آخرین باری که به بالا نگاه کردید و نیروی اسرارآمیز و حیات بخشی که ما آن را خورشید می نامیم، چه زمانی بود؟
اگر می دانید که خیره شدن به خورشید می تواند شما را کور کند (که درست است)، احتمالاً از خیره شدن طولانی مدت به آن اجتناب می کنید. با این حال، خورشید واقعاً شگفت‌انگیز است: هر روز سیاره ما را گرم می‌کند، نور دیدنی را برای ما فراهم می‌کند و برای زندگی روی زمین ضروری است. علیرغم مزایای باورنکردنی آن، می تواند باعث آسیب سلولی و کوری نیز شود. اندازه خورشید به قدری وسیع است که می تواند ۱.۳ میلیون زمین را درون خود جای دهد و غروب های خیره کننده و انرژی بسیار زیادی تولید می کند که معادل ۱ تریلیون بمب مگاتون در هر ثانیه است.
با وجود شکوه و قدرت، خورشید ما یک ستاره معمولی در مقیاس جهانی در نظر گرفته می شود. اهمیت آن برای زمین از نزدیکی آن ناشی می شود و این واقعیت است که ما وجود خود را مدیون نزدیکی آن هستیم.
پس خورشید چقدر نزدیک است؟ و چقدر فضا لازم است تا ۱.۳ میلیون زمین را در خود جای دهد؟ علاوه بر این:
- خورشید چگونه انرژی آزاد می کند؟
- آیا خورشید می تواند نقشی در شروع زندگی روی زمین و بقیه منظومه شمسی ما داشته باشد؟
- آیا خورشید حرکت می کند؟
- چرا خورشید شعله های خورشیدی ساطع می کند؟
- آیا خورشید در حال از بین رفتن است؟ اگر چنین است، چه زمانی این اتفاق خواهد افتاد و با مرگ خورشید چه اتفاقی برای زمین و ساکنان آن خواهد افتاد؟
آیا خورشید عامل تشکیل حیات روی کره زمین است؟
مطالعه‌ای که در سال ۲۰۲۳ توسط مجله Life منتشر شد، نشان می‌دهد که بلوک‌های ساختمانی اساسی حیات ممکن است از فعل و انفعالات بین ذرات پرانرژی خورشید و جو اولیه زمین سرچشمه گرفته باشند. از طریق آزمایش‌ها، محققان نشان دادند که چگونه ذرات خورشیدی که با گازهایی مانند دی اکسید کربن، نیتروژن مولکولی و متان برخورد می‌کنند، می‌توانند اسیدهای آمینه و اسیدهای کربوکسیلیک – اجزای حیاتی پروتئین‌ها و حیات آلی – تولید کنند.
برای درک بهتر منشأ حیات، دانشمندان اغلب چگونگی تشکیل اسیدهای آمینه ضروری برای زندگی را بررسی می کنند. یک نظریه ارائه شده توسط چارلز داروین در دهه ۱۸۰۰ نشان می دهد که زندگی می تواند در یک “برکه کوچک گرم” از مواد شیمیایی که توسط رعد و برق انرژی می گیرد آغاز شده باشد.
در سال ۱۹۵۳، استنلی میلر این ایده را در یک آزمایشگاه بازسازی کرد و اسیدهای آمینه را از مخلوطی از متان، آمونیاک، آب و هیدروژن مولکولی که در معرض رعد و برق شبیه سازی شده بود تولید کرد. با این حال، تحقیقات بعدی رویکرد میلر را زیر سوال برد و تفاوت هایی را در ترکیب اولیه جو زمین آشکار کرد.
آیا رعد و برق منبع اولیه انرژی بود؟ شاید نه.
در مطالعه سال ۲۰۲۳، ولادیمیر آیراپتیان، نویسنده اصلی، از داده‌های ماموریت کپلر ناسا استفاده کرد تا پیشنهاد کند که فوران‌های خورشیدی قدرتمند، به نام ابرشعله‌ها، از خورشید جوان می‌توانند واکنش‌های شیمیایی را در برخورد با جو زمین ایجاد کنند.
نظریه شکل گیری خورشید
بر اساس نظریه سحابی خورشیدی، خورشید حدود ۴.۵ میلیارد سال پیش از یک ابر عظیم گاز و غبار در فضا شکل گرفت. ابر وسیعی را در فضا تصور کنید که در اثر نیروهای خارجی منقبض شده و می‌چرخد و یک صفحه تخت و چرخان به نام سحابی خورشیدی را تشکیل می‌دهد. در مرکز این دیسک، یک ستاره جوان شکل می گیرد و مواد در اطراف آن جمع می شوند.
ذرات کوچک در دیسک به هم می‌چسبند و قطعات وسیع‌تری مانند بلوک‌های ساختمانی ایجاد می‌کنند که در نهایت به سیاره‌های کوچک تبدیل می‌شوند. وقتی ستاره جوان به اندازه کافی داغ می شود، با تبدیل هیدروژن به هلیوم شروع به درخشش می کند و تبدیل به خورشید می شود. با گذشت زمان، سیارات گرم می‌شوند و تکامل می‌یابند و انرژی خورشید گازهای باقی‌مانده را می‌برد و سیارات، قمرها، سیارک‌ها و دنباله‌دارها را آشکار می‌کند.
خورشید به عنوان یک ستاره
خورشید ستاره ای است شبیه ستاره های دیگر که در آسمان شب دیده می شوند. تفاوت اصلی در فاصله نهفته است. ستارگانی که ما می‌بینیم سال‌های نوری زیادی از ما فاصله دارند، در حالی که خورشید ما تنها حدود هشت دقیقه نوری با ما فاصله دارد که به طور قابل توجهی نزدیک‌تر است.
خورشید که رسماً بر اساس دما و طول موج های نور ساطع شده به عنوان یک ستاره نوع G2 طبقه بندی می شود، تنها یکی از میلیاردها ستاره در کهکشان ما است که از مواد و اجزای مشابه تشکیل شده است.
قسمت های مختلف خورشید
خورشید اساساً از گاز تشکیل شده است و فاقد یک سطح جامد است، با این حال ساختار کاملاً مشخصی از خود نشان می دهد. اجزای ساختاری کلیدی خورشید، همانطور که در نیمه بالایی شکل ۱ نشان داده شده است، عبارتند از:
- هسته: این ناحیه که در مرکز خورشید قرار دارد، ۲۵ درصد شعاع خورشید را تشکیل می دهد.
- ناحیه تابشی: اطراف هسته، این بخش ۴۵ درصد شعاع خورشید را تشکیل می دهد.
- ناحیه همرفتی: بیرونی ترین حلقه خورشید را تشکیل می دهد، این ناحیه ۳۰ درصد شعاع خورشید را تشکیل می دهد.
فراتر از سطح خورشید جو آن قرار دارد که از سه بخش مجزا تشکیل شده است که در نیمه پایینی شکل ۱ نشان داده شده است:
- Photosphere: درونی ترین لایه جو خورشید و تنها قسمت قابل مشاهده از زمین.
- کروموسفر: این ناحیه که بین فوتوسفر و تاج قرار دارد، گرمتر از فوتوسفر است.
- تاج: بیرونی ترین لایه بسیار داغ که چندین میلیون مایل به سمت بیرون از کروموسفر امتداد دارد.
ویژگی های مختلف مشاهده شده بر روی خورشید را می توان با واکنش های هسته ای که انرژی آن را تولید می کند، میدان های مغناطیسی ناشی از حرکات گاز و گرانش قابل توجه خورشید توضیح داد. خورشید با توجه به اندازه اش، نیروی گرانشی کافی برای نگه داشتن تمام سیارات در مدار خود به دور خود دارد.
فضای داخلی خورشید: هسته
هسته خورشید که از مرکز به سمت بیرون امتداد دارد تا ۲۵ درصد شعاع ستاره را بپوشاند، دمایی بیش از ۱۵ میلیون درجه کلوین دارد. گرانش در هسته تمام جرم را به داخل می کشد و فشار شدید ایجاد می کند.
فشار بالا باعث ایجاد واکنش های همجوشی هسته ای می شود. مراحل این واکنش ها در ادامه نوشته شده است:
- دو پروتون با هم ترکیب می شوند و یک اتم دوتریوم (اتم هیدروژن با یک نوترون و یک پروتون)، یک پوزیترون (شبیه به یک الکترون اما دارای بار مثبت) و یک نوترینو را تشکیل می دهند.
- یک پروتون و یک اتم دوتریوم با هم ترکیب می شوند و یک اتم هلیوم-۳ (دو پروتون با یک نوترون) و یک پرتو گاما ایجاد می کنند.
- دو اتم هلیوم-۳ با هم ترکیب می شوند و یک اتم هلیوم-۴ (دو پروتون و دو نوترون) و دو پروتون به وجود می آید.
این واکنش ها ۸۵ درصد از انرژی خورشید را تشکیل می دهند. ۱۵ درصد باقی مانده از واکنش های اضافی ناشی می شود:
- یک اتم هلیوم-۳ و یک اتم هلیوم-۴ با هم ترکیب می شوند و یک بریلیوم-۷ (چهار پروتون و سه نوترون) و یک پرتو گاما را تشکیل می دهند.
- یک اتم بریلیم-۷ یک الکترون را جذب می کند و به یک اتم لیتیوم-۷ (سه پروتون و چهار نوترون) و یک نوترینو تبدیل می شود.
- لیتیوم-۷ با یک پروتون ترکیب می شود و دو اتم هلیوم-۴ تولید می کند.
اتم‌های هلیوم-۴ نسبت به دو اتم هیدروژن اصلی جرم کمتری دارند و بر اساس نظریه نسبیت اینشتین (E = mc²) اختلاف جرم را به انرژی تبدیل می‌کنند. این انرژی در اشکال مختلف نور از جمله اشعه ماوراء بنفش، اشعه ایکس، نور مرئی، مادون قرمز، امواج مایکروویو و امواج رادیویی منتشر می شود.
خورشید همچنین ذرات پر انرژی مانند نوترینو و پروتون را آزاد می کند و باد خورشیدی را تشکیل می دهد. این انرژی با رسیدن به زمین، سیاره را گرم می کند، بر الگوهای آب و هوا تأثیر می گذارد و انرژی برای زندگی فراهم می کند. اکثر پرتوهای UV و بادهای خورشیدی به دلیل سپر محافظ جو زمین برای ما بی ضرر هستند.
فضای داخلی خورشید: مناطق تابشی و همرفتی
منطقه تابشی که ۴۵ درصد شعاع خورشید را تشکیل می دهد، انرژی را از هسته می بیند که توسط فوتون ها به بیرون منتقل می شود. حدود ۱۰۰۰۰۰ تا ۲۰۰۰۰۰ سال طول می کشد تا یک فوتون به دلیل جذب های مکرر و انتشار مجدد به سطح برسد.
منطقه همرفتی که ۳۰ درصد نهایی شعاع خورشید را تشکیل می‌دهد، با جریان‌های همرفتی که انرژی را به سمت بیرون به سطح می‌برد، مشخص می‌شود. این جریان ها سریعتر از انتقال تابشی در هسته و ناحیه تابشی حرکت می کنند.
جو خورشید
خورشید نیز مانند زمین، جو خود را دارد که از فتوسفر، کروموسفر و تاج تشکیل شده است.
Photosphere
سطح قابل مشاهده خورشید که ویژگی های دانه بندی شده یا حبابی را نشان می دهد. همانطور که فرد به سمت بالا حرکت می کند، دما کاهش می یابد و تیره شدن اندام یک لبه شفاف و واضح ایجاد می کند.
کروموسفر
کروموسفر با امتداد بالای فتوسفر، افزایش دما را تجربه می کند و با همرفت درون فوتوسفر گرم می شود. گازها امواج ضربه ای تولید می کنند که منجر به افزایش اسپیکول ها از سطح می شود.
تاج
بیرونی ترین لایه که چندین میلیون مایل از کروموسفر امتداد دارد، تاج در طی یک خورشید گرفتگی قابل مشاهده است. دمای آن به طور متوسط ۲ میلیون درجه کلوین است و نواحی روشن و حفره های تاجی تیره مشاهده می شود.
ویژگی های خورشید: لکه های خورشیدی، برجستگی های خورشیدی و شراره های خورشیدی
لکه های خورشیدی
اینها مناطق تاریک و خنک تری هستند که همیشه به صورت جفت در فوتوسفر ظاهر می شوند. آنها میدان های مغناطیسی قوی دارند، حدود ۵۰۰۰ برابر قوی تر از میدان مغناطیسی زمین، که از سطح خورشید عبور می کنند. خطوط میدان مغناطیسی از یک لکه خورشیدی خارج شده و به لکه دیگر باز می گردند. حرکت گازها در داخل خورشید باعث ایجاد این میدان های مغناطیسی می شود.
لکه های خورشیدی از چرخه خورشیدی پیروی می کنند، یک الگوی ۱۱ ساله با زمان فعالیت زیاد و کم. مشخص نیست چه چیزی باعث این چرخه می شود، اما دو ایده اصلی وجود دارد:
- چرخش ناهموار خورشید خطوط میدان مغناطیسی را در داخل می پیچد و منحرف می کند. این خطوط پیچ خورده سطح را می شکنند و جفت لکه های خورشیدی ایجاد می کنند. در نهایت، خطوط جدا می شوند و منجر به کاهش فعالیت لکه های خورشیدی می شوند. سپس چرخه تکرار می شود.
- لوله های بزرگ گاز در عرض های جغرافیایی بالا به دور فضای داخلی خورشید حرکت می کنند و سپس به سمت استوا می روند. هنگامی که این لوله ها برهم کنش می کنند، لکه های خورشیدی ایجاد می کنند. با رسیدن به خط استوا، از هم جدا می شوند و باعث کاهش فعالیت لکه های خورشیدی می شوند.
برجستگی های خورشیدی
قوس های گازی که از کروموسفر برمی خیزند، در امتداد خطوط مغناطیسی از جفت لکه های خورشیدی قرار گرفته اند. برجستگی ها می توانند ماه ها دوام بیاورند و فوران کنند و مواد را در فضا رها کنند.
شعله های خورشیدی
انفجارهای ناگهانی از خورشید در گروه های پیچیده لکه های خورشیدی، انتشار گاز، الکترون، نور مرئی و فرابنفش و اشعه ایکس. شعله های خورشیدی می توانند بر جو زمین تاثیر بگذارند و باعث ایجاد شفق های قطبی شوند و ارتباطات و شبکه های برق را مختل کنند.
سرنوشت خورشید چگونه خواهد شد؟
خورشید که برای حدود ۴.۵ میلیارد سال می درخشد، تعادلی بین فشار بیرونی ناشی از همجوشی هسته ای و گرانش درونی است. سوخت هیدروژنی آن برای بیش از ۵ میلیارد سال سوخت کافی است، اما پس از اتمام سوخت، حداقل ۵ میلیارد سال دیگر ادامه خواهد داشت.
وقتی هسته هیدروژن تمام می شود، منقبض می شود، لایه های بالایی را گرم می کند و به یک غول قرمز منبسط تبدیل می شود. شعاع خورشید غول سرخ ۱۰۰ برابر افزایش می یابد و به مدار زمین می رسد و در نهایت سیاره را تبخیر می کند. هسته دستخوش دگرگونی های بیشتری خواهد شد و در طی میلیاردها سال به یک کوتوله سفید و در نهایت به یک کوتوله سیاه تقریبا نامرئی تبدیل می شود.
برای چندین میلیارد سال آینده، بشریت از نظر وجود خورشید در امان است، اگرچه چالش‌های دیگر نامشخص هستند.
منابع
