حرارة الشمس

عبارة عن فرن عظيم يقوم على التفاعل النووي الالتحامي (اندماج نووي) حيث يتحول الهيدروجين إلى الهيليوم.

ولا توجد تلك المواد في صورة غازية بسبب درجة الحرارة العظيمة وإنما في صورة بلازما. يبلغ قطر البلازما 1390 مليون كيلومتر، وتبلغ كتلة الشمس أكبر 333.000 من كتلة الأرض.

 ولا نستطيع رؤية ما بداخلها ولكن توجد جسيمات أولية تصل إلينا وتنتشر في الفضاء تنشأ في قلب الشمس. وتسمى تلك الجسيمات نيوترينو، وهي تؤيد أن درجة حرارة قلب الشمس يصل إلى 7و15 مليون درجة مئوية، وهي درجة الحرارة اللازمة للاندماج النووي للهيدروجين. وتتحول كل ثانية واحدة 564 مليون طن من الهيدروجين إلى 560 مليون طن من الهيليوم. ويتحول فرق الكتلة (4 مليون طن) إلى طاقة تـُشع إلى الخارج في صورة الضوء وجسيمات. ونظرا لكثافة باطن الشمس العظيمة تتصادم الجسيمات باستمرار ولا تستطيع الخلاص من القلب والخروج إلى السطح إلا بعد نحو 170.000 سنة. وهذا مايعانية الضوء الذي يصل إلينا ويمنحنا الحرارة والحياة. وعلى عكس درجة الحرارة الهائلة في باطن الشمس، تبلغ درجة حرارة الغلاف الشمسي نحو 5700 درجة مئوية فقط. ومن العجيب أن درجة الحرارة خارج الشمس لا تستمر في الانخفاض، وإنما تبدأ ثانيا في الزيادة إلى نحو 2 مليون درجة مئوية في هالة الشمس، ويعتقد العلماء أن السبب في ذلك يرجع إلى زوابع مغناطيسية.

اقرء المزيد

التركيب الكيميائي للشمس

تتكون الشمس بصفة أساسية من عنصري الهيدروجين والهيليوم بنسبة 9و74 % و 8و23% على التوالي وهذا التكوين هو ما يبينه الغلاف الضوئي. وتسمى العناصر الأثقل من ذلك "معادن" طبقا للمصطلح الفلكي، ونسبتها في الشمس أقل من 2% من كتلة الشمس. و المعادن تتكون من 1% منالأكسجين والكربون 3و0 % والنيون 2و0%، والحديد 2و0%، وذلك بحسب قياسات عام 2004.  وتكونت الشمس منذ نحو 5و4 مليار سنة من الهيدروجين والهيليوم مختلطا به قليل من المعادن (نحو 5و1 %) ناشيئ عن تخليق العناصر في أجيال من النجوم الأقدم أكملت مراحل تطورها ثم انفجرت كمستعرات عظمى وألقت محتوياتها في الوسط البيننجمي، ومنها تكونت الشمس. ويعتبر التركيب الكيميائي للغلاف الضوئي مماثلا للتركيب الكيميائي للمجموعة الشمسة عند نشأتها. وبعد نشأة الشمس وبدأ فيها تخليق العناصر المعدنية الأثقل فتنفصل هذه عن الغلاف الضوئي السطحي مترسبة في مركز الشمس. ولذلك فيحتوي الغلاف الضوئي حاليا على نسبة من الهيليوم أقل حيث كانت نسبته الأصلية عند نشأة الشمس 4و27 % وكانت نسبة الهيدروجين 1و71 % ونسبة المعادن 5و1%. 

وقد عمل الاندماج النووي للهيدروجين وتحوله إلى الهيليوم في قلب الشمس على تغيير نسب العناصر، فأصبح باطن الشمس يحتوي على 60% من الهيليوم كما تغيرت نسب العناصر الأخرى "المعادن". ونظرا لأن الطبقة الداخلية من باطن الشمس طبقة تنتقل فيها الحرارة بالإشعاع وليس بالحمل الحراري فإن المكونات الثقيلة الناتجة عن الاندماج النووي تتركز في قلب الشمس ولا تخرج إلى السطح (الغلاف الضوئي).

اقرء المزيد

قلب الشمس

يعتقد أن قلب الشمس يشمل بين 20% إلى 25 % من نصف قطر الشمس عند المركز. 

تبلغ كثافة قلب الشمس 150 جرام/ سنتيمتر مكعب (أي أكبر 150 مرة قدر كثافة الماء)، وتبلغ درجة حرارة القلب نحو 13.6 مليون درجة كلفن. بالمقارنة، تبلغ درجة حرارة سطح الشمس نحو 5800 كلفن فقط. وترجح القياسات التي أجراها مرصد سوهو للشمس أن قلب الشمس يدور حول المحور بسرعة أكبر من سرعة دوران الطبقات العليا الموصلة للحرارة في الشمس.

تنتج الشمس حرارتها خلال معظم عمرها عن طريق الاندماج النووي للهيدروجين، وهو يحدث خلال عدة خطوات متعاقبة تسمى سلسلة تفاعل بروتون-بروتون يتحول فيها الهيدروجين إلى الهيليوم. كما ينشأ نحو 2% من الهيليوم في الشمس عن طريق دورة كنو، وهي دورة تفاعلات خاصة بتخليق العناصر الكربون والنيتروجين والأكسجين في قلب الشمس تحت ظروف الحرارة العالية البالغة 13.6 مليون درجة كلفن.

وقلب الشمس هو المنطقة التي تتولد فيها معظم حرارة الشمس من خلال الاندماج النووي : 24% من نصف قطر الشمس تتولد فيه 99% من حرارة الشمس، وفي المنطقة الخارجة عن 30% من نصف قطر الشمس فلا يتواجد فيها اندماج نووي تقريبا، وتسخن بقية الشمس أو النجم عن طريق انتقال الحرارة من الداخل إلى الخارج. وتنتقل الطاقة المتولدة في القلب خلال طبقات عديدة حتى تصل إلى سطح الشمس (الغلاف الضوئي للشمس) فتُشع في الفضاء في هيئة ضوء وجسيمات ذات طاقة حركة سريعة.

تحدث سلسلة تفاعل بروتون-بروتون نحو 9.2×10³⁷ مرة في الثانية في قلب الشمس وتندمج خلالة 4 أنوية للهيدروجين (4 بروتونات) مكونة جسيم ألفا وهو نواة ذرة. (تندمج نحو 3.7 × 10³⁸ من البروتونات كل ثانية في قلب الشمس، من مجموع عدد البروتونات فيها المقدر بنحو ~8.9 × 10⁵⁶من البروتونات الحرة). أي تندمج بمعدل 6.2 × 10¹¹ كيلوجرام/الثانية (تعادل 6.2 × 10⁸ طن/ثانية). 

ونظرا لأن الاندماج النووي يكون مصحوبا بتحول نحو 0.7% من المادة إلى طاقة فإن الشمس تُصدر طاقة ناشئة عن تحول المادة إلى طاقة بمعدل 4.26 مليون طن/الثانية (تعادل (3.846×10²⁶ وات).  أو 9.192 × 10¹⁰ مليون طن من التي إن تي TNT كل ثانية، وتتحول المادة إلى طاقة وتشع كطاقة إشعاعية طبقا لقانون تكافؤ المادة والطاقة الذي صاغة أينشتاين في النظرية النسبية.

تنتقل الحرارة من قلب الشمس (كما في قلب نجم ذو كتلة تعادل كتلة الشمس) إلى طبقة أعلاها عن طريق الإشعاع، وتعلو تلك الطبقة طبقة أخرى تنتقل فيها الحرارة من الداخل إلى الخارج بالحمل الحراري (أنظر الشكل) وتخرج الحرارة إلى الفضاء من السطح الذي يسمى أحيانا الغلاف الضوئي.

إنتاج القدرة بالاندماج النووي في اللب يختلف باختلاف المسافة من مركز الشمس. تقدر القيمة نظرياً في مركز الشمس بـ276.5 وات لكل متر مكعب. يعتبر معدل الاندماج ذاتي الاتزان حيث أن أي ارتفاع في معدل الاندماج يتسبب في تسخين القلب أكثر ويتمدد بالمقابل نحو الطبقات الخارجية الضاغطة عليه وبالتالي يقل معدل الاندماج معدلاً ذلك الاضطراب والعكس صحيح.

اقرء المزيد

الشمس مصدر الطاقة

ظلت الشمس المصدر لاحتياجات الإنسان من الطاقة إلى أن عرف الطاقة النووية. تستفيد النباتات من طاقة الشمس في عملية التركيب الضوئي، وتتغذى الحيوانات بالنباتات. وفي النهاية يستفيد الإنسان من ذلك بالحصول على ما يلزمه من غذاء وملبس ومأوى.

ويستخدم الإنسان طاقة الشمس في الوقود الأحفوري، أي الفحم الحجري، والزيوت والغاز التي نشأت نتيجة لتعفن المواد النباتية، والحيوانية، التي ماتت، ودفنت في التربة الأرضية أو الأحراش أو أعماق البحار، من ملايين السنين. فإذا ما أحرقنا الفحم الحجري الناتج وكررنا الزيوت المستخرجة فإننا نحصل على الطاقة الشمسية التي اختزنت فيها من ملايين السنين.

وإضافة إلى ما سبق ذكره، فإن الإنسان يستخدم طاقة الإشعاع الشمسي لتوليد الطاقة، من وسائل أخرى. فنرى مثلاً طواحين الهواء، التي تحركها الرياح الناتجة عن الطاقة الشمسية، ونرى الأمطار الناتجة عن تبخر المياه من حرارة الشمس تتساقط لتملأ الأنهار التي يمكن استخدامها في توليد الطاقة الكهربائية منها باستخدام محطات توليد الكهرباء التي تركب عليها. كما نرى الأفران الشمسية التي تسلط عليها أشعة الشمس بعد تجميعها بمرايا خاصة فنحصل على حرارة عالية عند بؤرتها. ويمكن باستخدام الخلايا الشمسية المتنوعة الحصول على ما يلزم من طاقة يستخدمها الإنسان في تسيير المركبات الفضائية، والأقمار الصناعية.

اقرء المزيد

حركة الشمس

تدور الشمس حول محورها، كما تدور الأرض حول محورها، وكما أن الأرض تدور أيضاً حول الشمس فإن الشمس هي الأخرى تدور حول مركز مجرة درب التّبانة.

تستغرق دورة الأرض حول محورها الوهمي الذي يمتد من القطب الشمالي إلى القطب الجنوبي يومًا واحدًا، بينما تستغرق الشمس في دورانها حول محورها مدة شهر تقريباً، بحيث تستغرق دورة المناطق القريبة من خط استواء الشمس مدة أقل من الشهر ببضعة أيام، وتستغرق دورة المناطق القريبة من خط القطبين مدة أكثر من الشهر بأيام قليلة. ويرجع هذا الاختلاف إلى أن الشمس كرة من الغازات. ولو كان جسم الشمس صلباً لما وُجِدَ هذا الاختلاف في مدة دوران أجزائها المختلفة.

تدور الأرض حول الشمس في مدة سنة، بينما تستغرق الشمس في دورانها مرة واحدة حول مركز المجرة مدة قدرها 225 مليون سنة. وهذا يعني أن الشمس تقطع في هذه المدة مسافة تعادل 10 بلايين مرة قدر طول المسافة بين الأرض والشمس.

اقرء المزيد

مكونات الشمس

تحتوي الشمس على ثلاثة أرباع كتلتها من أخف الغازات المعروفة وهو الهيدروجين. أما الربع الباقي فيتكون معظمه من غاز الهيليوم الذي اكتشفه العلماء في جو الشمس قبل أن يُكتشف على سطح الأرض. وتأتي كلمة هيليوم من كلمة إغريقية معناها الشمس.

يبلغ عدد العناصر المعروفة 109 عناصر، يوجد منها 91 عنصرًا في الأرض أو خارجها. أما باقي العناصر الأخرى فهي عناصر مصنعة غير طبيعية. ويوجد من بين العناصر الطبيعية الموجودة في الأرض ما لايقل عن 70 عنصراً أمكن التعرف على وجودها على الشمس، إلا أن جميع هذه العناصر مجتمعة، باستثناء عنصري الهيدروجين والهيليوم، لاتوجد إلا بنسبة ضئيلة لاتتعدى 1 أو 2%. وقد تمكن العلماء من التعرف على وجودها في الشمس عن طريق دراسة طيف (أشكال الخطوط الملونة) ضوء الشمس.

اقرء المزيد

كتلة الشمس

تصل إلى 99,8 % من كتلة المجموعة الشمسية. انظر: الكتلة. وتبلغ مايقرب من 1,047 مرة قدر كتلة المشتري أكبر الكواكب في المجموعة الشمسية، كما أنها تبلغ 333,000 مرة قدر كتلة الأرض.

ولضخامة كتلة الشمس فإن قوة الجذب على سطحها تزيد كثيراً على قوة الجذب على سطح أي كوكب. انظر: الجاذبية. لذلك فإن الأجسام تزن فوق سطحها أكثر مما تزن فوق أسطح الكواكب. فالإنسان الذي يزن مثلاً على سطح الأرض 45 كجم، يصل وزنه إلى 1,270 كجم على سطح الشمس.

تتحكم الشمس، بفعل قوة جذبها، في مدارات الكواكب. كما تعمل هذه القوة على جذب الغازات المكونة للشمس ذاتها نحو المركز فإذا لم تتوفر قوى أخرى تعمل على حفظ التوازن مع قوى الجاذبية فلابد أن تنهار الشمس، وتنطبق على داخلها بفعل قوى التجاذب الشديدة. ولكن ذلك في الواقع لايحدث لأن الغازات المكونة للشمس على درجة عالية من الحرارة، وتحدث ضغطاً كبيراً في محاولاتها للتمدد. وبتعادل ضغط الغازات إلى الخارج مع قوى التجاذب إلى الداخل تكون النتيجة أن تحتفظ الشمس بحجمها وشكلها.

اقرء المزيد

مسافة الشمس عن الارض

تتراوح المسافة بين الأرض والشمس بين 147,100,000 و152,100,000كم. ويرجع هذا الاختلاف إلى أن الأرض تدور حول الشمس في مدار بيضي الشكل، ويبلغ متوسط المسافة بينهما 150 مليون كم تقريباً. وإذا افترضنا أن مدار الأرض كان مشابهاً لمدار الزهرة، لأصبحت الأرض على مسافة قريبة من الشمس، ولتسبب ذلك في ارتفاع الحرارة على سطحها إلى درجة لاتسمح للحياة التي نعرفها بالبقاء. أما إذا كان مدارها مشابهاً لمدار المريخ، فإن الأرض تبتعد عن الشمس، وقد يتسبب هذا في انخفاض درجة حرارتها، بحيث لاتسمح إلا لبعض أنواع الحياة البدائية أو القادرة على التكيف.

ولما كانت سرعة الضوء هي 299,792كم في الثانية، فإنه يقطع المسافة من الشمس إلى الأرض في مدة 8 دقائق و20 ثانية. فعندما تفلت مركبة فضائية من قوة جذب الأرض، فإنها تنطلق بسرعة 40,200كم في الساعة. وإذا أمكنها الاحتفاظ بهذه السرعة طوال رحلتها إلى الشمس دون أن تحترق، فإن رحلتها تستغرق 154 يوماً، أو مايزيد قليلاً على خمسة أشهر.

اقرء المزيد

حجم الشمس

لاتبتعد الشمس عن الأرض كما تبتعد النجوم الأخرى، ولذا فهي تبدو لنا أكبر حجماً من النجوم. وبمقارنتها بالكواكب في المجموعة الشمسية نجدها كبيرة أيضًا. وعلى سبيل المثال، يبلغ قطر الشمس 1,392,000كم، وهذه المسافة تعادل 109 مرات قدر قطر الأرض، وتعادل في نفس الوقت 10 مرات قدر قطر المشتري، أكبر الكواكب في المجموعة، كما تعادل 400 مرة قدر قطر القمر. وبمقارنتها بالنجوم الأخرى، تُعد الشمس متوسطة الحجم بينها. وفي الواقع فإن الشمس واحدة من نجوم عديدة يطلق العلماء عليها اسم الأقزام الصفراء. وهناك نجوم لايزيد قطرها على 1/10 من قطر الشمس، كما أن هناك نجوماً تبلغ أقطارها 1000 مرة قدر قطر الشمس. ويطلق على هذا النوع الأخير من النجوم اسم فوق العمالقة، ومن أمثالها النجم المسمى منكب الجوزاء الذي يبلغ قطره 460 مرة قدر قطر الشمس. فإذا قُدِّر للشمس أن يزداد حجمها لتصبح في حجم هذا النجم، فإنها ستبتلع كلاً من عطارد والزهرة والأرض والمريخ.

تظهر الشمس من الأرض على شكل دائرة وغالباً مايطلق العلماء على مانراه منها اسم القرص. تبين من القياسات التي أجراها بعض العلماء أن هذا القرص قليل التفلطح عند القطبين ولو أن البعض الآخر يساوره الشك في ذلك.

اقرء المزيد

الشمس

هي النجم المركزي للمجموعة الشمسية.تعد في التصنيف النجمي نجماً من نوع القزم الأصفر و تدور حولها الأرض و سبع كواكب أخرى و خمس كواكب قزمة على الأقل، و العديد من الكويكبات و المذنبات و السدم. تعد الشمس أقرب النجوم إلى الأرض، وان طبيعة شمسنا ككرة غازية ملتهبة بدلا من أن تكون جسما صلبا جعل لها بعض الحقائق منها: إنها تدور حول محورها بطريقة مغايرة تماما لطريقة دوران الكواكب الصلبة، فوسط الشمس " خط استوائها " يدور حول المحور دورة كاملة في 25 يوما بينما تطول هذه المدة في المناطق شمال وجنوب خط الاستواء حتى تصل إلى حوالي 37 يوما عند القطبين، أي أن الشمس في هذه الحالة تدور وكأنها تفتل فتلاً وطريقة دورانها تسمى الدوران التفاضلي. (Differential Rotation)، أي الدوران المغزلي ولعل هذه الحركة التي وصفها ابن عباس عندما قال عن الشمس إنها تدور كما يدور المغزل، وهذا بالتالي يؤدي إلى تداخل خطوط القوى المغناطيسية الموجودة على سطحها بطريقة معقدة جدا وهذه بدورها ومع مرور الزمن تؤثر بشكل قوي على ظهور بعض الظواهر الشمسية مثل الكلف الشمسي

وتنتفض الشمس وتهتز مثل " الجيلي " جاء هذا الاكتشاف في دراسة أعدت سنة 1973 عندما حاول العالم (R.H.Dicke) قياس قطر الشمس بين القطبين وعند خط الاستواء ليتأكد إذا كان هناك أي تفلطح للشمس، أي أن قطرها عند القطبين أقل منه عند خط الاستواء والعكس صحيح فأطلق التعبير أن الشمس تهتز مثل " الجيلي" إلا أن هذا الاهتزاز مسافته لا تزيد عن 5 كيلومتر وبسرعة 10 أمتار في الثانية وهذه بالطبع تحتاج إلى أجهزة بالغة في الدقة والتعقيد لاكتشافها ثم اكتشف بعد ذلك فريق من العلماء الروس والبريطانيين سنة 1976 بان هناك "اهتزازات " أخرى،(Oscillations) للشمس إحداهما تحدث كل خمسين دقيقة والأخرى تحدث كل ساعتين وأربعين دقيقة، وأصبح الآن ما يسمى بعلم " الزلازل الشمسية " ذا أهمية قصوى في علم الفلك لتعلم أسرار الشمس والتي ما زال هناك الكثير لفك اسرارها وخفاياها.

الشمس مصدر الدفء والضياء على الأرض وبدون الشمس تنمحى الحياة على الأرض. فالطاقة الشمسية لازمة للحياة النباتية والحيوانية، كما أن معظم الطاقات الأخرى الموجودة على الأرض مثل الفحم والبترول والغاز الطبيعى والرياح ما هي إلا صور مختلفة من الطاقة الشمسية. وقد يندهش القارئ إذا ما علم أن الشمس التي هي عماد الحياة على الأرض والتي قدسها القدماء لهذا السبب، ما هي إلا نجما متوسطا في الحجم والكتلة واللمعان، حيث توجد في الكون نجوم أكبر من الشمس تعرف بالنجوم العملاقة، كما توجد نجوم أصغر من الشمس تعرف بالنجوم الأقزام. وكون الشمس نجماً وسطاً يجعلها أكثر أستقراراً الأمر الذي ينعكس على استقرار الحياة على الأرض. فلو زاد الإشعاع الشمسى عن حد معين لأحترقت الحياة على الأرض ولو نقص الإشعاع الشمسي عن حد معين أيضاً لتجمدت الحياة على الأرض.

والشمس هي أقرب النجوم إلى الأرض، وهي النجم الوحيد الذي يمكن رؤية معالم سطحه بواسطة المقراب. أما باقى النجوم فيصعب حتى الآن مشاهدة تفاصيل أسطحها نظراً لبعدها السحيق عنا. فلوا أستخدمنا أكبر المناظير في العالم نرى النجوم كنقط لامعة وبدون تفاصيل، أما لو استخدمنا منظاراً متوسطاً في القوة لرأينا مساحات على سطح الشمس تساوي مساحة مصر تقربياً. وعلى سبيل المثال والمقارنة نجد أن متوسط بعد الشمس عن الأرضيساوى 93 مليون ميل ويعرف بالوحدة الفلكية لقياس المسافات في الكون وتساوي 147.6 مليون كم.

أما أقرب نجم أو شمس لنا بعد شمسنا يقدر بعده بحوالي 4.2 سنة ضوئية أى يعادل حوالي 42 مليون مليون كيلو متر، بينما المسافة الزمنية التي يقطعهاالضوء ليصل إلينا من الشمس هو ثمانية دقائق ونصف وهذه المسافة إذا ما قورنت بأقرب نجم تعتبر قصيرة ولكنها بحساباتنا الأرضية هائلة وتبلغ ما مجموعه لو درنا حول الأرض أربعة آلاف مرة تقريباً.

وهذه الكرة الشمسية المستديرة تحوي كمية هائلة من الغاز الملتهب المتماسك والشديد الحرارة، وهناك في بعض الأحيان تبدو الشمس وكأنها تلبس حلقة وردية من النتوءات وهو عبارة عن ضوء شاحب وردي حول الشمس كالتاج، يسمى الشواظ الشمسية، يعلوه طبقة من الغاز الحار اللؤلؤي المنتشر يصورة رقيقة في الفضاء ويدعى الأكليل الشمسي.

وعلماء الفلك يستطيعون رؤية الشواظ الشمسية (نافورات) والأكليل وكذلك كلف الشمس التي هي على شكل بقع سوداء تظهر أحياناً على سطح الشمس باستخدام الآلات والمراصد فلكية.

السنتيمتر المربع من سطح الشمس يشع ضوءا يوازي قوة مليون شمعة.

اقرء المزيد