نجمنا: الشمس

2013 أطلس الكون

مور ، السير باتريك مور

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

علم الفلك

نجمنا: الشمس

قطر الشمس 1,392,000 كيلومتر )865,000 ميل(، وبهذا الحجم يمكنها أن تغمر مليون كرة بحجم كوكب الأرض، رغم ذلك فكثافتها أقل بكثير وذلك لأنها مكونة من كميات كبيرة من الغازات المتوهجة. في اللب، حيث تنتج الطاقة، تصل درجة الحرارة إلى 15 مليون درجة مئوية، و حتى السطح الساطع الذي يمكننا رؤيته – وهو الغلاف الضوئي- لا تقل درجة حرارته عن 5500 درجة مئوية! هذا السطح هو الطبقة التي نرى فيها البقع الشمسية والمناطق الساطعة التي يسميها العلماء الصياخد. فوق الغلاف الضوئي يأتي الغلاف اللوني و هو طبقة مكونة من كميات كبيرة من الغاز المخلخل و أخيرا يأتي الإكليل الشمسي والذي يمكن اعتباره الغلاف الجوي الخارجي للشمس.

وليست الشمس قريبة من مركز المجرة على الإطلاق فهي على بعد 25,000 سنة ضوئية عن النواة، و تشارك الشمس في دوران المجرة العام، متحركة بسرعة 220 كيلومترا )140 ميلا( في الثانية بحيث تستغرق 225 مليون سنة لتستكمل دورة كاملة، الفترة التي غالبا ما يطلق عليها السنة الكونية، فمنذ سنة كونية واحدة فقط كان عصر الديناصورات لا يزال طي المستقبل!

تدور الشمس حول محورها لكنها لا تدور كما تفعل الأجسام الصلبة، حيث أن فترة الدوران عند خط الاستواء 25.4 يوما لكنها أقرب إلى 34 يوما عند القطبين، ويمكن ملاحظة الدوران بسهولة بملاحظة التحرك التدريجي في ماوقع البقع الشمسية عبر قرص الشمس، حيث تستغرق أسبوعين تقريبا لتعبر مجموعة منها من طرف القرص إلى الطرف الآخر.

يجب توخي أشد الحذر عند مراقبة الشمس فالنظر مباشرة إليها عبر أي مقراب أو حتى بالمنظار العادي يعني تركيز كل الضوء والأسوأ من ذلك تركيز كل الحرارة على عين الناظر مما سيؤدي إلى العمى الكامل والدائم، وحتى استخدام مرشح داكن ليس آمنا لأن المرشحات عرضة للتحطم دون إنذار وفي كل الأحوال لا تعطي حماية كاملة. لذا فإن أسلم الطرق هي استخدام المقراب كعاكس أو مسلاط ثم مراقبة صورة الشمس المركزة على شاشة ممسوكة أو مثبَّتة خلف عدسة المقراب.

نعرف أن عمر الأرض 4600 مليون سنة تقريبا والشمس بالتأكيد أسن من ذلك، فلو افترضنا وجود شمس مكونة من الفحم بالكامل وافترضنا أن هذه الشمس تحترق بشدة كافية لتشع نفس كم الطاقة التي تشعها شمسنا فستستحيل هذه الشمس إلى رماد خلال 5000 سنة. في الواقع إن طاقة الشمس تنتج عن التفاعلات النووية التي تحدث بالقرب من اللب حيث الضغط ودرجة الحرارة في مستويات هائلة، وتتكون الشمس في معظمها من الهيدروجين (أكثر من %70) الذي تتحد ذراته قرب لب الشمس لتكون نواة العنصر الذي يليه في الخفة – الهيليوم. يحتاج تكوين ذرة هيليوم واحدة إلى اتحاد 4 ذرات هيدروجين و كل مرة يحدث ذلك يتم إطلاق القليل من الطاقة كما يتم فقد القليل من الكتلة، وهذه الطاقة هي التي تبقي الشمس في حالة إشعاع بينما يؤدي فقد الكتلة إلى انخفاض كتلة الشمس سنويا بمقدار 4 مليون طن، لكن ولحسن الحظ لا داعي للقلق فلن تتغير الشمس تغيرا جذريا قبل 1000 مليون سنة على الأقل.

يمتد الغلاف الضوئي لمسافة 300 كيلومتر (190 ميل) عمقا وتمتد تحته منطقة الحمل الحراري لمسافة 200,000 كيلومتر (125,000 ميل)، وهنا يتم حمل الطاقة من الأسفل إلى الأعلى بواسطة التيارات والكتل الغازية المتحركة، ثم تأتي المنطقة المشعة ثم اللب المنتج للطاقة و يبدو أن قطره حوالي 450,000 كيلومتر (280,000 ميل). تبدو النماذج النظرية الموجودة مقنعة إلى حد كاف كما أنه تم حله معضلة أساسية مؤخرا، فالشمس ترسل كميات ضخمة من جزيئات غريبة تسمى النيوترينو والتي يصعب اكتشاف وجودها لأن كتلتها تكاد لا تذكر كما أنه لا شحنة كهربائية لها، وكان يبدو أن الشمس تشع نيوترينات أقل بكثير مما كان متوقعا.

إذا اصطدم نيوترينو بذرة كلور، تتحول تلك الذرة إلى ذرة من الأرجون المشع. قام راي دافيز وزملاؤه العاملون بمنجم الذهب في هومستيك في ساوث داكوتا بإجراء تجربة بخصوص هذا الموضوع حيث قاموا بملء خزان بأكثر من 450,000 لتر (12,000 جالون)من سائل التنظيف الغني بالكلور وكانوا يقومون بتفريغ الخزان كل عدة أسابيع لمعرفة كمية الأرجون التي نتجت من اصطدامات النيوترينو، وكانت الأرقام أقل بكثير مما كان متوقع، كما أكدت عدة تجارب أخرى هذه النتيجة. (يلاحظ أنه كان ضروريا دفن الخزان تحت الأرض لتفادي تأثر النتيجة بجزيئات الأشعة الكونية والتي على عكس النيوترينات لا يمكنها اختراق التربة عميقا). تم التوصل إلى حل هذه المعضلة عندما توصل العلماء إلى أن هناك عدة أنواع من النيوترينات (بحيث يمكن للنيوترينو التحول من نوع إلى آخر أثناء رحلته من لب الشمس إلى الكاشفات)، ولم تكن لدى كاشف هومستيك القدرة على تسجيلها كلها. وحتى الكاشف الياباني سوبر-كاميوكاندي والموجود على عمق كيلومتر واحد (0.6 ميل) في منجم موزومي والذي يستخدم 50,000 طن من الماء النقي لم يمكنه اكتشاف كل النيوترينات المتوقعة.