تک‌ستاره منظومه شمسی، خورشید، تنها یکی از 400 میلیارد ستاره در کهکشان راه‌شیری و ستاره‌ای کاملاً معمولی از دسته ستارگان رشته اصلی است. خورشید ما که 5 میلیارد سال پیش از ابری از غبار -که بقایای انفجار یک ابرنواختر بود- به وجود آمد، هم‌اکنون در نیمه عمر خود به سر می‌برد. خورشید نیز مانند سایر ستارگان کهکشان راه‌شیری در حال چرخش به دور مرکز کهکشان است. سرعت این حرکت 217 کیلومتر بر ثانیه و هر دور گردش خورشید به دور مرکز کهکشان، 225 تا 250 میلیون سال است. زمین، سیارات منظومه شمسی و اقمار آنها، سیارات کوتوله، سیارک‌ها، شهاب‌سنگ‌ها، دنباله‌دارها و ذرات معلق گرد و غبار، خورشید را در این سفر همراهی می‌کنند. مرکز خورشید، کوره‌ای هستهای با دمای 15 میلیون درجه سانتیگراد و چگالی 150 برابر آب است. تحت چنین شرایطی هسته‌های اتم هیدروژن با هم ترکیب شده و به هلیوم تبدیل می‌شوند. در این حین، 0.7 درصد جرم ترکیب شده، تبدیل به انرژی می‌شود. از 590 میلیون تن هیدروژنی که در هر ثانیه ترکیب هستهای می‌شوند، 3.9 میلیون تن ماده به انرژی تبدیل می‌شود. این سوخت هیدروژنی، تا 5 میلیارد سال دیگر دوام خواهد داشت. با وجود آنکه خورشید نزدیک‌ترین ستاره به زمین است و طی سالیان متمادی دانشمندان بسیاری به دقت آن را مورد بررسی و مطالعه قرار داده‌اند، اما هنوز سوالات بی‌پاسخ بی‌شماری در رابطه با آن باقی مانده است؛ از جمله آنکه چرا جوّ خارجی خورشید درجه حرارتی معادل با یک میلیون کلوین دارد، در حالی‌که درجه حرارت سطح خورشید که فوتوسفر نامیده می‌شود، تنها 6000 کلوین است.
-
توجه: در صورتی که از کاربران قدیمی ایران انجمن هستید و امکان ورود به سایت را ندارید، میتوانید با آیدی altin_admin@ در تلگرام تماس حاصل نمایید.
مقاله ای کامل درموردتک‌ستاره منظومه شمسی، خورشید
- شروع کننده موضوع parisa
- تاریخ شروع
مقدمه
خورشید ستاره‌ای است در مرکز منظومه شمسی که زمین واجرام دیگر (شامل سایر سیارات به همراه اقمارشان، [سیارک‌ها]، [شهاب سنگ‌ها]، [دنباله‌دارها] و ذرات معلق گرد وغبار) درحال چرخش به دور آن هستند. تک ستاره منظومه شمسی ستاره‌ای است با اندازه متوسط، که 5 میلیارد سال از عمر آن می‌گذرد و 99/8 درصد از کل جرم منظومه شمسی را تشکیل می‌دهد. اگر روی سطح خورشید 11900 کره زمین را کنار یکدیگر قرار دهیم، تمام سطح خورشید پوشیده می‌شود. همچنین اگر خورشید را مانند کره‌ای تو خالی در نظر بگیریم، در این صورت برای پرکردن داخل آن به 1,300,000 کره زمین نیاز خواهیم داشت. این ستاره ظاهری کروی داشته و عمدتاً از گازهای هیدروژن و هلیوم تشکیل شده است. (74% از جرم خورشید یا 92% از حجمش را هیدروژن و 25% از جرم آن یا 7% از حجمش را هلیوم تشکیل داده است.)
خورشید با سرعت 217 کیلومتر بر ثانیه به دور مرکز کهکشان راه شیری در حال چرخش است. با این سرعت می‌توان یک سال نوری را در هر 1400 سال پیمود یا به عبارتی می‌توان یک [واحد نجومی] (AU) را در 8 روز طی کرد. (فاصله متوسط بین زمین و خورشید که تقریباً معادل با 150 میلیون کیلومتر است یک واحد نجومی نامیده می‌شود.) مدت 225 تا 250 میلیون سال طول می‌کشد تا خورشید بتواند با چنین سرعتی یک دور کامل به دور مرکز کهکشان راه شیری بگردد. از آنجا که خورشید قادر به تولید نور و گرما به کمک همجوشی هستهای هیدروژن است، در دسته بندی ستارگان در گروه [ستارگان رشته اصلی] قرار می‌گیرد. همجوشی هستهای هیدروژن که در مرکز خورشید اتفاق می‌افتد موجب تولید انرژی به صورت نور و گرما شده و زندگی بر روی کره زمین را ممکن می‌سازد.
ساختار خورشید
مواد تشکیل‌دهنده خورشید حالت گازی دارند، بنابراین لایه‌های خورشید محدوده دقیق و معینی نداشته و گازها و مواد اطراف لایه‌های خارجی به تدریج در فضا منتشر می‌شوند. با این حال، 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 [شیدسپهر (رخشان‌کره یا فوتوسفر)] نام دارد و به عنوان سطح خورشید شناخته شده است. بالای سطح خورشید، [فام‌سپهر (رنگین‌کره یا کروموسفر)] و [هاله (کرونا یا تاج خورشیدی)] قرار دارند که با همدیگر جوّ خورشید را تشکیل می‌دهند.
خورشید 99% از جرم کل منظومه شمسی را شامل می‌شود. از آنجا که خورشید در حالت پلاسمایی قرار دارد و فاقد ساختار جامد است، دائماً دستخوش تغییرات چرخشی متنوعی در حین چرخش به دور محور خودش می‌شود. سرعت چرخش در نواحی استوایی خورشید سریع‌تر از سرعت چرخش آن در قطبین است. مدت زمان یک چرخش کامل خورشید به دور محور خود، 25 روز برای نواحی استوایی و 35 روز برای قطبین آن است. البته به علت چرخش کره زمین به دور خورشید، مدت زمان یک دور چرخش کامل خورشید در نواحی استوایی آن از دید ناظر روی زمین 28 روز محاسبه می‌شود.
نیروی گریز از مرکز حاصل از این حرکت چرخشی خورشید، 18 میلیون بار ضعیف‌تر از نیروی جاذبه در سطح خورشید در ناحیه استوای آن است. همچنین نیروی جاذبه سیاراتی که به دور خورشید می‌گردند، قادر نیست بر جاذبه بسیار قوی خورشید تاثیر محسوسی بگذارد و در شکل ظاهری آن تغییری ایجاد نماید.
به هرحال، همان‌گونه که علم لرزه‌شناسی با استفاده از امواج تولید شده ناشی از زمین‌لرزه به تعیین ماهیت و ساختار درونی زمین می‌پردازد، [علم لرزه‌شناسی خورشیدی] نیز با بررسی امواج حاصل از انفجارهای درون خورشید سعی در شناخت و آشکارسازی ساختار داخلی خورشید دارد. البته مدل‌سازی کامپیوتری خورشید نیز به عنوان ابزاری مکمل برای تشخیص ماهیت و ساختار درونی خورشید مورد استفاده قرار می‌گیرد.
هسته خورشید
مرکز خورشید، کوره‌ای هستهای با دمای 15 میلیون درجه سانتیگراد (27 میلیون درجه فارنهایت) و چگالی 150 برابر آب است. تحت چنین شرایطی، هسته‌های اتم هیدروژن باهم ترکیب شده و به هسته‌های هلیوم تبدیل می‌شوند. ضمن این همجوشی، 7/0 درصد جرم ترکیب‌شده تبدیل به انرژی می‌شود. از 590 میلیون تن هیدروژنی که در هر ثانیه ترکیب هستهای می‌شود، 9/3 میلیون تن ماده به انرژی تبدیل می‌شود. این سوخت هیدروژنی، تا 5 میلیارد سال دیگر دوام خواهد داشت.
هسته خورشید از مرکز آن تا فاصله 2/0 شعاع خورشید در نظر گرفته می‌شود. چگالی آن برابر با 150،000 کیلوگرم بر متر‌مکعب (150 برابر چگالی آب روی زمین) و دمای آن نزدیک به 13،600،000 کلوین (15 میلیون درجه سانتیگراد) است. دمای سطح خورشید 5785 کلوین، معادل 2350/1 برابر دمای هسته خورشید است.
بررسی‌های صورت گرفته اخیر در ماموریت فضایی سوهو نشان داد که هسته خورشید به مراتب سریع‌تر از سایر نقاط متشعشع خورشید می‌چرخد. در تمام طول عمر خورشید، این ستاره انرژی‌اش را از طریق همجوشی هستهای که به صورت یک سری مراحل زنجیره‌وار رخ می‌دهد، تامین می‌نماید که به آن زنجیره پروتون-پروتون گفته می‌شود.
در ستارگان، دو مجموعه فعل و انفعال وجود دارد که می‌تواند منجر به تبدیل هیدروژن به هلیوم و در نهایت، آزاد شدن انرژی شود:
1- [پروتون-پروتون یا زنجیره پی-پی] که در ستارگانی با جرمی‌معادل یا کمتر جرم خورشید نقش مهمی‌ایفا می‌کند.
2- [چرخه CNO] که در ابرستارگان با اجرامی به مراتب بیشتر از خورشید از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.
در چرخه پروتون-پروتون، طی سه مرحله چهار هسته هیدروژن با یکدیگر ترکیب شده و یک هسته هلیوم را به وجود می‌آورند:
مرحله 1 و 2 باید دو بار پشت سرهم انجام گیرند تا دو
هسته هلیوم هر کدام با 3 پروتون به وجود آیند. این روند همچنین منجر به آزاد شدن مقادیری انرژی می‌شود.
هسته خورشید تنها بخشی از خورشید است که در آن همجوشی هستهای صورت می‌گیرد که این فرایند، منجر به آزاد شدن مقادیر قابل‌توجهی گرما می‌شود. سایر بخش‌های خورشید نیز با همین گرمای تولید شده در هسته که به سمت خارج متساعد می‌شود، گرم می‌شود. انرژی آزاد شده در هسته خورشید پیش از آنکه بتواند به صورت نور و یا ذرات دارای انرژی جنبشی، در فضا آزاد شود، باید از لایه‌های متوالی متعددی عبور کند تا در نهایت بتواند به شیدسپهر رسیده و به فضا بگریزد.
در هر ثانیه 3.4×10[SUP]38[/SUP] هسته اتم هیدروژن به هسته اتم هلیوم تبدیل می‌شوند (بیش از حدود 8.9×10[SUP]56[/SUP] میزان کل پروتون‌های آزاد در خورشید) که این امر موجب تبدیل 26/4 میلیون تن ماده به انرژی در هر ثانیه می‌شود که میزان این انرژی برابر است با 3.83×10[SUP]26[/SUP] وات یا به بیان ساده‌تر برابر است با میزان انرژی آزاد شده از انفجار 9.15×10[SUP]10[/SUP] مگاتن [تی اِن تی] در هر ثانیه. ممکن است این ارقام بسیار بزرگ به نظر برسد، اما در اصل این ارقام حاکی از نرخ پایین تولید انرژی در هسته خورشید است (حدود 3/0 میکرووات بر سانتیمتر مکعب یا به عبارتی 6 میکرووات به ازای هر کیلوگرم ماده) برای مقایسه، در نظر بگیرید که میزان انرژی تولید شده توسط بدن انسان 2/1 وات به ازای هر کیلوگرم است که این میزان به ازای هر واحد از جرم، میلیون‌ها بار بزرگتر از آنچه در هسته خورشید رخ می‌دهد، است.
استفاده از پلاسما برای تولید انرژی در زمین با مقادیر و پارامترهای مشابه خورشید، کاملاً غیرعملی و ناممکن است. ضمن آنکه رآکتورهای هستهای موجود به پلاسمایی با دمایی به مراتب بیشتر از دمای پلاسما در هسته خورشید برای تولید انرژی نیاز دارند.
سرعت همجوشی هستهای رابطه تنگاتنگی با چگالی و دما دارد، بنابراین سرعت همجوشی هستهای در هسته خورشید در یک حالت [موازنه خودبه‌خود اصلاح‌شونده] قرار دارد. این مطلب بدان معناست که در صورتی که اندکی سرعت همجوشی هستهای بالا رود، هسته خورشید اندکی منبسط شده و کاهش دما موجب کاهش سرعت همجوشی هستهای می‌شود و به این ترتیب این آشفتگی خودبه‌خود اصلاح می‌شود. از طرف دیگر در صورتی که سرعت همجوشی هستهای اندکی کاهش یابد، هسته اندکی خنک شده و منقبض می‌شود، که این عامل موجب بالا بردن فشار و در نتیجه سرعت همجوشی هسته ای شده و سرعت همجوشی را به میزان مطلوب می‌رساند.
فوتون‌های پرانرژی ([کیهانی]، [گاما] و [ایکس]) آزاد شده در نتیجه همجوشی هستهای به‌راحتی توسط یک لایه چند میلیمتری از پلاسما جذب شده و دوباره به صورت تصادفی در جهات گوناگون منتشر می‌شوند که البته کمی از انرژی خود را نیز در همین فرایند از دست می‌دهند. بنابراین مدت زمان زیادی طول می‌کشد تا این فوتون‌ها بتوانند به سطح خورشید رسیده و به فضا گسیل یابند که به این زمان "مدت زمان سفر فوتون" گفته می‌شود که طول آن بین 10000 تا 170000 سال تخمین زده می‌شود. هر پرتوی گاما قبل از آنکه از سطح خورشید به فضا بگریزد در هسته خورشید به چندین میلیون فوتون نور مرئی تبدیل می‌شود.
سرانجام پس از اتمام سفر فوتون‌ها و رسیدن آنها به لایه نامرئی شیدسپهر که انتقال دهنده گرما به محیط خارج است، این فوتون‌ها به صورت نور مرئی از سطح آن به فضای نامتناهی می‌گریزند تا سفر بی‌پایان خود را در اعماق فضا آغاز کنند.
مرکز خورشید، کوره‌ای هستهای با دمای 15 میلیون درجه سانتیگراد (27 میلیون درجه فارنهایت) و چگالی 150 برابر آب است. تحت چنین شرایطی، هسته‌های اتم هیدروژن باهم ترکیب شده و به هسته‌های هلیوم تبدیل می‌شوند. ضمن این همجوشی، 7/0 درصد جرم ترکیب‌شده تبدیل به انرژی می‌شود. از 590 میلیون تن هیدروژنی که در هر ثانیه ترکیب هستهای می‌شود، 9/3 میلیون تن ماده به انرژی تبدیل می‌شود. این سوخت هیدروژنی، تا 5 میلیارد سال دیگر دوام خواهد داشت.
هسته خورشید از مرکز آن تا فاصله 2/0 شعاع خورشید در نظر گرفته می‌شود. چگالی آن برابر با 150،000 کیلوگرم بر متر‌مکعب (150 برابر چگالی آب روی زمین) و دمای آن نزدیک به 13،600،000 کلوین (15 میلیون درجه سانتیگراد) است. دمای سطح خورشید 5785 کلوین، معادل 2350/1 برابر دمای هسته خورشید است.
بررسی‌های صورت گرفته اخیر در ماموریت فضایی سوهو نشان داد که هسته خورشید به مراتب سریع‌تر از سایر نقاط متشعشع خورشید می‌چرخد. در تمام طول عمر خورشید، این ستاره انرژی‌اش را از طریق همجوشی هستهای که به صورت یک سری مراحل زنجیره‌وار رخ می‌دهد، تامین می‌نماید که به آن زنجیره پروتون-پروتون گفته می‌شود.
در ستارگان، دو مجموعه فعل و انفعال وجود دارد که می‌تواند منجر به تبدیل هیدروژن به هلیوم و در نهایت، آزاد شدن انرژی شود:
1- [پروتون-پروتون یا زنجیره پی-پی] که در ستارگانی با جرمی‌معادل یا کمتر جرم خورشید نقش مهمی‌ایفا می‌کند.
2- [چرخه CNO] که در ابرستارگان با اجرامی به مراتب بیشتر از خورشید از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.
|
| سه مرحله اصلی زنجیره پروتون-پروتون (منبع: wikipedia) |
در چرخه پروتون-پروتون، طی سه مرحله چهار هسته هیدروژن با یکدیگر ترکیب شده و یک هسته هلیوم را به وجود می‌آورند:
مرحله 1 و 2 باید دو بار پشت سرهم انجام گیرند تا دو
هسته هلیوم هر کدام با 3 پروتون به وجود آیند. این روند همچنین منجر به آزاد شدن مقادیری انرژی می‌شود.
هسته خورشید تنها بخشی از خورشید است که در آن همجوشی هستهای صورت می‌گیرد که این فرایند، منجر به آزاد شدن مقادیر قابل‌توجهی گرما می‌شود. سایر بخش‌های خورشید نیز با همین گرمای تولید شده در هسته که به سمت خارج متساعد می‌شود، گرم می‌شود. انرژی آزاد شده در هسته خورشید پیش از آنکه بتواند به صورت نور و یا ذرات دارای انرژی جنبشی، در فضا آزاد شود، باید از لایه‌های متوالی متعددی عبور کند تا در نهایت بتواند به شیدسپهر رسیده و به فضا بگریزد.
در هر ثانیه 3.4×10[SUP]38[/SUP] هسته اتم هیدروژن به هسته اتم هلیوم تبدیل می‌شوند (بیش از حدود 8.9×10[SUP]56[/SUP] میزان کل پروتون‌های آزاد در خورشید) که این امر موجب تبدیل 26/4 میلیون تن ماده به انرژی در هر ثانیه می‌شود که میزان این انرژی برابر است با 3.83×10[SUP]26[/SUP] وات یا به بیان ساده‌تر برابر است با میزان انرژی آزاد شده از انفجار 9.15×10[SUP]10[/SUP] مگاتن [تی اِن تی] در هر ثانیه. ممکن است این ارقام بسیار بزرگ به نظر برسد، اما در اصل این ارقام حاکی از نرخ پایین تولید انرژی در هسته خورشید است (حدود 3/0 میکرووات بر سانتیمتر مکعب یا به عبارتی 6 میکرووات به ازای هر کیلوگرم ماده) برای مقایسه، در نظر بگیرید که میزان انرژی تولید شده توسط بدن انسان 2/1 وات به ازای هر کیلوگرم است که این میزان به ازای هر واحد از جرم، میلیون‌ها بار بزرگتر از آنچه در هسته خورشید رخ می‌دهد، است.
استفاده از پلاسما برای تولید انرژی در زمین با مقادیر و پارامترهای مشابه خورشید، کاملاً غیرعملی و ناممکن است. ضمن آنکه رآکتورهای هستهای موجود به پلاسمایی با دمایی به مراتب بیشتر از دمای پلاسما در هسته خورشید برای تولید انرژی نیاز دارند.
سرعت همجوشی هستهای رابطه تنگاتنگی با چگالی و دما دارد، بنابراین سرعت همجوشی هستهای در هسته خورشید در یک حالت [موازنه خودبه‌خود اصلاح‌شونده] قرار دارد. این مطلب بدان معناست که در صورتی که اندکی سرعت همجوشی هستهای بالا رود، هسته خورشید اندکی منبسط شده و کاهش دما موجب کاهش سرعت همجوشی هستهای می‌شود و به این ترتیب این آشفتگی خودبه‌خود اصلاح می‌شود. از طرف دیگر در صورتی که سرعت همجوشی هستهای اندکی کاهش یابد، هسته اندکی خنک شده و منقبض می‌شود، که این عامل موجب بالا بردن فشار و در نتیجه سرعت همجوشی هسته ای شده و سرعت همجوشی را به میزان مطلوب می‌رساند.
فوتون‌های پرانرژی ([کیهانی]، [گاما] و [ایکس]) آزاد شده در نتیجه همجوشی هستهای به‌راحتی توسط یک لایه چند میلیمتری از پلاسما جذب شده و دوباره به صورت تصادفی در جهات گوناگون منتشر می‌شوند که البته کمی از انرژی خود را نیز در همین فرایند از دست می‌دهند. بنابراین مدت زمان زیادی طول می‌کشد تا این فوتون‌ها بتوانند به سطح خورشید رسیده و به فضا گسیل یابند که به این زمان "مدت زمان سفر فوتون" گفته می‌شود که طول آن بین 10000 تا 170000 سال تخمین زده می‌شود. هر پرتوی گاما قبل از آنکه از سطح خورشید به فضا بگریزد در هسته خورشید به چندین میلیون فوتون نور مرئی تبدیل می‌شود.
سرانجام پس از اتمام سفر فوتون‌ها و رسیدن آنها به لایه نامرئی شیدسپهر که انتقال دهنده گرما به محیط خارج است، این فوتون‌ها به صورت نور مرئی از سطح آن به فضای نامتناهی می‌گریزند تا سفر بی‌پایان خود را در اعماق فضا آغاز کنند.
ناحیه تشعشع
لایه بعد از هسته، [ناحیه تشعشع] است. این منطقه بیش از 32 درصد حجم و 48 درصد جرم خورشید را شامل می‌شود. این منطقه به این علت منطقه تشعشع نامیده می‌شود که انرژی از میان آن بیشتر به شکل تابشی حرکت می‌کند. دما در این منطقه یک میلیون درجه سانتیگراد است. دما و تراکم مواد در ابتدای این ناحیه یعنی نزدیک به هسته زیاد است، ولی با نزدیک شدن به انتهای ناحیه، دما و جرم کاهش پیدا می‌کند.
ذرات نور در این منطقه باید از لایه‌های مستحکم گاز عبور کنند. در نتیجه، ممکن است یک میلیون سال بگذرد تا یک فوتون از این منطقه عبور کند.
لایه بعد از هسته، [ناحیه تشعشع] است. این منطقه بیش از 32 درصد حجم و 48 درصد جرم خورشید را شامل می‌شود. این منطقه به این علت منطقه تشعشع نامیده می‌شود که انرژی از میان آن بیشتر به شکل تابشی حرکت می‌کند. دما در این منطقه یک میلیون درجه سانتیگراد است. دما و تراکم مواد در ابتدای این ناحیه یعنی نزدیک به هسته زیاد است، ولی با نزدیک شدن به انتهای ناحیه، دما و جرم کاهش پیدا می‌کند.
ذرات نور در این منطقه باید از لایه‌های مستحکم گاز عبور کنند. در نتیجه، ممکن است یک میلیون سال بگذرد تا یک فوتون از این منطقه عبور کند.
ناحیه همرفتی
در لایه خارجی خورشید (تا فاصله 70% شعاع خورشید از هسته که کمی بیش از 2% جرم خورشید را شامل می‌شود) پلاسمای خورشیدی به اندازه کافی داغ و چگال نیست که بتواند انرژی گرمایی داخل خورشید را به صورت انرژی تابشی از خود گسیل کند. از این رو گرما به وسیله [جریان‌های همرفتی] از بخش‌های داخلی‌تر به سطح خورشید (شیدسپهر) انتقال می‌یابد. هنگامی‌که مواد در سطح خورشید سرد می‌شوند، به طور ناگهانی به داخل آن سقوط می‌کنند و دوباره به مرکزِ انتقال حرارتی که از همان‌جا گرما دریافت کرده بودند، بازمی‌گردند تا دوباره انرژی و گرمای لازم را از این منطقه دریافت کنند. در مواردی که این مواد به شدت گرم شوند، از طریق جریان همرفتی که مانند ستون‌هایی از دل خورشید تا سطح آن ادامه دارند، ناگهان به سطح خورشید بازگشته و فوران می‌کنند که در این صورت باعث دانه‌دانه شدن سطح خورشید می‌شوند. به بیان ساده‌تر، این دانه‌ها در واقع همان ستون‌های جریان‌های همرفتی در خورشید هستند که دائماً مواد داغ و گداخته‌شده را به سطح خورشید انتقال می‌دهند.همین جریان متلاطم و آشفته همرفتی در خارجی‌ترین بخش از منطقه وزش گرمایی خورشید باعث تقویت شدن میدان‌های مغناطیسی ضعیف در خورشید و در نهایت به وجود آمدن قطبهای مغناطیسی بسیار قوی در قسمت شمالی و جنوبی خورشید می‌شود.
در لایه خارجی خورشید (تا فاصله 70% شعاع خورشید از هسته که کمی بیش از 2% جرم خورشید را شامل می‌شود) پلاسمای خورشیدی به اندازه کافی داغ و چگال نیست که بتواند انرژی گرمایی داخل خورشید را به صورت انرژی تابشی از خود گسیل کند. از این رو گرما به وسیله [جریان‌های همرفتی] از بخش‌های داخلی‌تر به سطح خورشید (شیدسپهر) انتقال می‌یابد. هنگامی‌که مواد در سطح خورشید سرد می‌شوند، به طور ناگهانی به داخل آن سقوط می‌کنند و دوباره به مرکزِ انتقال حرارتی که از همان‌جا گرما دریافت کرده بودند، بازمی‌گردند تا دوباره انرژی و گرمای لازم را از این منطقه دریافت کنند. در مواردی که این مواد به شدت گرم شوند، از طریق جریان همرفتی که مانند ستون‌هایی از دل خورشید تا سطح آن ادامه دارند، ناگهان به سطح خورشید بازگشته و فوران می‌کنند که در این صورت باعث دانه‌دانه شدن سطح خورشید می‌شوند. به بیان ساده‌تر، این دانه‌ها در واقع همان ستون‌های جریان‌های همرفتی در خورشید هستند که دائماً مواد داغ و گداخته‌شده را به سطح خورشید انتقال می‌دهند.همین جریان متلاطم و آشفته همرفتی در خارجی‌ترین بخش از منطقه وزش گرمایی خورشید باعث تقویت شدن میدان‌های مغناطیسی ضعیف در خورشید و در نهایت به وجود آمدن قطبهای مغناطیسی بسیار قوی در قسمت شمالی و جنوبی خورشید می‌شود.
شیدسپهر (رخشان‌کره یا فوتوسفر)
پایینی‌ترین لایه جوّ خورشید یا همان سطح خارجی خورشید که با چشم غیرمسلح قابل مشاهده است، شیدسپهر نامیده می‌شود که ضخامت آن حدود 500 کیلومتر است. در قسمت بالای شیدسپهر نور مرئی خورشید می‌تواند آزادانه در فضا منتشر شود.
در این سطح، تمامی انرژی می‌تواند به راحتی از سطح خورشید بگریزد. تغییر در میزان شفافیت خورشید و کدر شدن آن به علت کاهش میزان یونH[SUP]-[/SUP][SUP] [/SUP] رخ می‌دهد زیرا که این یون به راحتی می‌تواند نور مرئی را جذب نماید.
به عکس، نور مرئی‌ای که ما قادر به دیدن آن هستیم در اثر برخورد و برهمکنش الکترون‌ها با اتم‌های هیدروژن به منظور تشکیل یون H[SUP]-[/SUP] تولید می‌شود.
به دلیل آنکه بخش‌های بیرونی لایه غیرشفاف شیدسپهر خنک‌تر از بخش‌های درونی آن است، تصویر خورشید در مرکز درخشان‌تر و روشن‌تر از اطراف آن به نظر می‌رسد که به این پدیده تاریکی لبه قرص خورشید، اثر [تاریکی لبه] گفته می‌شود.
نور خورشید تا حدی شامل طیف نوری [جسم سیاه] است و دمای آن به حدود 6000 کلوین می‌رسد. این طیف نوری از لایه‌های نازک بالای شیدسپهر همراه با [خط جذب اتمی] به فضا پراکنده می‌شود.
پایینی‌ترین لایه جوّ خورشید یا همان سطح خارجی خورشید که با چشم غیرمسلح قابل مشاهده است، شیدسپهر نامیده می‌شود که ضخامت آن حدود 500 کیلومتر است. در قسمت بالای شیدسپهر نور مرئی خورشید می‌تواند آزادانه در فضا منتشر شود.
در این سطح، تمامی انرژی می‌تواند به راحتی از سطح خورشید بگریزد. تغییر در میزان شفافیت خورشید و کدر شدن آن به علت کاهش میزان یونH[SUP]-[/SUP][SUP] [/SUP] رخ می‌دهد زیرا که این یون به راحتی می‌تواند نور مرئی را جذب نماید.
به عکس، نور مرئی‌ای که ما قادر به دیدن آن هستیم در اثر برخورد و برهمکنش الکترون‌ها با اتم‌های هیدروژن به منظور تشکیل یون H[SUP]-[/SUP] تولید می‌شود.
به دلیل آنکه بخش‌های بیرونی لایه غیرشفاف شیدسپهر خنک‌تر از بخش‌های درونی آن است، تصویر خورشید در مرکز درخشان‌تر و روشن‌تر از اطراف آن به نظر می‌رسد که به این پدیده تاریکی لبه قرص خورشید، اثر [تاریکی لبه] گفته می‌شود.
نور خورشید تا حدی شامل طیف نوری [جسم سیاه] است و دمای آن به حدود 6000 کلوین می‌رسد. این طیف نوری از لایه‌های نازک بالای شیدسپهر همراه با [خط جذب اتمی] به فضا پراکنده می‌شود.
شیدسپهر دارای [چگالی حقیقی] 10[SUP]23[/SUP] m[SUP]-3[/SUP] است که این مقدار تقریباً برابر با 1% چگالی حقیقی جوّ زمین در سطح دریا است.
|
| اثر تاریکی لبه خورشید در این تصویر به وضوح دیده می‌شود |
در بررسی‌های ابتدایی نتایج [طیف‌سنجی] شیدسپهر، تعدادی خط جذبی یافت شدند که با هیچ‌یک از عناصر شیمیایی شناخته‌شده در زمین تا آن زمان مشابه نبودند. در سال 1868 [نورمن لاک‌یر] این‌گونه پنداشت که عامل پیدایش این خط‌های جذبی به علت وجود عنصری خاص در ساختار شیدسپهر خورشید است که در زمین یافت نمی‌شود. او این عنصر را هلیوم نام نهاد (که از نام هلیوس که در یونان باستان به عنوان خدای خورشید شناخته می‌شد) اقتباس شده بود (25 سال پس از این کشف، هلیوم در زمین کشف شد).
منطقه حداقل درجه حرارتی
خنک‌ترین لایه خورشید که آن را منطقه حداقل درجه حرارتی می‌نامند، 500 کیلومتر بالاتر از لایه شیدسپهر را شامل می‌شود که دما در این منطقه به 4000 کلوین می‌رسد. این منطقه به اندازه کافی خنک است تا در آن، مولکول‌‌های آب و مونواکسیدکربن یافت. وجود چنین مولکول‌هایی در این لایه با روش‌های طیف‌سنجی و مشاهده خط جذب این عناصر در طیف نور خورشید اثبات شده است.
فام‌سپهر (رنگین کره یا کروموسفر)
بالای منطقه حداقل درجه حرارتی، لایه‌ای نازک به ضخامت تقریبی 2000 کیلومتر وجود دارد که با روش‌های طیف‌سنجی و مشاهده خطوط جذبی طیفی کشف شده است. این لایه فام‌سپهر یا کروموسفر نامیده می‌شود که از واژه [کروما] (به معنای رنگ) گرفته شده است. علت انتخاب این اسم آن است که فام‌سپهر معمولاً به علت درخشندگی شیدسپهر نامرئی است. اما به هنگام خورشیدگرفتگی که ماه قرص مرکزی خورشید را می‌پوشاند، نور سرخ فام‌سپهر را می‌توان دید. این لایه عمدتاً از گاز هیدروژن تشکیل شده است و سدیم، کلسیم، منیزیم و یون هلیوم نیز در آن وجود دارد. فام‌سپهر مانند یک فلش رنگی در آغاز و پایان یک خورشیدگرفتگی کامل، قابل رویت است. درجه حرارت در فام‌سپهر به تدریج با افزایش ارتفاع از سطح خورشید بالا می‌رود و در نزدیکی‌های مرز این لایه به 100000 کلوین می‌رسد.
منطقه انتقال حرارتی
بعد از فام‌سپهر، [منطقه گذار یا انتقال حرارتی] قرار دارد که درجه دما در این منطقه از صدهزار کلوین به سرعت بالاتر رفته و به دمای تاج یعنی نزدیک به یک میلیون کلوین می‌رسد. این افزایش دما به علت یونیزه شدن کامل هلیوم در دمای بالای این محدوده رخ می‌دهد.
گذار یا انتقال حرارتی در ارتفاع دقیق و معینی از سطح خورشید رخ نمی‌دهد، بلکه به صورت هاله‌ای لایه فام‌سپهر را احاطه کرده است که این هاله از روی زمین قابل مشاهده نیست و تنها می‌توان از فضا و با استفاده از تلسکوپ‌‌های حساس به طیف‌سنجی اشعه فرابنفش آن را رصد نمود.
خنک‌ترین لایه خورشید که آن را منطقه حداقل درجه حرارتی می‌نامند، 500 کیلومتر بالاتر از لایه شیدسپهر را شامل می‌شود که دما در این منطقه به 4000 کلوین می‌رسد. این منطقه به اندازه کافی خنک است تا در آن، مولکول‌‌های آب و مونواکسیدکربن یافت. وجود چنین مولکول‌هایی در این لایه با روش‌های طیف‌سنجی و مشاهده خط جذب این عناصر در طیف نور خورشید اثبات شده است.
فام‌سپهر (رنگین کره یا کروموسفر)
بالای منطقه حداقل درجه حرارتی، لایه‌ای نازک به ضخامت تقریبی 2000 کیلومتر وجود دارد که با روش‌های طیف‌سنجی و مشاهده خطوط جذبی طیفی کشف شده است. این لایه فام‌سپهر یا کروموسفر نامیده می‌شود که از واژه [کروما] (به معنای رنگ) گرفته شده است. علت انتخاب این اسم آن است که فام‌سپهر معمولاً به علت درخشندگی شیدسپهر نامرئی است. اما به هنگام خورشیدگرفتگی که ماه قرص مرکزی خورشید را می‌پوشاند، نور سرخ فام‌سپهر را می‌توان دید. این لایه عمدتاً از گاز هیدروژن تشکیل شده است و سدیم، کلسیم، منیزیم و یون هلیوم نیز در آن وجود دارد. فام‌سپهر مانند یک فلش رنگی در آغاز و پایان یک خورشیدگرفتگی کامل، قابل رویت است. درجه حرارت در فام‌سپهر به تدریج با افزایش ارتفاع از سطح خورشید بالا می‌رود و در نزدیکی‌های مرز این لایه به 100000 کلوین می‌رسد.
منطقه انتقال حرارتی
بعد از فام‌سپهر، [منطقه گذار یا انتقال حرارتی] قرار دارد که درجه دما در این منطقه از صدهزار کلوین به سرعت بالاتر رفته و به دمای تاج یعنی نزدیک به یک میلیون کلوین می‌رسد. این افزایش دما به علت یونیزه شدن کامل هلیوم در دمای بالای این محدوده رخ می‌دهد.
گذار یا انتقال حرارتی در ارتفاع دقیق و معینی از سطح خورشید رخ نمی‌دهد، بلکه به صورت هاله‌ای لایه فام‌سپهر را احاطه کرده است که این هاله از روی زمین قابل مشاهده نیست و تنها می‌توان از فضا و با استفاده از تلسکوپ‌‌های حساس به طیف‌سنجی اشعه فرابنفش آن را رصد نمود.
هاله (کرونا یا تاج خورشیدی)
لایه خارجی و توسعه‌یافته خورشید را تاج می‌نامند که حجم آن از حجم خود خورشید بسیار بزرگتر است. تاج توسط بادهای خورشیدی به آرامی و به طور یکنواخت در سراسر منظومه شمسی پراکنده می‌شود (مقدار ماده‌ای که به صورت باد خورشیدی در هر ثانیه از خورشید دور می‌شود، در حدود یک میلیون تن است).
چگالی حقیقی لایه پایین تاج، که به سطح خورشید بسیار نزدیک است، معادل 10[SUP]14 [/SUP]- 10[SUP]16[/SUP] m[SUP]-3[/SUP]است (چگالی حقیقی جوّ زمین، نزدیک به سطح دریا 2 x 10[SUP]25[/SUP] m[SUP]-3[/SUP] است).
هنوز دانشمندان موفق به تعیین درجه حرارت قطعی و دقیق لایه تاج نشده‌اند، اما آنچه مشخص است درجه حرارت تاج بسیار بالا و در حدود دهها میلیون کلوین است که یکی از دلایل وجود چنین دمای بالایی، حوزه‌های مغناطیسی موجود در این لایه می‌تواند باشد.
فام‌سپهر، لایه انتقال و تاج خورشیدی به مراتب داغ‌تر از شیدسپهر هستند؛ رازی که تا به امروز دانشمندان موفق به کشف علت آن نشده‌اند.
می‌توان تاج خورشیدی را به وضوح به‌هنگام خورشیدگرفتگی کلی مشاهده کرد.
لایه خارجی و توسعه‌یافته خورشید را تاج می‌نامند که حجم آن از حجم خود خورشید بسیار بزرگتر است. تاج توسط بادهای خورشیدی به آرامی و به طور یکنواخت در سراسر منظومه شمسی پراکنده می‌شود (مقدار ماده‌ای که به صورت باد خورشیدی در هر ثانیه از خورشید دور می‌شود، در حدود یک میلیون تن است).
چگالی حقیقی لایه پایین تاج، که به سطح خورشید بسیار نزدیک است، معادل 10[SUP]14 [/SUP]- 10[SUP]16[/SUP] m[SUP]-3[/SUP]است (چگالی حقیقی جوّ زمین، نزدیک به سطح دریا 2 x 10[SUP]25[/SUP] m[SUP]-3[/SUP] است).
هنوز دانشمندان موفق به تعیین درجه حرارت قطعی و دقیق لایه تاج نشده‌اند، اما آنچه مشخص است درجه حرارت تاج بسیار بالا و در حدود دهها میلیون کلوین است که یکی از دلایل وجود چنین دمای بالایی، حوزه‌های مغناطیسی موجود در این لایه می‌تواند باشد.
فام‌سپهر، لایه انتقال و تاج خورشیدی به مراتب داغ‌تر از شیدسپهر هستند؛ رازی که تا به امروز دانشمندان موفق به کشف علت آن نشده‌اند.
تاج و شعله‌های عظیم خورشیدی
می‌توان تاج خورشیدی را به وضوح به‌هنگام خورشیدگرفتگی کلی مشاهده کرد.
رده طیفی
در رده‌بندی طیفی، خورشید یک ستاره از دسته G2V است. این تقسیم‌بندی بر اساس دمای سطحی ستارگان و به صورت زیر انجام می‌گیرد:
هر کدام از گروه‌های O تا M به 10 زیرگروه تقسیم می‌شوند. با این حساب، دمای سطحی خورشید با رده طیفی G2 تقریباً برابر با 5780 کلوین است. حرف V به این معناست که خورشید از دسته ستارگان رشته اصلی است؛ به این معنا که این ستاره نیز همانند بسیاری دیگر از ستارگان، انرژی خود را از ترکیب هستهای هیدروژن و تبدیل آن به هلیوم به دست می‌آورد، به طوری که همیشه درحالت [تعادل هیدرواستاتیکی] قرار دارد، یعنی خورشید در اثر این واکنش نه منقبض می‌شود نه منبسط.
در کهکشان راه شیری حدود 400 میلیارد ستاره وجود دارند که تقریباً نیمی‌از آنها خورشیدمانند و از دسته G هستند. خورشید از 85% این ستارگان درخشان‌تر است. بیشتر این ستارگان را [کوتوله‌های سرخ] تشکیل می‌دهند. دمای سطحی خورشید باعث درخشش آن به رنگ سفید می‌شود که البته به دلیل وجود [اثر پراکنده‌کنندگی جوّ] این ستاره از دید ناظر روی زمین به رنگ زرد مشاهده می‌شود.
در کهکشان راه شیری حدود 400 میلیارد ستاره وجود دارند که تقریباً نیمی‌از آنها خورشیدمانند و از دسته G هستند. خورشید از 85% این ستارگان درخشان‌تر است. بیشتر این ستارگان را [کوتوله‌های سرخ] تشکیل می‌دهند. دمای سطحی خورشید باعث درخشش آن به رنگ سفید می‌شود که البته به دلیل وجود [اثر پراکنده‌کنندگی جوّ] این ستاره از دید ناظر روی زمین به رنگ زرد مشاهده می‌شود.
نور خورشید و اثر پراکنده‌کنندگی جو
هنگامی‌که نور خورشید با جوّ زمین برخورد می‌کند، فوتون‌های نور آبی از طیف نور خورشید جدا شده و در جو پراکنده می‌شوند و به همین علت آسمان به رنگ آبی دیده می‌شود. جدا شدن طیف آبی از نور خورشید موجب می‌شود که رنگ قرمز در نور خورشید بیشتر نمایان شود که به همین علت ناظر روی زمین خورشید را به رنگ زرد مشاهده می‌کند. در هنگام طلوع و یا غروب که نور خورشید مسافت بیشتری را در جو می‌پیماید تا به ناظر برسد، فوتون‌های آبی بیشتری از طیف نور خورشید توسط جو جذب می‌شود و به همین علت خورشید به رنگ نارنجی یا قرمز مشاهده می‌شود.
نور خورشید منبع اصلی تأمین انرژی در زمین است. [ثابت خورشیدی]، مقدار انرژی‌ای است که هر منطقه‌ای که مستقیماً تحت تاثیر تابش نور خورشید قرار می‌گیرد، دریافت می‌کند. ثابت خورشیدی برای منطقه‌ای در فاصله یک واحد نجومی از خورشید، که زمین نیز در همین فاصله قرار گرفته، تقریباً برابر با 1370 وات به ازای هر مترمربع است.
نوری که از خورشید به سطح کره زمین می‌رسد، بسیار ضعیف‌تر از آن چیزی است که باید به زمین برسد که البته علت این امر برخورد نور خورشید با جوّ زمین است. بنابراین میزان ثابت خورشیدی برای هر نقطه‌ای که در شرایط هوایی مطلوب و غیرابری تحت تاثیر تابش مستقیم نور خورشید قرار گیرد (زمانی که خورشید در [سمت الرأس] -که همان نقطه اوج خورشید است- قرار داشته باشد) حدود 1000 وات به ازای هر یک متر مربع است.
این انرژی می‌تواند با روش‌های طبیعی و مصنوعی گوناگونی تحت کنترل درآمده و به خدمت گرفته شود. به عنوان مثال، گیاهان در فرایند فوتوسنتز نور خورشید را جذب کرده و با تغییر این انرژی به ترکیبات شیمیایی اکسیژن تولید می‌کنند و ترکیبات کربن‌داری چون دی‌اکسیدکربن را کاهش می‌دهند. همچنین گرما و یا انرژی الکتریکی تولید شده توسط باتری‌های خورشیدی نیز نقش بزرگی در تامین نیازهای بشر امروزی ایفا می‌کند. انرژی نهفته در نفت خام و سایر سوخت‌های فسیلی نیز در اصل میلیون‌ها سال پیش در اثر تابش نور خورشید به گیاهان و تشکیل مواد آلی در آنها به وجود آمده است.
[اشعه فرابنفش] خورشید دارای خاصیت گندزدایی و ضدعفونی‌کنندگی است که می‌توان از آن برای ضدعفونی کردن آب و تجهیزات گوناگون (مانند تجهیزات پزشکی) بهره گرفت. این اشعه دارای فواید پزشکی گوناگونی است که در این میان، می‌توان به تولید "ویتامین د" در بدن در اثر تابش آن به پوست اشاره کرد.
مقادیر بسیاری از اشعه فرابنفش خورشید قبل از رسیدن به زمین توسط لایه ازن جذب می‌شود و تنها مقادیر اندکی از آن به سطح زمین می‌رسد که دیگر برای انسان مضر نیست. بنابراین با تغییر عرض جغرافیایی، میزان اشعه فرابنفشی که به سطح زمین می‌رسد نیز تغییر می‌کند. در اصل زاویه‌ای که خورشید در هنگام ظهر با سمت الرأس می‌سازد، منشأ تمام تنوع‌های زیستی مانند تنوع رنگ پوست انسان‌ها (با توجه به اینکه در کدام بخش از کره زمین زندگی می‌کنند) است.
هنگامی‌که نور خورشید با جوّ زمین برخورد می‌کند، فوتون‌های نور آبی از طیف نور خورشید جدا شده و در جو پراکنده می‌شوند و به همین علت آسمان به رنگ آبی دیده می‌شود. جدا شدن طیف آبی از نور خورشید موجب می‌شود که رنگ قرمز در نور خورشید بیشتر نمایان شود که به همین علت ناظر روی زمین خورشید را به رنگ زرد مشاهده می‌کند. در هنگام طلوع و یا غروب که نور خورشید مسافت بیشتری را در جو می‌پیماید تا به ناظر برسد، فوتون‌های آبی بیشتری از طیف نور خورشید توسط جو جذب می‌شود و به همین علت خورشید به رنگ نارنجی یا قرمز مشاهده می‌شود.
نور خورشید منبع اصلی تأمین انرژی در زمین است. [ثابت خورشیدی]، مقدار انرژی‌ای است که هر منطقه‌ای که مستقیماً تحت تاثیر تابش نور خورشید قرار می‌گیرد، دریافت می‌کند. ثابت خورشیدی برای منطقه‌ای در فاصله یک واحد نجومی از خورشید، که زمین نیز در همین فاصله قرار گرفته، تقریباً برابر با 1370 وات به ازای هر مترمربع است.
نوری که از خورشید به سطح کره زمین می‌رسد، بسیار ضعیف‌تر از آن چیزی است که باید به زمین برسد که البته علت این امر برخورد نور خورشید با جوّ زمین است. بنابراین میزان ثابت خورشیدی برای هر نقطه‌ای که در شرایط هوایی مطلوب و غیرابری تحت تاثیر تابش مستقیم نور خورشید قرار گیرد (زمانی که خورشید در [سمت الرأس] -که همان نقطه اوج خورشید است- قرار داشته باشد) حدود 1000 وات به ازای هر یک متر مربع است.
این انرژی می‌تواند با روش‌های طبیعی و مصنوعی گوناگونی تحت کنترل درآمده و به خدمت گرفته شود. به عنوان مثال، گیاهان در فرایند فوتوسنتز نور خورشید را جذب کرده و با تغییر این انرژی به ترکیبات شیمیایی اکسیژن تولید می‌کنند و ترکیبات کربن‌داری چون دی‌اکسیدکربن را کاهش می‌دهند. همچنین گرما و یا انرژی الکتریکی تولید شده توسط باتری‌های خورشیدی نیز نقش بزرگی در تامین نیازهای بشر امروزی ایفا می‌کند. انرژی نهفته در نفت خام و سایر سوخت‌های فسیلی نیز در اصل میلیون‌ها سال پیش در اثر تابش نور خورشید به گیاهان و تشکیل مواد آلی در آنها به وجود آمده است.
[اشعه فرابنفش] خورشید دارای خاصیت گندزدایی و ضدعفونی‌کنندگی است که می‌توان از آن برای ضدعفونی کردن آب و تجهیزات گوناگون (مانند تجهیزات پزشکی) بهره گرفت. این اشعه دارای فواید پزشکی گوناگونی است که در این میان، می‌توان به تولید "ویتامین د" در بدن در اثر تابش آن به پوست اشاره کرد.
مقادیر بسیاری از اشعه فرابنفش خورشید قبل از رسیدن به زمین توسط لایه ازن جذب می‌شود و تنها مقادیر اندکی از آن به سطح زمین می‌رسد که دیگر برای انسان مضر نیست. بنابراین با تغییر عرض جغرافیایی، میزان اشعه فرابنفشی که به سطح زمین می‌رسد نیز تغییر می‌کند. در اصل زاویه‌ای که خورشید در هنگام ظهر با سمت الرأس می‌سازد، منشأ تمام تنوع‌های زیستی مانند تنوع رنگ پوست انسان‌ها (با توجه به اینکه در کدام بخش از کره زمین زندگی می‌کنند) است.
میدان‌های مغناطیسی و فعالیت‌های خورشیدی
میدان‌های مغناطیسی خورشید موجب بروز پدیده‌های گوناگونی می‌شود که همه این پدیده‌ها تحت عنوان فعالیت‌های خورشیدی شناخته می‌شوند. بخشی از این فعالیت‌ها شامل شکل‌گیری لکههای خورشیدی در سطح خورشید، شعله‌ها و زبانه‌های عظیم خورشیدی و متغیر بودن شدت وزش بادهای خورشیدی است که این بادها عناصر گوناگونی را همراه خود به سراسر منظومه شمسی حمل می‌کنند.
هنگامی که بادهای خورشیدی به زمین می‌رسند باعث به وجود آمدن پدیده‌های گوناگونی از جمله شکل‌گیری شفق‌های قطبی در عرض‌های جغرافیایی میانی و بالاتر و ایجاد اختلال در ارتباطات رادیویی و همچنین قطع جریان برق می‌شوند.
با وجود آنکه خورشید نزدیک‌ترین ستاره به زمین است و طی سالیان متمادی دانشمندان بسیاری به دقت آن را مورد بررسی و مطالعه قرار داده‌اند، اما هنوز سوالات بی‌پاسخ بی‌شماری در رابطه با خورشید باقی مانده است؛ از جمله آنکه چرا جوّ خارجی خورشید دارای درجه حرارتی معادل با یک میلیون کلوین است، در حالی که درجه حرارت سطح خورشید که شیدسپهر نامیده می‌شود تنها 6000 کلوین است.
موضوعاتی که مطالعات جاری دانشمندان را به خود اختصاص داده است شامل بررسی چرخههای منظم فعالیت لکههای خورشیدی، مطالعه ماهیت فیزیکی و منشا پیدایش زبانه‌های خورشیدی، بررسی کنش و واکنش‌های مغناطیسی بین فام‌سپهر و تاج خورشیدی و بررسی و تحقیق راجع به ماهیت وجودی و چگونگی پیدایش بادهای خورشیدی و منبع انتشار آنهاست.
چرخه حیات خورشید
خورشید یک ستاره نسل سوم است که بر اساس یک نظریه قوی، شکل‌گیری آن ممکن است در اثر امواج پراکنده شده حاصل از شکل‌گیری یک یا چند [ابرنواختر] که منجر به فشرده شدن غبار میان‌ستاره‌ای شده، به وجود آمده است. منشا شکل‌گیری این نظریه، کشف وجود مقادیر فراوانی از عناصر سنگین در منظومه شمسی مانند طلا و اورانیوم بود. این عناصر به شکل قابل‌قبولی می‌توانند از واکنش‌های هستهای گرماگیر یک ابرنواختر تولید شده باشند و یا در جریان تغییرات هستهای از طریق جذب نوترون در داخل یک ستاره غول پیکر نسل دوم تولید شده باشند.
مشاهدات از روی زمین نشان داده است که مسیر حرکت خورشید در آسمان در طی یک سال دائماً در حال تغییر است، به صورتی که اگر در طی یک سال هر روز در ساعت و دقیقه معینی از خورشید عکسی گرفته شود و سپس نتایج تمام عکس‌ها در قالب یک عکس کنار هم قرار داده شود، مشاهده خواهد شد که مسیر حرکت خورشید شبیه به عدد 8 انگلیسی است. آشکارترین تغییر در مسیر حرکت خورشید در آسمان در طی یک سال، تغییر زاویه 47 درجه‌ای آن بین شمال و جنوب (به دلیل کج بودن 5/23 درجه‌ای محور زمین نسبت به خورشید) است که همین امر، اصلی‌ترین عامل پیدایش فصول در زمین محسوب می‌شود. همچنین، طبق قانون دوم کپلر به دلیل بیضوی بودن مدار حرکت زمین به دور خورشید، هنگامی که زمین در مدار خود به خورشید نزدیک می‌شود، بر شتاب حرکت آن افزوده شده و با دور شدن از خورشید از سرعت آن کاسته می‌شود.
خورشید از نظر میدان مغناطیسی یک ستاره فعال محسوب می‌شود و دارای قطبهای مغناطیسی بسیار قوی و متغیری است که هر سال تغییر می‌کنند و هر 11 سال جای آنها به کلی عکس می‌شود. با استفاده از مدلهای شبیه‌سازی‌شده رایانه‌ای و با در نظر گرفتن سیر تکامل و نابودی ستارگان تخمین زده می‌شود که تا به حال در حدود 57/4 میلیارد سال از عمر خورشید سپری شده است و تقریباً می‌توان گفت خورشید در نیمه عمر خود قرار دارد.
تخمین زده می‌شود که حدود 59/4 میلیارد سال پیش، از همپاشی سریع یک ابر مولکولی هیدروژنی عظیم باعث پیدایش خورشید یعنی پیدایش یک ستاره نسل سوم شد که این ستاره جوان در یک مدار تقریباً دایره‌ای‌شکل گردشش را به دور مرکز کهکشان راه شیری آغاز کرد؛ گردشی که هر یک دور آن 26000 سال نوری است.
خورشید در حال حاضر تقریباً در دوران میانسالی خود به سر می‌برد و نیمی از عمر خود را سپری کرده است. این ستاره با سرعتی باور نکردنی جرم را در هسته خود به انرژی تبدیل می‌کند؛ یعنی در هر ثانیه بیش از 26/4 میلیون تن ماده در هسته خورشید به انرژی تبدیل می‌شود که این امر موجب درخشندگی و پرتوافشانی شدید خورشید می‌شود. با توجه به سرعت تبدیل جرم به ماده در خورشید، می‌توان این‌گونه نتیجه گرفت که تا به امروز خورشید جرمی معادل با 100 برابر جرم زمین را به انرژی تبدیل کرده است. خورشید از آغاز شکل‌گیری چیزی در حدود 10 میلیارد سال تحت عنوان یک ستاره رشته اصلی به سوختن ادامه خواهد داد.
خورشید از جرم کافی برخوردار نیست تا بتواند در پایان عمرش به عنوان یک ابرنواختر منفجر شود. اما 5 الی 6 میلیارد سال دیگر خورشید وارد مرحله‌ای می‌شود که به آن مرحله غول سرخ گفته می‌شود. همچنان که سوخت هیدروژنی خورشید مصرف می‌شود و هسته آن منقبض و هر لحظه گرم‌تر می‌شود، لایه خارجی خورشید شروع به بزرگ شدن می‌کند. پیش از شروع همجوشی هلیوم در هسته خورشید، همجوشی هیدروژن در لایه‌ای اطراف هسته آغاز می‌شود. سپس در اثر بالا رفتن دمای هسته مرکزی خورشید همجوشی هستهای هلیوم آغاز می‌شود که منجر به تولید کربن و اکسیژن درون هسته می‌شود.
ناپایداری دمای داخلی خورشید منجر به از دست رفتن جرم از سطح خورشید می‌شود. از طرفی بزرگ شدن لایه خارجی خورشید تا جایی ادامه می‌یابد که این لایه به نزدیکی مدار کنونی کره زمین خواهد رسید. البته تحقیقات و مطالعات اخیر حاکی از آن است که جرمی که خورشید قبل از آن که به مدار زمین برسد از سطح خود از دست داده است، منجر به کاهش تاثیر گرانشی آن و در نتیجه عقب راندن مدار زمین می‌شود. به‌طوری‌که زمین در فاصله دورتری از خورشید قرار خواهد گرفت و هنگامی که لایه خارجی خورشید به مدار کنونی زمین می‌رسد، زمین احتمالاً از غرق شدن در دل خورشید محفوظ خواهد بود.
در این مرحله، زمین بخش بزرگی از جوّ خود را از دست خواهد داد؛ تمام آب‌های روی زمین در اثر دمای بالای محیط تبخیر خواهد شد و به فضا خواهد گریخت؛ خورشید به مدت 600 تا 700 میلیون سال بعد از آن، چنان گرم می‌شود که به یک کوره بسیار داغ تبدیل خواهد شد و دیگر برای زندگی به‌گونه‌ای که ما می‌شناسیم مناسب نخواهد بود.
چرخه حیات خورشید از آغاز پیدایش تا تبدیل شدن به یک کوتوله سفید و خاموش (منبع: ناسا)
هنگامی‌که خورشید در مرحله آخر عمر خود منبسط می‌شود تا به یک [غول سرخ] تبدیل شود، قطرش حدود 150 برابر بزرگتر خواهد شد. گازهای منبسط شده و داغ خورشید، رنگ زرد و حرارت خود را از دست می‌دهند و قرمزرنگ و سرد خواهند شد، اما به دلیل بزرگتر شدن سطح خورشید، درخشندگی آن تا 1000 برابر افزایش می‌یابد و نور بیشتری از خود ساطع خواهد کرد.
در ادامه فاز غول سرخ، به دلیل تغییرات بسیار شدید حرارتی در خورشید، این ستاره دائماً بزرگ و کوچک می‌شود که در اصطلاح به آن تپش خورشید گفته می‌شود. در حین این تپش‌ها، خورشید لایه‌های خارجی خود را از دست خواهد داد و آنها را به فضای اطراف خواهد انداخت که باعث شکل‌گیری یک [سحابی سیاره‌ای] خواهد شد. پس از آنکه خورشید تمام لایه‌های خارجی خود را به دور افکند، تنها بخشی که برجای خواهد ماند هسته بسیار داغ و درخشان خورشید خواهد بود که به آن [کوتوله سفید] گفته می‌شود. کوتوله سفید طی میلیارد‌ها سال به مرور و به آرامی سرد شده، به [کوتوله سیاه] تبدیل خواهد شد. این سرنوشت برای هر ستاره‌ای که کمتر از چهار برابر جرم اولیه خورشید یا کمتر از 4/1 برابر جرم نهایی خورشید جرم داشته باشد، به همین شکل روی خواهد بود.
میدان‌های مغناطیسی خورشید موجب بروز پدیده‌های گوناگونی می‌شود که همه این پدیده‌ها تحت عنوان فعالیت‌های خورشیدی شناخته می‌شوند. بخشی از این فعالیت‌ها شامل شکل‌گیری لکههای خورشیدی در سطح خورشید، شعله‌ها و زبانه‌های عظیم خورشیدی و متغیر بودن شدت وزش بادهای خورشیدی است که این بادها عناصر گوناگونی را همراه خود به سراسر منظومه شمسی حمل می‌کنند.
هنگامی که بادهای خورشیدی به زمین می‌رسند باعث به وجود آمدن پدیده‌های گوناگونی از جمله شکل‌گیری شفق‌های قطبی در عرض‌های جغرافیایی میانی و بالاتر و ایجاد اختلال در ارتباطات رادیویی و همچنین قطع جریان برق می‌شوند.
با وجود آنکه خورشید نزدیک‌ترین ستاره به زمین است و طی سالیان متمادی دانشمندان بسیاری به دقت آن را مورد بررسی و مطالعه قرار داده‌اند، اما هنوز سوالات بی‌پاسخ بی‌شماری در رابطه با خورشید باقی مانده است؛ از جمله آنکه چرا جوّ خارجی خورشید دارای درجه حرارتی معادل با یک میلیون کلوین است، در حالی که درجه حرارت سطح خورشید که شیدسپهر نامیده می‌شود تنها 6000 کلوین است.
موضوعاتی که مطالعات جاری دانشمندان را به خود اختصاص داده است شامل بررسی چرخههای منظم فعالیت لکههای خورشیدی، مطالعه ماهیت فیزیکی و منشا پیدایش زبانه‌های خورشیدی، بررسی کنش و واکنش‌های مغناطیسی بین فام‌سپهر و تاج خورشیدی و بررسی و تحقیق راجع به ماهیت وجودی و چگونگی پیدایش بادهای خورشیدی و منبع انتشار آنهاست.
چرخه حیات خورشید
خورشید یک ستاره نسل سوم است که بر اساس یک نظریه قوی، شکل‌گیری آن ممکن است در اثر امواج پراکنده شده حاصل از شکل‌گیری یک یا چند [ابرنواختر] که منجر به فشرده شدن غبار میان‌ستاره‌ای شده، به وجود آمده است. منشا شکل‌گیری این نظریه، کشف وجود مقادیر فراوانی از عناصر سنگین در منظومه شمسی مانند طلا و اورانیوم بود. این عناصر به شکل قابل‌قبولی می‌توانند از واکنش‌های هستهای گرماگیر یک ابرنواختر تولید شده باشند و یا در جریان تغییرات هستهای از طریق جذب نوترون در داخل یک ستاره غول پیکر نسل دوم تولید شده باشند.
مشاهدات از روی زمین نشان داده است که مسیر حرکت خورشید در آسمان در طی یک سال دائماً در حال تغییر است، به صورتی که اگر در طی یک سال هر روز در ساعت و دقیقه معینی از خورشید عکسی گرفته شود و سپس نتایج تمام عکس‌ها در قالب یک عکس کنار هم قرار داده شود، مشاهده خواهد شد که مسیر حرکت خورشید شبیه به عدد 8 انگلیسی است. آشکارترین تغییر در مسیر حرکت خورشید در آسمان در طی یک سال، تغییر زاویه 47 درجه‌ای آن بین شمال و جنوب (به دلیل کج بودن 5/23 درجه‌ای محور زمین نسبت به خورشید) است که همین امر، اصلی‌ترین عامل پیدایش فصول در زمین محسوب می‌شود. همچنین، طبق قانون دوم کپلر به دلیل بیضوی بودن مدار حرکت زمین به دور خورشید، هنگامی که زمین در مدار خود به خورشید نزدیک می‌شود، بر شتاب حرکت آن افزوده شده و با دور شدن از خورشید از سرعت آن کاسته می‌شود.
خورشید از نظر میدان مغناطیسی یک ستاره فعال محسوب می‌شود و دارای قطبهای مغناطیسی بسیار قوی و متغیری است که هر سال تغییر می‌کنند و هر 11 سال جای آنها به کلی عکس می‌شود. با استفاده از مدلهای شبیه‌سازی‌شده رایانه‌ای و با در نظر گرفتن سیر تکامل و نابودی ستارگان تخمین زده می‌شود که تا به حال در حدود 57/4 میلیارد سال از عمر خورشید سپری شده است و تقریباً می‌توان گفت خورشید در نیمه عمر خود قرار دارد.
تخمین زده می‌شود که حدود 59/4 میلیارد سال پیش، از همپاشی سریع یک ابر مولکولی هیدروژنی عظیم باعث پیدایش خورشید یعنی پیدایش یک ستاره نسل سوم شد که این ستاره جوان در یک مدار تقریباً دایره‌ای‌شکل گردشش را به دور مرکز کهکشان راه شیری آغاز کرد؛ گردشی که هر یک دور آن 26000 سال نوری است.
خورشید در حال حاضر تقریباً در دوران میانسالی خود به سر می‌برد و نیمی از عمر خود را سپری کرده است. این ستاره با سرعتی باور نکردنی جرم را در هسته خود به انرژی تبدیل می‌کند؛ یعنی در هر ثانیه بیش از 26/4 میلیون تن ماده در هسته خورشید به انرژی تبدیل می‌شود که این امر موجب درخشندگی و پرتوافشانی شدید خورشید می‌شود. با توجه به سرعت تبدیل جرم به ماده در خورشید، می‌توان این‌گونه نتیجه گرفت که تا به امروز خورشید جرمی معادل با 100 برابر جرم زمین را به انرژی تبدیل کرده است. خورشید از آغاز شکل‌گیری چیزی در حدود 10 میلیارد سال تحت عنوان یک ستاره رشته اصلی به سوختن ادامه خواهد داد.
خورشید از جرم کافی برخوردار نیست تا بتواند در پایان عمرش به عنوان یک ابرنواختر منفجر شود. اما 5 الی 6 میلیارد سال دیگر خورشید وارد مرحله‌ای می‌شود که به آن مرحله غول سرخ گفته می‌شود. همچنان که سوخت هیدروژنی خورشید مصرف می‌شود و هسته آن منقبض و هر لحظه گرم‌تر می‌شود، لایه خارجی خورشید شروع به بزرگ شدن می‌کند. پیش از شروع همجوشی هلیوم در هسته خورشید، همجوشی هیدروژن در لایه‌ای اطراف هسته آغاز می‌شود. سپس در اثر بالا رفتن دمای هسته مرکزی خورشید همجوشی هستهای هلیوم آغاز می‌شود که منجر به تولید کربن و اکسیژن درون هسته می‌شود.
ناپایداری دمای داخلی خورشید منجر به از دست رفتن جرم از سطح خورشید می‌شود. از طرفی بزرگ شدن لایه خارجی خورشید تا جایی ادامه می‌یابد که این لایه به نزدیکی مدار کنونی کره زمین خواهد رسید. البته تحقیقات و مطالعات اخیر حاکی از آن است که جرمی که خورشید قبل از آن که به مدار زمین برسد از سطح خود از دست داده است، منجر به کاهش تاثیر گرانشی آن و در نتیجه عقب راندن مدار زمین می‌شود. به‌طوری‌که زمین در فاصله دورتری از خورشید قرار خواهد گرفت و هنگامی که لایه خارجی خورشید به مدار کنونی زمین می‌رسد، زمین احتمالاً از غرق شدن در دل خورشید محفوظ خواهد بود.
در این مرحله، زمین بخش بزرگی از جوّ خود را از دست خواهد داد؛ تمام آب‌های روی زمین در اثر دمای بالای محیط تبخیر خواهد شد و به فضا خواهد گریخت؛ خورشید به مدت 600 تا 700 میلیون سال بعد از آن، چنان گرم می‌شود که به یک کوره بسیار داغ تبدیل خواهد شد و دیگر برای زندگی به‌گونه‌ای که ما می‌شناسیم مناسب نخواهد بود.
چرخه حیات خورشید از آغاز پیدایش تا تبدیل شدن به یک کوتوله سفید و خاموش (منبع: ناسا)
هنگامی‌که خورشید در مرحله آخر عمر خود منبسط می‌شود تا به یک [غول سرخ] تبدیل شود، قطرش حدود 150 برابر بزرگتر خواهد شد. گازهای منبسط شده و داغ خورشید، رنگ زرد و حرارت خود را از دست می‌دهند و قرمزرنگ و سرد خواهند شد، اما به دلیل بزرگتر شدن سطح خورشید، درخشندگی آن تا 1000 برابر افزایش می‌یابد و نور بیشتری از خود ساطع خواهد کرد.
در ادامه فاز غول سرخ، به دلیل تغییرات بسیار شدید حرارتی در خورشید، این ستاره دائماً بزرگ و کوچک می‌شود که در اصطلاح به آن تپش خورشید گفته می‌شود. در حین این تپش‌ها، خورشید لایه‌های خارجی خود را از دست خواهد داد و آنها را به فضای اطراف خواهد انداخت که باعث شکل‌گیری یک [سحابی سیاره‌ای] خواهد شد. پس از آنکه خورشید تمام لایه‌های خارجی خود را به دور افکند، تنها بخشی که برجای خواهد ماند هسته بسیار داغ و درخشان خورشید خواهد بود که به آن [کوتوله سفید] گفته می‌شود. کوتوله سفید طی میلیارد‌ها سال به مرور و به آرامی سرد شده، به [کوتوله سیاه] تبدیل خواهد شد. این سرنوشت برای هر ستاره‌ای که کمتر از چهار برابر جرم اولیه خورشید یا کمتر از 4/1 برابر جرم نهایی خورشید جرم داشته باشد، به همین شکل روی خواهد بود.
چرخههای خورشیدی
لکه خورشیدی و چرخه حیات لکههای خورشیدی
هنگامی که با بهره‌گیری از *****های مناسب به خورشید بنگرید اولین چیزی که نظر شما را جلب خواهد کرد، وجود لکه‌هایی تیره روی سطح خورشید است. علت تیره‌رنگ به نظر رسیدن این نقاط، پایین‌تر بودن دمای آنها نسبت به سایر نقاط سطح خورشید است.
لکههای خورشیدی حوزه‌هایی هستند که به علت وجود فعالیت‌های بسیار شدید مغناطیسی در این نقاط، انتقال حرارت در آنها متوقف شده و هیچ‌گونه جریان همرفتی در این نقاط وجود ندارد که این امر مانع از انتقال دمای بسیار بالای سطح داخلی و بسیار داغ خورشید به این نواحی و در نتیجه، سردتر بودن این نقاط نسبت به سایر مناطق خورشید می‌شود. این مناطق مغناطیسی منجر به گرمایش شدید تاج و شکل‌گیری مناطق فعال در خورشید می‌شود و خود، منبع شکل‌گیری [شراره‌های عظیم خورشیدی] و [فوران انبوه تاج خورشیدی] به خارج هستند. لکههای خورشیدی بسیار عظیم، می‌توانند وسعتی معادل با دهها هزار کیلومتر داشته باشند.
تعداد لکههای خورشیدی قابل رویت ثابت نیستند و در طول یک دوره یازده ساله چرخه خورشیدی تعداد آنها تغییر می‌کند. در ابتدای هر دوره از چرخه خورشیدی لکههای خورشیدی کمی قابل رویت هستند و گاهی نیز هیچ لکه خورشیدی مشاهده نمی‌شود. با گذشت زمان و ادامه چرخه خورشیدی بر تعداد لکههای خورشیدی افزوده می‌شود. این لکه‌ها به مرور حرکت کرده و به خط استوای خورشید نزدیک می‌شوند. لکههای خورشیدی معمولاً به صورت یک جفت و با قطبهای مغناطیسی مخالف وجود دارند. در هر جفت لکه خورشیدی، قطب مغناطیسی لکه‌ها به طور تناوبی در هر چرخه خورشیدی عوض می‌شود. بنابراین لکه‌ای که در یک چرخه خورشیدی قطب شمال محسوب می‌شود در چرخه بعدی قطب جنوبی خواهد بود.
چرخههای خورشیدی تاثیر فراوانی بر فضای منظومه شمسی دارد که تاثیر آن بر شرایط جوی و آب و هوای زمین نیز کاملاً محسوس و آشکار است. کاهش فعالیت چرخه خورشید و ظاهر شدن تعداد لکههای خورشیدی کم، منجر به سرد شدن زمین و بالعکس، فعالیت بالاتر از حد متوسط خورشید در طی یک چرخه خورشیدی، منجر به گرم‌تر شدن زمین می‌شود.
در قرن هفدهم، به نظر می‌رسید که چرخه خورشیدی برای چند دهه کاملاً متوقف شده باشد، چرا که در طی این چند دهه تنها چند لکه خورشیدی بسیار کوچک روی خورشید رصد شد. در این دوره که به [عصر یخبندان کوچک] موسوم است ساکنان کشورهای اروپایی دمای آب و هوای بسیار سردی را تجربه کردند.
بررسی امکان‌پذیری چرخه بلندمدت خورشیدی و وقوع عصر یخبندان
فرضیه اخیر در زمینه چرخههای خورشیدی حاکی از وجود ناپایداری‌های مغناطیسی در هسته خورشید است. این فرضیه بیان می‌کند که این ناپایداری می‌تواند موجب تنزل و یا ارتقای فعالیت خورشید در طی یک دوره از چرخه خورشیدی شود. بر طبق این فرضیه، این اتفاق می‌تواند هر 41000 یا هر 100000 سال یک‌بار رخ دهد و به این ترتیب، می‌توان وجود عصرهای یخبندان را توضیح داد. این فرضیه نیز همانند سایر فرضیههای اخترفیزیک به طور مستقیم قابل آزمایش و تجربه‌پذیر نیست.
لکه خورشیدی و چرخه حیات لکههای خورشیدی
هنگامی که با بهره‌گیری از *****های مناسب به خورشید بنگرید اولین چیزی که نظر شما را جلب خواهد کرد، وجود لکه‌هایی تیره روی سطح خورشید است. علت تیره‌رنگ به نظر رسیدن این نقاط، پایین‌تر بودن دمای آنها نسبت به سایر نقاط سطح خورشید است.
لکههای خورشیدی حوزه‌هایی هستند که به علت وجود فعالیت‌های بسیار شدید مغناطیسی در این نقاط، انتقال حرارت در آنها متوقف شده و هیچ‌گونه جریان همرفتی در این نقاط وجود ندارد که این امر مانع از انتقال دمای بسیار بالای سطح داخلی و بسیار داغ خورشید به این نواحی و در نتیجه، سردتر بودن این نقاط نسبت به سایر مناطق خورشید می‌شود. این مناطق مغناطیسی منجر به گرمایش شدید تاج و شکل‌گیری مناطق فعال در خورشید می‌شود و خود، منبع شکل‌گیری [شراره‌های عظیم خورشیدی] و [فوران انبوه تاج خورشیدی] به خارج هستند. لکههای خورشیدی بسیار عظیم، می‌توانند وسعتی معادل با دهها هزار کیلومتر داشته باشند.
تعداد لکههای خورشیدی قابل رویت ثابت نیستند و در طول یک دوره یازده ساله چرخه خورشیدی تعداد آنها تغییر می‌کند. در ابتدای هر دوره از چرخه خورشیدی لکههای خورشیدی کمی قابل رویت هستند و گاهی نیز هیچ لکه خورشیدی مشاهده نمی‌شود. با گذشت زمان و ادامه چرخه خورشیدی بر تعداد لکههای خورشیدی افزوده می‌شود. این لکه‌ها به مرور حرکت کرده و به خط استوای خورشید نزدیک می‌شوند. لکههای خورشیدی معمولاً به صورت یک جفت و با قطبهای مغناطیسی مخالف وجود دارند. در هر جفت لکه خورشیدی، قطب مغناطیسی لکه‌ها به طور تناوبی در هر چرخه خورشیدی عوض می‌شود. بنابراین لکه‌ای که در یک چرخه خورشیدی قطب شمال محسوب می‌شود در چرخه بعدی قطب جنوبی خواهد بود.
چرخههای خورشیدی تاثیر فراوانی بر فضای منظومه شمسی دارد که تاثیر آن بر شرایط جوی و آب و هوای زمین نیز کاملاً محسوس و آشکار است. کاهش فعالیت چرخه خورشید و ظاهر شدن تعداد لکههای خورشیدی کم، منجر به سرد شدن زمین و بالعکس، فعالیت بالاتر از حد متوسط خورشید در طی یک چرخه خورشیدی، منجر به گرم‌تر شدن زمین می‌شود.
در قرن هفدهم، به نظر می‌رسید که چرخه خورشیدی برای چند دهه کاملاً متوقف شده باشد، چرا که در طی این چند دهه تنها چند لکه خورشیدی بسیار کوچک روی خورشید رصد شد. در این دوره که به [عصر یخبندان کوچک] موسوم است ساکنان کشورهای اروپایی دمای آب و هوای بسیار سردی را تجربه کردند.
بررسی امکان‌پذیری چرخه بلندمدت خورشیدی و وقوع عصر یخبندان
فرضیه اخیر در زمینه چرخههای خورشیدی حاکی از وجود ناپایداری‌های مغناطیسی در هسته خورشید است. این فرضیه بیان می‌کند که این ناپایداری می‌تواند موجب تنزل و یا ارتقای فعالیت خورشید در طی یک دوره از چرخه خورشیدی شود. بر طبق این فرضیه، این اتفاق می‌تواند هر 41000 یا هر 100000 سال یک‌بار رخ دهد و به این ترتیب، می‌توان وجود عصرهای یخبندان را توضیح داد. این فرضیه نیز همانند سایر فرضیههای اخترفیزیک به طور مستقیم قابل آزمایش و تجربه‌پذیر نیست.
مسأله نوترینوی خورشیدی
سال‌های بسیار زیادی تعداد نوترینوهایی که از خورشید جدا شده و روی زمین آشکار می‌شد، تنها یک سوم تا نصف تعدادی را شامل بود که توسط مدلهای خورشیدی استاندارد تخمین زده می‌شد. این نتیجه غیرعادی و خلاف قاعده را مسأله نوترینوی خورشیدی نامیدند.
نوترینو ذره‌ای بنیادی و خنثی است که در ضمن واپاشی بتای هسته‌های اتمی همراه با الکترون یا پوزیترون گسیل می‌شود. همانند نوترون، نوترینو نیز بار الکتریکی ندارد؛ نوترینو با الکترون‌ها عملاً اندرکنش نمی‌کند و باعث یونش قابل‌توجه محیط نمی‌شود. نوترینو ذره بنیادی ناپایدار و سبکی است که جرمش در حدود 200/1 جرم الکترون است. افزون بر این، برهمکنش نوترینو با هسته‌ها خیلی ضعیف است.
انرژی الکترون حاصل از واپاشی ذره بتا می‌تواند مقادیر مختلف، از صفر تا مقدار ماکزیمم معین W را داشته باشد. مهم است بدانیم که این مقدار ماکزیمم درست برابر با انرژی درونی آزاد شده در ضمن واکنش مذکور است. برای سازگاری با قانون بقای انرژی باید فرض کرد که در جریان واپاشی ذره بتا همراه با الکترون یک ذره دیگر نیز (یعنی نوترینو) تشکیل می‌شود.
این ذره انرژی ای را با خود حمل می‌کند که مکمل انرژی الکترون تا W است. اگر نوترینو انرژی‌ای نزدیک به W با خود حمل کند، انرژی الکترون نزدیک به صفر است. اگر انرژی نوترینو کم باشد، برعکس، انرژی الکترون نزدیک به W است. تحلیل تفضیلی از واپاشی به دلایل متقاعدکننده دیگری بر گسیل نوترینو در این فرایند دلالت دارد.
در هر ثانیه 10[SUP]12[/SUP] عدد نوترینو از بدن ما عبور می‌کند، اما از آنجا که نوترینوها تقریباً هیچ‌گاه بر ماده تاثیری نمی‌گذارند، ما متوجه عبور آنها نمی‌شویم و درست به همین دلیل است که می‌توانند به آسانی از مرکز خورشید، جایی که حرکت فوتون‌ها به دلیل چگالی بالا قرن‌ها طول می‌کشد، به بیرون گسیل شوند.
هرچند نوترینوها را نمی‌توان به راحتی به کمک آشکارسازها شکار کرد، اما برخی فعل و انفعالات هستهای را می‌توان به کمک نوترینوها تسریع کرد و از این طریق به وجود آنها پی‌برد. با این وجود، باز هم تعداد نوترینوهایی که در این آزمایش‌ها به دست می‌آمد، یک‌سوم تعداد کل نوترینوهایی بود که بر اساس مدلهای رایانه‌ای پیش‌بینی می‌شد.
برای توجیه مسأله نوترینوی خورشیدی، فرضیههای مختلفی بیان شد که در آنها سعی شده بود با بیان این موضوع که دمای داخلی خورشید کمتر از آنچه که تخمین زده می‌شود است، مسأله کم بودن شار نوترینوهای دریافتی روی زمین توجیه شود. همچنین به این موضوع نیز اشاره شده بود که نوترینوها هنگامی‌که فاصله بین خورشید تا زمین را طی می‌کنند، دارای نوساناتی می‌شوند که ممکن است همه آنها توسط آشکارسازهای روی زمین شناسایی و دریافت نشوند.
به همین جهت در دهه 1980، چندین رصدخانه آشکارساز نوترینوی بسیار دقیق مانند [رصدخانه نوترینوی سادبری] در کانادا و [رصدخانه کمیوکنده] در ژاپن ساخته شد تا دانشمندان بتوانند با دقت هرچه بیشتری تعداد نوترینوهای دریافتی را اندازه بگیرند. نتایج این تحقیقات در نهایت منجر به کشف این موضوع شد که نوترینوها دارای [جرم ساکن] بسیار کوچکی هستند که به‌راستی می‌توانند دچار نوسان شوند.
افزون بر این، در سال 2001 دانشمندان رصدخانه سادبری موفق شدند هر سه نوع نوترینوی دریافتی (نوترینوی الکترونی، [موئون]، و [تائو]) را به طور مستقیم شناسایی و آشکار کنند و به این ترتیب انتشار نوترینوی خورشید به طور کلی با نتایج حاصل از شبیه‌سازی استاندارد خورشید مطابقت داشت، هرچند که با توجه به میزان انرژی نوترینوها، تنها یک سوم نوترینوهای دیده شده روی زمین از نوع الکترونی هستند.
نوترینوهای الکترونی تنها یکی از سه نوع نوترینویی هستند که به نظر می‌رسد وجود داشته باشند. از آنجا که آشکارسازهای اولیه تنها قادر به نشان دادن این دسته از نوترینوها بودند، تعداد کل نوترینوهایی که از خورشید به زمین می‌رسید، یک سوم کل نوترینوهایی به دست آمد که بر اساس مدلهای رایانه‌ای و محاسبات عددی همجوشی هستهای هیدروژن در مرکز خورشید به وجود می‌آمدند. بنابراین سرانجام مسأله نوترینوی خورشیدی که سال‌ها بی‌پاسخ مانده بود، حل شد.
سال‌های بسیار زیادی تعداد نوترینوهایی که از خورشید جدا شده و روی زمین آشکار می‌شد، تنها یک سوم تا نصف تعدادی را شامل بود که توسط مدلهای خورشیدی استاندارد تخمین زده می‌شد. این نتیجه غیرعادی و خلاف قاعده را مسأله نوترینوی خورشیدی نامیدند.
نوترینو ذره‌ای بنیادی و خنثی است که در ضمن واپاشی بتای هسته‌های اتمی همراه با الکترون یا پوزیترون گسیل می‌شود. همانند نوترون، نوترینو نیز بار الکتریکی ندارد؛ نوترینو با الکترون‌ها عملاً اندرکنش نمی‌کند و باعث یونش قابل‌توجه محیط نمی‌شود. نوترینو ذره بنیادی ناپایدار و سبکی است که جرمش در حدود 200/1 جرم الکترون است. افزون بر این، برهمکنش نوترینو با هسته‌ها خیلی ضعیف است.
انرژی الکترون حاصل از واپاشی ذره بتا می‌تواند مقادیر مختلف، از صفر تا مقدار ماکزیمم معین W را داشته باشد. مهم است بدانیم که این مقدار ماکزیمم درست برابر با انرژی درونی آزاد شده در ضمن واکنش مذکور است. برای سازگاری با قانون بقای انرژی باید فرض کرد که در جریان واپاشی ذره بتا همراه با الکترون یک ذره دیگر نیز (یعنی نوترینو) تشکیل می‌شود.
این ذره انرژی ای را با خود حمل می‌کند که مکمل انرژی الکترون تا W است. اگر نوترینو انرژی‌ای نزدیک به W با خود حمل کند، انرژی الکترون نزدیک به صفر است. اگر انرژی نوترینو کم باشد، برعکس، انرژی الکترون نزدیک به W است. تحلیل تفضیلی از واپاشی به دلایل متقاعدکننده دیگری بر گسیل نوترینو در این فرایند دلالت دارد.
در هر ثانیه 10[SUP]12[/SUP] عدد نوترینو از بدن ما عبور می‌کند، اما از آنجا که نوترینوها تقریباً هیچ‌گاه بر ماده تاثیری نمی‌گذارند، ما متوجه عبور آنها نمی‌شویم و درست به همین دلیل است که می‌توانند به آسانی از مرکز خورشید، جایی که حرکت فوتون‌ها به دلیل چگالی بالا قرن‌ها طول می‌کشد، به بیرون گسیل شوند.
هرچند نوترینوها را نمی‌توان به راحتی به کمک آشکارسازها شکار کرد، اما برخی فعل و انفعالات هستهای را می‌توان به کمک نوترینوها تسریع کرد و از این طریق به وجود آنها پی‌برد. با این وجود، باز هم تعداد نوترینوهایی که در این آزمایش‌ها به دست می‌آمد، یک‌سوم تعداد کل نوترینوهایی بود که بر اساس مدلهای رایانه‌ای پیش‌بینی می‌شد.
برای توجیه مسأله نوترینوی خورشیدی، فرضیههای مختلفی بیان شد که در آنها سعی شده بود با بیان این موضوع که دمای داخلی خورشید کمتر از آنچه که تخمین زده می‌شود است، مسأله کم بودن شار نوترینوهای دریافتی روی زمین توجیه شود. همچنین به این موضوع نیز اشاره شده بود که نوترینوها هنگامی‌که فاصله بین خورشید تا زمین را طی می‌کنند، دارای نوساناتی می‌شوند که ممکن است همه آنها توسط آشکارسازهای روی زمین شناسایی و دریافت نشوند.
به همین جهت در دهه 1980، چندین رصدخانه آشکارساز نوترینوی بسیار دقیق مانند [رصدخانه نوترینوی سادبری] در کانادا و [رصدخانه کمیوکنده] در ژاپن ساخته شد تا دانشمندان بتوانند با دقت هرچه بیشتری تعداد نوترینوهای دریافتی را اندازه بگیرند. نتایج این تحقیقات در نهایت منجر به کشف این موضوع شد که نوترینوها دارای [جرم ساکن] بسیار کوچکی هستند که به‌راستی می‌توانند دچار نوسان شوند.
افزون بر این، در سال 2001 دانشمندان رصدخانه سادبری موفق شدند هر سه نوع نوترینوی دریافتی (نوترینوی الکترونی، [موئون]، و [تائو]) را به طور مستقیم شناسایی و آشکار کنند و به این ترتیب انتشار نوترینوی خورشید به طور کلی با نتایج حاصل از شبیه‌سازی استاندارد خورشید مطابقت داشت، هرچند که با توجه به میزان انرژی نوترینوها، تنها یک سوم نوترینوهای دیده شده روی زمین از نوع الکترونی هستند.
نوترینوهای الکترونی تنها یکی از سه نوع نوترینویی هستند که به نظر می‌رسد وجود داشته باشند. از آنجا که آشکارسازهای اولیه تنها قادر به نشان دادن این دسته از نوترینوها بودند، تعداد کل نوترینوهایی که از خورشید به زمین می‌رسید، یک سوم کل نوترینوهایی به دست آمد که بر اساس مدلهای رایانه‌ای و محاسبات عددی همجوشی هستهای هیدروژن در مرکز خورشید به وجود می‌آمدند. بنابراین سرانجام مسأله نوترینوی خورشیدی که سال‌ها بی‌پاسخ مانده بود، حل شد.
گرمایش تاج خورشیدی
سطح قابل‌رویت و نورانی خورشید (شیدسپهر) دارای درجه حرارتی معادل با 6000 کلوین است که بالای این منطقه و پس از فام‌سپهر، تاج خورشیدی با دمایی معادل با 1،000،000 کلوین قرار دارد. دمای بسیار بالای این منطقه نشان‌دهنده آن است که این ناحیه توسط منبع دیگری به غیر از گرمای گسیل‌شده از شیدسپهر تا به این حد گرم می‌شود.
این‌گونه تصور می‌شود که انرژی لازم برای گرم کردن هاله خورشید توسط جریان‌های بسیار متلاطم و سرکش لایه انتقال حرارتی که زیر شیدسپهر قرار دارد، تامین می‌شود که برای توجیه چگونگی آن دو نوع سازوکار متفاوت مطرح می‌شود. سازوکار اول شامل گرمایش موجی است و شکل‌گیری امواج صوتی، امواج گرانشی و امواج هیدرودینامیکی مغناطیسی در اثر وجود جریان‌های آشفته و متلاطم را شرح می‌دهد. این امواج پس از تولید به سمت بالا رفته و با برخورد به تاج خورشیدی باعث از همپاشی و آزاد شدن انرژی به صورت انرژی گرمایی می‌شود و سازوکار دوم شامل گرمایش مغناطیسی است که در این سازوکار، انرژی مغناطیسی به طور متداوم توسط جریان‌های موجود در شیدسپهر ساخته می‌شود و به سمت نواحی مغناطیسی و لکههای خورشیدی و در قالب شراره‌ها و شعله‌های بسیار عظیم خورشیدی رها می‌شود. همین امر منجر به گرمایش تاج خورشیدی از طریق فرایندهای بی‌شمار مشابه با سازوکار اول اما در مقیاس کوچک‌تر می‌شود.
خورشید جوان کم‌نور
مدل‌ها و فرضیههای مطرح شده در مورد فعالیت‌های خورشیدی حاکی از آن است که از 5/2 تا 8/3 میلیارد سال پیش که به آن [دوره آرکین] گفته می‌شود، خورشید تنها به اندازه 75% حال حاضر روشن و درخشان بوده است. چنین ستاره ضعیف و کم‌نوری قادر نبود به شکل‌گیری و پایدار نگه‌داشتن آب به‌صورت مایع روی سطح زمین کمک کند، بنابراین می‌توان نتیجه گرفت که طی این دوره حیات روی زمین وجود نداشته است.
البته شواهد زمین‌شناسی موجود بیانگر آن است که زمین همواره در طول تاریخ حیاتش در محدوده دمایی نسبتاً مساعد و ثابتی قرار داشته است و حتی گفته می‌شود که زمین جوان از امروز اندکی گرم‌تر بوده است. دانشمندان بر سر این موضوع توافق‌نظر دارند که جوّ زمین جوان دارای مقادیر بسیار بیشتری گازهای گلخانه‌ای (مانند دی‌اکسیدکربن، متان و آمونیاک) نسبت به امروز بوده است که به واسطه آن با وجود کم‌نور و ضعیف بودن انرژی دریافتی از خورشید، جوّ زمین قادر بوده است گرمای کافی را روی زمین نگه دارد و مانع از فرار گرما از سطح زمین شود.
سطح قابل‌رویت و نورانی خورشید (شیدسپهر) دارای درجه حرارتی معادل با 6000 کلوین است که بالای این منطقه و پس از فام‌سپهر، تاج خورشیدی با دمایی معادل با 1،000،000 کلوین قرار دارد. دمای بسیار بالای این منطقه نشان‌دهنده آن است که این ناحیه توسط منبع دیگری به غیر از گرمای گسیل‌شده از شیدسپهر تا به این حد گرم می‌شود.
این‌گونه تصور می‌شود که انرژی لازم برای گرم کردن هاله خورشید توسط جریان‌های بسیار متلاطم و سرکش لایه انتقال حرارتی که زیر شیدسپهر قرار دارد، تامین می‌شود که برای توجیه چگونگی آن دو نوع سازوکار متفاوت مطرح می‌شود. سازوکار اول شامل گرمایش موجی است و شکل‌گیری امواج صوتی، امواج گرانشی و امواج هیدرودینامیکی مغناطیسی در اثر وجود جریان‌های آشفته و متلاطم را شرح می‌دهد. این امواج پس از تولید به سمت بالا رفته و با برخورد به تاج خورشیدی باعث از همپاشی و آزاد شدن انرژی به صورت انرژی گرمایی می‌شود و سازوکار دوم شامل گرمایش مغناطیسی است که در این سازوکار، انرژی مغناطیسی به طور متداوم توسط جریان‌های موجود در شیدسپهر ساخته می‌شود و به سمت نواحی مغناطیسی و لکههای خورشیدی و در قالب شراره‌ها و شعله‌های بسیار عظیم خورشیدی رها می‌شود. همین امر منجر به گرمایش تاج خورشیدی از طریق فرایندهای بی‌شمار مشابه با سازوکار اول اما در مقیاس کوچک‌تر می‌شود.
خورشید جوان کم‌نور
مدل‌ها و فرضیههای مطرح شده در مورد فعالیت‌های خورشیدی حاکی از آن است که از 5/2 تا 8/3 میلیارد سال پیش که به آن [دوره آرکین] گفته می‌شود، خورشید تنها به اندازه 75% حال حاضر روشن و درخشان بوده است. چنین ستاره ضعیف و کم‌نوری قادر نبود به شکل‌گیری و پایدار نگه‌داشتن آب به‌صورت مایع روی سطح زمین کمک کند، بنابراین می‌توان نتیجه گرفت که طی این دوره حیات روی زمین وجود نداشته است.
البته شواهد زمین‌شناسی موجود بیانگر آن است که زمین همواره در طول تاریخ حیاتش در محدوده دمایی نسبتاً مساعد و ثابتی قرار داشته است و حتی گفته می‌شود که زمین جوان از امروز اندکی گرم‌تر بوده است. دانشمندان بر سر این موضوع توافق‌نظر دارند که جوّ زمین جوان دارای مقادیر بسیار بیشتری گازهای گلخانه‌ای (مانند دی‌اکسیدکربن، متان و آمونیاک) نسبت به امروز بوده است که به واسطه آن با وجود کم‌نور و ضعیف بودن انرژی دریافتی از خورشید، جوّ زمین قادر بوده است گرمای کافی را روی زمین نگه دارد و مانع از فرار گرما از سطح زمین شود.
میدان مغناطیسی خورشید
به علت دمای بسیار بالای خورشید، مواد در خورشید حالت گازی و پلاسمایی‌شکل دارند که این امر به خورشید این امکان را می‌دهد که در نزدیک نواحی استوایی با سرعت بیشتری (25 روز) نسبت به نواحی نزدیک به قطبین (35 روز) بچرخد.
چنین تفاوتی در چرخش خورشید که به آن [چرخش تفاضلی یا افتراقی خورشید] گفته می‌شود منجر به گره خوردن و دورهم پیچیدن میدان‌های مغناطیسی خورشید به یکدیگر و شکل‌گیری [حلقه‌های مغناطیسی] می‌شود که موجب شکل‌گیری شعله‌ها و لکههای خورشیدی و چرخههای یازده ساله خورشیدی و همچنین جابجایی قطبهای مغناطیسی خورشید در هر یازده سال (با شروع هر دوره جدید) می‌شود.
تاریخچه رصد خورشید
دوره باستان
درک اولیه انسان‌های باستان از خورشید، صفحه‌ای مدور و درخشان در آسمان بود که بودنش در آسمان روز را پدید می‌آورد و نبودنش شب را در پی‌داشت.
خورشید به عنوان یک پدیده مافوق طبیعه و به عنوان یکی از خدایان توسط بسیاری از انسان‌های دوران باستان مورد پرستش و ستایش قرار می‌گرفته است که از آن میان، می‌توان به ساکنان امریکای جنوبی و همچنین ساکنان مکزیک امروزی اشاره کرد.
از آنجایی که به نظر می‌رسید خورشید در طول مدت یک سال یک بار به دور دایره‌البروج گردش می‌کند، ستاره‌شناسان یونان باستان خورشید را به عنوان یکی از هفت سیاره‌ای که تا آن زمان شناسایی کرده بودند، محسوب کردند و در نام‌گذاری هفت روز هفته از نام خورشید هم بهره گرفتند.
توسعه شیوه درک نوین و علمی‌خورشید
اولین فردی که تعریف علمی از خورشید ارائه کرد، فیلسوفی یونانی به نام [آناکساگوراس] بود که استدلال نمود خورشید یک توپ شعله‌ور تشکیل شده از ماده است که اندازه آن نه به کوچکی ارابه خدای خورشید، بلکه حتی از اندازه شبه جزیره جنوبی یونان نیز بزرگتر است. از آنجایی که افکار و گفتار این فیلسوف با عقاید حاکم بر مردم آن زمان مطابقت نداشت و نوعی ارتداد و بدعت‌گذاری محسوب می‌شد، برای درس عبرت دادن به مردم، او را زندانی و به اعدام محکوم کردند که سرانجام با مداخله و شفاعت [پریکلس] آزاد شد.
احتمالاً [اراتوستنس] اولین فردی بود که موفق شد به طور دقیق فاصله بین زمین و خورشید را معادل 149 میلیون کیلومتر محاسبه کند که این رقم تقریباً با اندازه‌گیری‌های امروزی مطابقت دارد. این فرضیه که خورشید در مرکز فضایی قرار دارد که سایر سیارات به گرد آن می‌چرخند، توسط یکی از یونانیان باستان به نام [آریستارکوس] و همچنین مردم هندوستان مطرح شد که این فرضیه بعدها توسط [نیکلاس کوپرنیک] دوباره جان تازه‌ای به خود گرفت و رواج یافت. در اوایل قرن هفدهم، اختراع تلسکوپ به دانشمندان و اخترشناسانی چون [توماس هریوت] و [گالیلو گالیله] کمک کرد تا بتوانند در مورد جزئیات بیشتری چون لکههای خورشیدی تحقیق کنند.
گالیله اولین کسی بود که بررسی‌ها و تحقیق‌هایی روی لکههای خورشیدی انجام داد و سرانجام موفق به کشف این موضوع شد که این لکه‌ها بر روی سطح خورشید قرار دارند، نه آنکه اجرام کوچکی باشند که مابین زمین و خورشید قرار گرفته باشند. ایزاک نیوتن اولین بار با استفاده از یک منشور به بررسی نور خورشید پرداخت و متوجه شد نور خورشید از طیف وسیعی از نور با طول موج‌های مختلف و در نتیجه از رنگ‌های مختلف تشکیل شده است.
در نخستین سال‌های مطالعه علمی‌خورشید منبع اصلی تولید انرژی در خورشید بزرگ‌ترین معمای حل‌نشده بشر بود. [لرد کلوین] خورشید را کره‌ای پنداشت که به دلیل گرمای بالا، مواد در آن حالت مایع دارند و بیان کرد که هسته خورشید بسیار گرم و داغ بوده است که با گذشت زمان این هسته سردتر و سردتر می‌شود و گرمای متساعدشده از خورشید نیز گرمای متساعدشده از هسته آن است. با توجه به این فرضیه، کلوین عمر خورشید را تا آن زمان چیزی در حدود 20 میلیون سال تخمین زد که با واقعیت بسیار تفاوت داشت. سرانجام در سال 1890 [ژوزف لاک‌یر] با کشف هلیوم با استفاده از طیف‌سنجی نور خورشید موفق به ارائه نظریه کامل‌تری در مورد منبع انرژی خورشید شد، اما در واقع تا سال 1904 هیچ مدرک و دلیل قطعی در رابطه با منبع انرژی ارائه نشد و همه دانشمندان تنها در حد فرضیه می‌توانستند به استدلال خود اتکا کنند. سرانجام آلبرت انیشتین بود که با ارائه معادله مشهور جرم- انرژی E = mc² توانست پاسخ مناسبی به این سوال بشر دهد.
به علت دمای بسیار بالای خورشید، مواد در خورشید حالت گازی و پلاسمایی‌شکل دارند که این امر به خورشید این امکان را می‌دهد که در نزدیک نواحی استوایی با سرعت بیشتری (25 روز) نسبت به نواحی نزدیک به قطبین (35 روز) بچرخد.
چنین تفاوتی در چرخش خورشید که به آن [چرخش تفاضلی یا افتراقی خورشید] گفته می‌شود منجر به گره خوردن و دورهم پیچیدن میدان‌های مغناطیسی خورشید به یکدیگر و شکل‌گیری [حلقه‌های مغناطیسی] می‌شود که موجب شکل‌گیری شعله‌ها و لکههای خورشیدی و چرخههای یازده ساله خورشیدی و همچنین جابجایی قطبهای مغناطیسی خورشید در هر یازده سال (با شروع هر دوره جدید) می‌شود.
تاریخچه رصد خورشید
دوره باستان
درک اولیه انسان‌های باستان از خورشید، صفحه‌ای مدور و درخشان در آسمان بود که بودنش در آسمان روز را پدید می‌آورد و نبودنش شب را در پی‌داشت.
خورشید به عنوان یک پدیده مافوق طبیعه و به عنوان یکی از خدایان توسط بسیاری از انسان‌های دوران باستان مورد پرستش و ستایش قرار می‌گرفته است که از آن میان، می‌توان به ساکنان امریکای جنوبی و همچنین ساکنان مکزیک امروزی اشاره کرد.
از آنجایی که به نظر می‌رسید خورشید در طول مدت یک سال یک بار به دور دایره‌البروج گردش می‌کند، ستاره‌شناسان یونان باستان خورشید را به عنوان یکی از هفت سیاره‌ای که تا آن زمان شناسایی کرده بودند، محسوب کردند و در نام‌گذاری هفت روز هفته از نام خورشید هم بهره گرفتند.
توسعه شیوه درک نوین و علمی‌خورشید
اولین فردی که تعریف علمی از خورشید ارائه کرد، فیلسوفی یونانی به نام [آناکساگوراس] بود که استدلال نمود خورشید یک توپ شعله‌ور تشکیل شده از ماده است که اندازه آن نه به کوچکی ارابه خدای خورشید، بلکه حتی از اندازه شبه جزیره جنوبی یونان نیز بزرگتر است. از آنجایی که افکار و گفتار این فیلسوف با عقاید حاکم بر مردم آن زمان مطابقت نداشت و نوعی ارتداد و بدعت‌گذاری محسوب می‌شد، برای درس عبرت دادن به مردم، او را زندانی و به اعدام محکوم کردند که سرانجام با مداخله و شفاعت [پریکلس] آزاد شد.
احتمالاً [اراتوستنس] اولین فردی بود که موفق شد به طور دقیق فاصله بین زمین و خورشید را معادل 149 میلیون کیلومتر محاسبه کند که این رقم تقریباً با اندازه‌گیری‌های امروزی مطابقت دارد. این فرضیه که خورشید در مرکز فضایی قرار دارد که سایر سیارات به گرد آن می‌چرخند، توسط یکی از یونانیان باستان به نام [آریستارکوس] و همچنین مردم هندوستان مطرح شد که این فرضیه بعدها توسط [نیکلاس کوپرنیک] دوباره جان تازه‌ای به خود گرفت و رواج یافت. در اوایل قرن هفدهم، اختراع تلسکوپ به دانشمندان و اخترشناسانی چون [توماس هریوت] و [گالیلو گالیله] کمک کرد تا بتوانند در مورد جزئیات بیشتری چون لکههای خورشیدی تحقیق کنند.
گالیله اولین کسی بود که بررسی‌ها و تحقیق‌هایی روی لکههای خورشیدی انجام داد و سرانجام موفق به کشف این موضوع شد که این لکه‌ها بر روی سطح خورشید قرار دارند، نه آنکه اجرام کوچکی باشند که مابین زمین و خورشید قرار گرفته باشند. ایزاک نیوتن اولین بار با استفاده از یک منشور به بررسی نور خورشید پرداخت و متوجه شد نور خورشید از طیف وسیعی از نور با طول موج‌های مختلف و در نتیجه از رنگ‌های مختلف تشکیل شده است.
در نخستین سال‌های مطالعه علمی‌خورشید منبع اصلی تولید انرژی در خورشید بزرگ‌ترین معمای حل‌نشده بشر بود. [لرد کلوین] خورشید را کره‌ای پنداشت که به دلیل گرمای بالا، مواد در آن حالت مایع دارند و بیان کرد که هسته خورشید بسیار گرم و داغ بوده است که با گذشت زمان این هسته سردتر و سردتر می‌شود و گرمای متساعدشده از خورشید نیز گرمای متساعدشده از هسته آن است. با توجه به این فرضیه، کلوین عمر خورشید را تا آن زمان چیزی در حدود 20 میلیون سال تخمین زد که با واقعیت بسیار تفاوت داشت. سرانجام در سال 1890 [ژوزف لاک‌یر] با کشف هلیوم با استفاده از طیف‌سنجی نور خورشید موفق به ارائه نظریه کامل‌تری در مورد منبع انرژی خورشید شد، اما در واقع تا سال 1904 هیچ مدرک و دلیل قطعی در رابطه با منبع انرژی ارائه نشد و همه دانشمندان تنها در حد فرضیه می‌توانستند به استدلال خود اتکا کنند. سرانجام آلبرت انیشتین بود که با ارائه معادله مشهور جرم- انرژی E = mc² توانست پاسخ مناسبی به این سوال بشر دهد.
ماموریت‌های فضایی برای کاوش خورشید
اولین فضاپیماهایی که برای مطالعه خورشید مورد بهره‌برداری قرار گرفتند، فضاپیماهای آژانس فضایی ایالات متحده، ناسا، بودند که با نام‌های [پایونیر] 5، 6، 7، 8 و 9 طی سال‌های 1959 تا 1968 به فضا پرتاب شدند. این فضاپیماها در مداری نزدیک به مدار زمین به دور خورشید گردش کردند و موفق شدند اطلاعات مناسبی در زمینه بادهای خورشیدی و میدان‌های مغناطیسی خورشید به زمین ارسال کنند. فضاپیمای پایونیر 9 توانست برای مدت زمان نسبتاً طولانی به فعالیت خود ادامه دهد و تا سال 1987 اطلاعات ارزشمندی به زمین مخابره کرد.
در دهه 1970، [هلیوس1] و ایستگاه فضایی [اسکای‌لب] با کمک تلسکوپ آپولو که داخل این ایستگاه تعبیه شده بود، موفق شدند اطلاعات بسیار ارزشمندی درباره بادهای خورشیدی و مشخصات تاج خورشیدی در اختیار دانشمندان قرار دهند. هلیوس1 ساخت مشترک ایالات متحده آمریکا و آلمان بود که در مداری نزدیک‌تر از مدار سیاره تیر به دور خورشید گردش کرد و اطلاعاتی در مورد بادهای خورشیدی به زمین ارسال نمود.
در سال 1980 [ماموریت فضایی سولار ماکسیمم] توسط ناسا انجام شد که هدف از آن، مطالعه امواج گاما، اشعه ایکس و اشعه فرابنفش ساطع شده از خورشید در طی یک دوره از فعالیت شدید خورشیدی بود.اما چند ماه پس از پرتاب این فضاپیما، نقص الکتریکی در یکی از بخش‌ها باعث توقف فعالیت آن شد و تا 3 سال بعد، یعنی تا زمانی‌که خدمه شاتل چلنجر موفق به تعمیر این فضاپیما شدند، همچنان بدون آنکه اطلاعات یا عکسی به زمین ارسال کند به گردش خود در مدارش به دور خورشید ادامه داد. سولار ماکسیمم پس از تعمیر و قبل از بازگشت به زمین در سال 1989 توانست نقش مهمی در ارسال طلاعات و عکس‌های موردنیاز دانشمندان به زمین ایفا کند.
فضاپیمای ژاپنی [یوهکو] (به معنای پرتوی خورشید) در سال 1991 به فضا پرتاب شد و به بررسی شعله‌های خورشیدی با استفاده از اشعه ایکس پرداخت و به دانشمندان کمک کرد تا بتوانند فرق‌هایی بین شعله‌های خورشیدی قائل شوند و به تقسیم‌بندی آنها بپردازند. خورشیدگرفتگی حلقوی سال 2001 منجر به اختلال در ردیابی خورشید توسط این فضاپیما شد و در پی آن، کلیه فعالیت‌های یوهکو متوقف شد. این فضاپیما در سال 2005 با ورود به جوّ زمین سوخت و نابود شد.
یکی از مهم‌ترین ماموریت‌های فضایی انجام شده تا به امروز در رابطه با خورشید، [فضاپیمای سوهو] بوده است که در دوم دسامبر سال 1995 به فضا پرتاب شد که مدت ماموریت آن 2 سال در نظر گرفته شده بود. در حال حاضر، سوهو بیش از 10 سال است که همچنان در حال ارسال اطلاعات و عکس‌های بسیار مفید به زمین است.
[رصدگر سولار داینامیک] نیز در دسامبر 2008 برای مطالعه خورشید به فضا پرتاب خواهد شد که مدار آن بین زمین و خوشید در نقطه‌ای که برآیند نیروهای مغناطیسی زمین و خورشید مساوی است، خواهد بود.
تاج خورشیدی در این تصویر که توسط فضاپیمای سوهو گرفته شده است، به وضوح مشاهده می‌شود (عکس از ناسا)
گردآورنده:
اولین فضاپیماهایی که برای مطالعه خورشید مورد بهره‌برداری قرار گرفتند، فضاپیماهای آژانس فضایی ایالات متحده، ناسا، بودند که با نام‌های [پایونیر] 5، 6، 7، 8 و 9 طی سال‌های 1959 تا 1968 به فضا پرتاب شدند. این فضاپیماها در مداری نزدیک به مدار زمین به دور خورشید گردش کردند و موفق شدند اطلاعات مناسبی در زمینه بادهای خورشیدی و میدان‌های مغناطیسی خورشید به زمین ارسال کنند. فضاپیمای پایونیر 9 توانست برای مدت زمان نسبتاً طولانی به فعالیت خود ادامه دهد و تا سال 1987 اطلاعات ارزشمندی به زمین مخابره کرد.
در دهه 1970، [هلیوس1] و ایستگاه فضایی [اسکای‌لب] با کمک تلسکوپ آپولو که داخل این ایستگاه تعبیه شده بود، موفق شدند اطلاعات بسیار ارزشمندی درباره بادهای خورشیدی و مشخصات تاج خورشیدی در اختیار دانشمندان قرار دهند. هلیوس1 ساخت مشترک ایالات متحده آمریکا و آلمان بود که در مداری نزدیک‌تر از مدار سیاره تیر به دور خورشید گردش کرد و اطلاعاتی در مورد بادهای خورشیدی به زمین ارسال نمود.
در سال 1980 [ماموریت فضایی سولار ماکسیمم] توسط ناسا انجام شد که هدف از آن، مطالعه امواج گاما، اشعه ایکس و اشعه فرابنفش ساطع شده از خورشید در طی یک دوره از فعالیت شدید خورشیدی بود.اما چند ماه پس از پرتاب این فضاپیما، نقص الکتریکی در یکی از بخش‌ها باعث توقف فعالیت آن شد و تا 3 سال بعد، یعنی تا زمانی‌که خدمه شاتل چلنجر موفق به تعمیر این فضاپیما شدند، همچنان بدون آنکه اطلاعات یا عکسی به زمین ارسال کند به گردش خود در مدارش به دور خورشید ادامه داد. سولار ماکسیمم پس از تعمیر و قبل از بازگشت به زمین در سال 1989 توانست نقش مهمی در ارسال طلاعات و عکس‌های موردنیاز دانشمندان به زمین ایفا کند.
فضاپیمای ژاپنی [یوهکو] (به معنای پرتوی خورشید) در سال 1991 به فضا پرتاب شد و به بررسی شعله‌های خورشیدی با استفاده از اشعه ایکس پرداخت و به دانشمندان کمک کرد تا بتوانند فرق‌هایی بین شعله‌های خورشیدی قائل شوند و به تقسیم‌بندی آنها بپردازند. خورشیدگرفتگی حلقوی سال 2001 منجر به اختلال در ردیابی خورشید توسط این فضاپیما شد و در پی آن، کلیه فعالیت‌های یوهکو متوقف شد. این فضاپیما در سال 2005 با ورود به جوّ زمین سوخت و نابود شد.
یکی از مهم‌ترین ماموریت‌های فضایی انجام شده تا به امروز در رابطه با خورشید، [فضاپیمای سوهو] بوده است که در دوم دسامبر سال 1995 به فضا پرتاب شد که مدت ماموریت آن 2 سال در نظر گرفته شده بود. در حال حاضر، سوهو بیش از 10 سال است که همچنان در حال ارسال اطلاعات و عکس‌های بسیار مفید به زمین است.
[رصدگر سولار داینامیک] نیز در دسامبر 2008 برای مطالعه خورشید به فضا پرتاب خواهد شد که مدار آن بین زمین و خوشید در نقطه‌ای که برآیند نیروهای مغناطیسی زمین و خورشید مساوی است، خواهد بود.
گردآورنده:
محمد کوشکی