸ دقیقه
این انرژی به زمین می رسد.

چرخه‌ها و لکه‌های خورشیدی
حرکت وضعی خورشید باعث ایجاد میدان مغناطیسی می‌شود، مناطق استوایی خورشید سریعتر از مناطق قطبی آن چرخیده و این امر باعث می‌شود که خطوط میدان مغناطیسی درون خورشید حلقه بزنند. این خطوط در صورت خروج از سطح خورشید ، باعث فعالیتهای خورشیدی نظیر لکه‌های خورشیدی ، شعله‌ها و زبانه‌های خورشیدی می‌شوند. این فعالیتها ، بخصوص لکه‌های خورشیدی ، چرخه‌ای ۱۱ ساله دارند.
مرگ خورشید
۵ میلیارد سال بعد ، بیشتر هیدروژن موجود در هسته خورشید گداخته شده و صرف تهیه هلیوم خواهد شد. در آن زمان ، جاذبه باعث انقباض هسته شده و فشار ، دمای آنرا افزایش خواهد داد. هیدروژن شروع به سوختن در پوسته اطراف هسته خواهد کرد. انرژی حاصل از این گداخت هسته‌ای در پوسته ، باعث انبساط لایه‌های خارجی خواهد شد و سیارات عطارد و زهره را ذوب می‌کند و آنها را در بر می‌گیرد. انبساط خورشید تا مدار زمین متوقف شده و حرارتش تمام موجودات زنده را از بین می‌برد. بعد از آن خورشید تبدیل به یک غول سرخ می‌شود. سپس ، لایه‌های خارجی در فضا پخش شده و یک سحابی سیاره‌ای

تشکیل خواهند داد. هسته نیز بصورت یک ستاره کوتوله سفید باقی مانده و بتدریج از بین خواهد رفت. پس می‌توان گفت که با فرا رسیدن مرگ خورشید ، مرگ زمین و تمام موجودات این سیاره فرا می‌رسد.برای شناخت زیستگرد خورشید لازم است به مسائل بسیاری بویژه در زمینه تکامل ستارگان توجه گردد. از آنجائی که عمر ستارگان به چندین هزار میلیون سال می‌رسد، لذا پیگیری مراحل تکاملی یک ستاره از زمان پیدایش تا مرگ آن غیر ممکن است، اما بررسی ستارگان گوناگونی که در مراحل مختلف تکامل قرار گرفته‌اند خود دریچه‌ای است برای آشنائی با بسیاری از ناشناخته‌ها و دیدار سیمای کلی تکامل

ستارگان.برای این منظور نخست لازم است ستارگان را طبقه بندی نمود و هر کدام را از نظر تکامل در ردیف ویژه خویش قرار داد. یکی از متداولترین شیوه‌های طبقه بندی ستارگان طریقه M.K.K است که از نام دانشمندان مبتکر این شیوه یعنی مورگان کینان و کلمن اقتباس گردیده است.

نمودار هرتسپرونگ راسل
هرگاه ستارگان را بر اساس طبقات طیفی (با حرارتی) و میزان تابناکی (با قدر مطلق) آنها گروه بندی نمائیم، سه گروه عمده در برابر دیدگان خود خواهیم یافت. در این نمودار بیشتر ستارگان در نوار باریکی که از گوشه سمت چپ بالا شروع شده و به گوشه پائین و سمت راست پایان می‌یابد، قرار می‌گیرند و خورشید ما نیز در همین نوار باریک که به آن گروه یا رشته اصلی می‌گویند جای گرفته است.گوشه بالا و سمت راست نمودار به گروه غول اختران اختصاص یافته است.

اختران مزبور که غولهای سرخ نام دارند، از نظر جثه بسیار بزرگتر از ستارگان گروه اصلی می‌باشند و از نظر طبقه طیفی (یا حرارتی) با یکدیگر شباهت فراوان داشته و بسیار درخشان هستند.گروه سوم که کوتوله‌های سفید نام دارند، در پائین و سمت چپ گروه اصلی جای گرفته‌اند. این ستارگان بسیار داغ هستند و از نظر اندازه شباهت فراوانی به کره خاکی ما دارند و از تابناکی اندکی برخوردارند. توجه به ویژگیهای سه گروه بالا ، چگونگی مراحل سنی و تکاملی خورشید را بخوبی نشان می‌دهد و گذشته و حال و آینده آن را به آسانی ارزیابی می‌نماید.

 

تولد ستارگان
در زمینه زایش و پیدایش اختران ، گمان بر این است که چنین ستارگان احتمالاً از ربایش ، برخورد و جوشش خرد ریزه‌های کار و ابرگونه‌های کیهانی پدید می‌آید. طبیعی است که دمای اجرام مزبور متناسب با انبوهش ابرگونه‌ها و فرآیند برخورد و جذب خرد ریزه‌های مورد بحث و پدیداری خاصیت ثقلی ، به مرور فزونی می‌یابد و یک پیش ستاره در آستانه پیدایش قرار می‌گیرد. آزاد شدن نیروی ثقلی ، درخشندگی و تابناکی را به همراه می‌آورد و هماهنگ با افزایش انقباض بر تراکم و بزرگی توده مرکزی افزوده می‌گردد.فرآیندهای مزبور تا حدی ادامه می‌یابند که دمای توده مرکزی به میزان ۱۰ کلوین یعنی دمای مناسب برای گدازش. تبدیل ئیدروژن به هلیوم بالغ گردد. نیروی حاصل از این واکنشها به حدی است که از چروکیدن و جمع شدن ستاره جلوگیری نموده و تعادل میان فشار درونی و نیروی جاذبه ستاره را برقرار سازد. در این هنگام ستاره از مرحله نوباوگی و گروه اصلی که مرحله‌ای ثابت و استوار است پای می‌گذارد.طبیعی است هر اندازه جثه ستارگان بزرگتر باشد، دما و تابناکی آنها نیز به همان میزان زیادتر خواهد بود. ستارگانی که به شرح بالا وارد مرحله گروه اصلی می‌گردند، طی توقف در این مرحله دگرگونیهای کوچکی را در وضع پوسته سطحی تحمل می‌کنند و با تبدیل ئیدروژن به هلیوم برای مدتها بس طولانی به بازدهی انرژی می‌پردازند.
ستاره خورشید
خورشید شناسان برای ستاره ای مانند خورشید ، مدت توقف در مرحله گروه اصلی را حدود ده هزار میلیون سال برآورد نموده‌اند. از آنجائی که سن خورشید از زمان پیدایش تا کنون چیزی حدود ۴۶۰۰ میلیون سال است، لذا قاعدتاً بایستی حدود ۵ یا ۶ هزار میلیون سال دیگر در همین مرحله باقی بماند. توده مرکزی ستارگان گروه اصلی که بالاترین مرحله تکامل را پشت سر گذارده‌اند، بر اثر برون داد ئیدروژن به خاکستر هلیوم مبدل می‌گردد و سپس تحت تأثیر فشارهای وارده از وزن لایه‌های زیرین ، رو به چروکیدن و جمع شدن می‌نهد و همزمان دمای لایه‌های پیرامون خود را به حدی که گدازش هسته‌ای امکان پذیر گردد، فزونی بخشد.هماهنگ با افزایش روند تولید انرژی ، ستاره رو به آماسیدن و باد کردن می‌نهد و این تورم تا حدی که یک بار دیگر میان فشار درونی و نیروی جاذبه

تعادل برقرار گردد. ادامه می‌یابد و سرانجام ستاره به یک غول سرخ دگرگون می‌شود و تابناکی آن گاه تا هزار برابر افزایش می‌یابد و بدینسان ستاره از گروه اصلی به گروه غول اختران گام می‌نهد. زمانی که خورشید ما به این مرحله از تکامل وارد گردد، عظمت آن به حدی می‌رسد که سیاره تیر یا عطارد را در کام خویش فرو می‌برد و موفقیت زیست را از زمین می‌زداید.

مرحله کوتوله سفید
با رسیدن دمای توده مرکزی غولهای سرخ به مرز کلوین واکنش هسته‌ای جدیدی در آن روی می‌دهد و طی آن کربن به هلیوم مبدل می‌شود. فرآیند مزبور باعث می‌گردد که ستاره به مرحله ثابت دیگری که چندان هم به درازا نخواهد کشید، پای گذراد و پس از حدود چند صد میلیون سال که چروکیدن توده مرکزی هنچنان ادامه داشته است، سراسر کره مزبور نیز به چروکیدن و کوچک شدن روی نهد و انرژی هسته‌ای کاهش یابد و سرانجام به یک کوتوله سفید مبدل گردد و بدینسان ستاره از گروه غولهای سرخ به گروه کوتوله های سفید وارد می گردد.

مرحله کوتوله سیاه
در این مرحله عمل چروکیدن به دلیل فشار حاصل از الکترونهای پرنده بسیار سریع متوقف می‌گردد و در حالیکه جرم آن همچنان ثابت مانده است، بر تراکم آن گاه تا حدود یک میلیون بار افزوده می‌گردد و ستاره به حدی متراکم می‌شود که وزن یک قاشق چای خوری از مواد آن (اگر بتوان آن را به زمین آورد) به چندین تن بالغ خواهد گردید. خورشید ما در مرحله کوتوله‌های سفید همچنان به برون داد انرژی درونی خویش ادامه می‌دهد و پس از طی چندین میلیون سال به مرور سرد می‌گردد و سرانجام از جوش و خروش باز می‌ایستند و به جرمی سرد و تاریک مبدل می‌شود و بالاخره به یک کوتوله سیاه دگرگون می‌گردد.توالی رویدادهای

گذشته و آینده خورشید را بنا بر فرضیه‌ها و نظرات نوین دیدیم، اما موضوع شایان توجه این است که ما هنوز از مکانیسم درونی خورشید به درستی آگاه نیستیم و لذا مراحل تکاملی آن نیز که بر پایه همین مکانیسم و مشکوک استوار است، طبعاً مورد پرسش بوده و قاعدتاً بایستی در راه تکمیل تجربیات همچنان گام برداشت و به آینده امید بخش‌تری چشم دوخت.

گاهی توفانهای بزرگی در جو خورشید رخ می‌دهد، گازهای بسیار داغ از لایه‌های زیرین می‌جوشد و تا ارتفاع زیادی در بالای سطح جریان می‌یابند. در مجاورت لکه‌ها ، ممکن است نوعی از توفانهای خورشید ، به نام شراره ظاهر شوند. انرژی که شراره در فام سپهر آزاد می‌کند، به صورتی بسیار تماشایی است. در منطقه‌ای وسیع ، جرقه‌هایی زیبا ، روشن و خاموش می‌شوند که هر کدام مانند آذرخشهای بسیار بزرگی می‌درخشند. شراره تمام انرژی خود را تنها در پنج دقیقه از دست می‌دهد و سپس همه چیز حالت عادی به خود می‌گیرد.
شراره خورشید
شراره ابرهای بزرگی از ذرات باردار را به بیرون از خورشید پرتاب می‌کند. این ذرات با سرعت میلیونها کیلومتر در ساعت حرکت می‌کنند. در حدود دو روز بعد به مجاورت زمین می‌رسند و برخی از آنها بسوی مناطق قطبی زمین منحرف می‌شوند، زیرا زمین مانند یک آهنربای میله‌ای ، میدان مغناطیسی دارد و حرکت ذرات باردار که از خورشید می‌رسند، تحت تاثیر این میدان قرار می‌گیرد. ذرات باردار که به طرف قطبها منحرف می‌شوند، با گازهای

بخش بالایی جو برخورد می‌کنند. در نتیجه شبتاب بوجود می‌آید و نور گسیل شده از آن به صورت نمایش زیبا پدیدار می‌شود که آن را شفق می‌نامیم.