عندما نلاحظ منظرًا صيفيًا مشمسًا، يبدو لنا أن الصورة بأكملها مغمورة بالضوء. أما إذا نظرنا إلى الشمس بأجهزة خاصة فسنجد أن سطحها كله يشبه بحراً عملاقاً، حيث تشتعل الأمواج النارية وتتحرك البقع. ما هي المكونات الرئيسية للغلاف الجوي الشمسي؟ ما هي العمليات التي تحدث داخل نجمنا وما هي المواد التي يتكون منها؟
معلومات عامة
الشمس جرم سماوي وهو نجم، والوحيد في النظام الشمسي. وتدور حوله الكواكب والكويكبات والأقمار الصناعية وغيرها الأجسام الفضائية. التركيب الكيميائي للشمس هو نفسه تقريبًا في أي نقطة عليها. إلا أنه يتغير بشكل ملحوظ مع اقترابه من مركز النجم، حيث يقع قلبه. اكتشف العلماء أن الغلاف الجوي الشمسي ينقسم إلى عدة طبقات.
ما هي العناصر الكيميائية التي تشكل الشمس؟
لم يكن لدى البشرية دائمًا البيانات المتعلقة بالشمس التي يمتلكها العلم اليوم. مرة واحدة أنصار النظرة الدينية للعالمجادل بأن العالم لا يمكن أن يعرف. وكتأكيد لأفكارهم، استشهدوا بحقيقة أنه لا يمكن للإنسان أن يعرف ما هو التركيب الكيميائي للشمس. ومع ذلك، فقد أثبت التقدم العلمي بشكل مقنع مغالطة مثل هذه الآراء. وقد تقدم العلماء بشكل خاص في دراسة النجوم بعد اختراع المطياف. يدرس العلماء التركيب الكيميائي للشمس والنجوم باستخدام التحليل الطيفي. لذلك، وجدوا أن تكوين نجمنا متنوع للغاية. وفي عام 1942، اكتشف الباحثون وجود الذهب في الشمس، على الرغم من عدم وجود الكثير منه.
مواد أخرى
يتضمن التركيب الكيميائي للشمس بشكل رئيسي عناصر مثل الهيدروجين والهيليوم. هيمنتها تميز الطبيعة الغازية لنجمنا. محتوى العناصر الأخرى، مثل المغنيسيوم والأكسجين والنيتروجين والحديد والكالسيوم، ضئيل.
باستخدام التحليل الطيفي، اكتشف الباحثون ما هي المواد التي لا توجد بالتأكيد على سطح هذا النجم. على سبيل المثال، الكلور والزئبق والبورون. ومع ذلك، يشير العلماء إلى أن هذه المواد، بالإضافة إلى العناصر الكيميائية الأساسية التي تشكل الشمس، قد تكون موجودة في قلبها. ما يقرب من 42٪ من نجمنا يتكون من الهيدروجين. ما يقرب من 23٪ يأتي من جميع المعادن التي تشكل جزءًا من الشمس.
مثل معظم معلمات الأجرام السماوية الأخرى، يتم حساب خصائص نجمنا نظريًا فقط باستخدام تكنولوجيا الكمبيوتر. البيانات الأولية هي مؤشرات مثل نصف قطر النجم وكتلته ودرجة حرارته. توصل العلماء الآن إلى أن التركيب الكيميائي للشمس يتمثل في 69 عنصرًا. يلعب التحليل الطيفي دورًا رئيسيًا في هذه الدراسات. على سبيل المثال، بفضله تم إنشاء تكوين الغلاف الجوي لنجمنا. كما تم اكتشاف نمط مثير للاهتمام: مجموعة العناصر الكيميائية في تكوين الشمس تشبه بشكل مدهش تكوين النيازك الصخرية. هذه الحقيقة دليل مهم لصالح حقيقة أن هؤلاء الأجرام السماويةلها أصل مشترك.
تاج النار
إنها طبقة من البلازما شديدة الندرة. تصل درجة حرارته إلى 2 مليون كلفن، وكثافة المادة تفوق الكثافة الغلاف الجوي للأرضمئات الملايين من المرات. هنا لا يمكن للذرات أن تكون في حالة محايدة؛ فهي تتصادم وتتأين باستمرار. الهالة هي مصدر قوي للأشعة فوق البنفسجية. يتعرض نظامنا الكوكبي بأكمله للرياح الشمسية. تبلغ سرعته الأولية حوالي ألف كيلومتر في الثانية، لكنها تتناقص تدريجيًا مع ابتعاده عن النجم. وتبلغ سرعة الرياح الشمسية على سطح الأرض حوالي 400 كيلومتر في الثانية.
أفكار عامة عن التاج
يُطلق على التاج الشمسي أحيانًا اسم الغلاف الجوي. ومع ذلك، فهو جزء خارجي فقط. أسهل وقت لمراقبة الهالة هو أثناء الكسوف الكلي. ومع ذلك، سيكون من الصعب جدًا رسمه، لأن الكسوف يستمر بضع دقائق فقط. عندما تم اختراع التصوير الفوتوغرافي، تمكن علماء الفلك من الحصول على صورة موضوعية للهالة الشمسية.
وبعد التقاط الصور الأولى، تمكن الباحثون من اكتشاف المناطق المرتبطة بزيادة نشاط النجم. هالة الشمس لها بنية مشعة. إنه ليس فقط الجزء الأكثر سخونة في غلافه الجوي، ولكنه أيضًا الأقرب إلى كوكبنا. وفي الواقع، نحن دائمًا داخل حدودها، لأن الرياح الشمسية تخترق أبعد أركان النظام الشمسي. ومع ذلك، فإننا محميون من تأثيرات الإشعاع بواسطة الغلاف الجوي للأرض.
النواة والكروموسفير والفوتوسفير
الجزء المركزي من نجمنا يسمى النواة. نصف قطرها يساوي تقريبا ربع إجمالي نصف قطر الشمس. المادة الموجودة داخل القلب مضغوطة جدًا. أقرب إلى سطح النجم هو ما يسمى منطقة الحمل الحراري، حيث تحدث حركة المادة، وتوليد مجال مغناطيسي. وأخيرًا، يُطلق على السطح المرئي للشمس اسم الغلاف الضوئي. وهي طبقة يزيد سمكها عن 300 كيلومتر. من الغلاف الضوئي يأتي الإشعاع الشمسي إلى الأرض. وتصل درجة حرارته إلى حوالي 4800 كلفن. يبقى الهيدروجين هنا محايدًا عمليًا. فوق الفوتوسفير يوجد الكروموسفير. سمكها حوالي 3 آلاف كيلومتر. على الرغم من أن الكروموسفير والإكليل الشمسي يقعان فوق الغلاف الضوئي، إلا أن العلماء لم يرسموا حدودًا واضحة بين هاتين الطبقتين.
البروز
يتمتع الكروموسفير بكثافة منخفضة جدًا وأقل كثافة من الإشعاع للهالة الشمسية. ومع ذلك، يمكن ملاحظة ظاهرة مثيرة للاهتمام هنا: النيران العملاقة، التي يبلغ ارتفاعها عدة آلاف من الكيلومترات. يطلق عليهم البروز الشمسية. وفي بعض الأحيان يرتفع الشواظ إلى ارتفاع يصل إلى مليون كيلومتر فوق سطح النجم.
بحث
تتميز البروزات بنفس مؤشرات الكثافة مثل الكروموسفير. إلا أنها تقع فوقه مباشرة وتحيط بها طبقاته المتناثرة. ولأول مرة في تاريخ علم الفلك، رصد الباحث الفرنسي بيير يانسن وزميله الإنجليزي جوزيف لوكير شروق الشمس في عام 1868. ويشمل طيفهما عدة خطوط مشرقة. التركيب الكيميائي للشمس والشواظ متشابه جدًا. ويحتوي بشكل رئيسي على الهيدروجين والهيليوم والكالسيوم، ووجود العناصر الأخرى لا يكاد يذكر.
بعض الشواظظ، التي كانت موجودة لفترة معينة من الزمن دون تغيرات مرئية، تنفجر فجأة. يتم إطلاق مادتها بسرعة هائلة، تصل إلى عدة كيلومترات في الثانية، إلى مكان قريب الفضاء الخارجي. مظهريتغير الغلاف اللوني غالبًا، مما يشير إلى عمليات مختلفة تحدث على سطح الشمس، بما في ذلك حركة الغازات.
في مناطق النجم ذات النشاط المتزايد، من الممكن ملاحظة ليس فقط الشواظ، ولكن أيضا البقع، وكذلك زيادة المجالات المغناطيسية. في بعض الأحيان، بمساعدة معدات خاصة، يتم اكتشاف مشاعل الغازات الكثيفة بشكل خاص على الشمس، والتي يمكن أن تصل درجة حرارتها إلى قيم هائلة.
مشاعل الكروموسفير
في بعض الأحيان يزيد انبعاث الراديو من نجمنا مئات الآلاف من المرات. وتسمى هذه الظاهرة بالتوهج الكروموسفيري. ويصاحبه تكوين بقع على سطح الشمس. في البداية، لوحظت التوهجات في شكل زيادة في سطوع الكروموسفير، ولكن تبين لاحقًا أنها تمثل مجموعة كاملة من الظواهر المختلفة: زيادة حادة في انبعاث الراديو (الأشعة السينية وإشعاع جاما)، طرد جماعي من الهالة، مشاعل البروتون.
استخلاص الاستنتاجات
لذلك، اكتشفنا أن التركيب الكيميائي للشمس يتمثل بشكل رئيسي في مادتين: الهيدروجين والهيليوم. وبالطبع هناك عناصر أخرى لكن نسبتها منخفضة. وبالإضافة إلى ذلك، لم يكتشف العلماء أي جديد المواد الكيميائيةوالذي سيكون جزءًا من النجم وفي نفس الوقت سيكون غائبًا عن الأرض. يتشكل الإشعاع المرئي في الغلاف الضوئي الشمسي. وهي بدورها ذات أهمية كبيرة للحفاظ على الحياة على كوكبنا.
الشمس جسم حار يبعث باستمرار، ويحيط بسطحه سحابة من الغازات. درجة حرارتها ليست عالية مثل درجة حرارة الغازات الموجودة داخل النجم، لكنها لا تزال مثيرة للإعجاب. يتيح لنا التحليل الطيفي معرفة التركيب الكيميائي للشمس والنجوم عن بعد. وبما أن أطياف العديد من النجوم تشبه إلى حد كبير أطياف الشمس، فهذا يعني أن تكوينها هو نفسه تقريبا.
اليوم، العمليات التي تحدث على السطح وداخل الجسم الرئيسي لنظامنا الكوكبي، بما في ذلك دراسة التركيب الكيميائي، ويتم دراستها من قبل علماء الفلك في مراصد شمسية خاصة.
أقرب نجم لنا هو بالطبع الشمس. المسافة من الأرض إليها، وفقا للمعايير الكونية، صغيرة جدا: ينتقل ضوء الشمس من الشمس إلى الأرض في 8 دقائق فقط.
الشمس ليست قزمًا أصفر عاديًا، كما كان يُعتقد سابقًا. وهو الجسم المركزي للنظام الشمسي، الذي تدور حوله الكواكب، وبه عدد كبير من العناصر الثقيلة. هذا نجم تشكل بعد عدة انفجارات سوبر نوفا، والتي تشكل حولها نظام كوكبي. ونظرًا لموقعها القريب من الظروف المثالية، نشأت الحياة على الكوكب الثالث الأرض. عمر الشمس بالفعل خمسة مليارات سنة. ولكن دعونا معرفة لماذا يضيء؟ ما هو هيكل الشمس وما هي خصائصها؟ ماذا يخبئ له المستقبل؟ وما مدى تأثيرها على الأرض وسكانها؟ الشمس نجم تدور حوله جميع الكواكب التسعة في النظام الشمسي، بما في ذلك كوكبنا. 1 أ.و. (الوحدة الفلكية) = 150 مليون كيلومتر - وهي نفس متوسط المسافة من الأرض إلى الشمس. يضم النظام الشمسي تسعة كواكب كبيرة، وحوالي مائة قمر صناعي، والعديد من المذنبات، وعشرات الآلاف من الكويكبات (الكواكب الصغيرة)، والنيازك، والغاز والغبار بين الكواكب. وفي مركز كل ذلك شمسنا.
فالشمس تشرق منذ ملايين السنين، وهو ما يؤكده الحديث البحوث البيولوجيةتم الحصول عليها من بقايا الطحالب ذات اللون الأزرق والأخضر والأزرق. إذا تغيرت درجة حرارة سطح الشمس بنسبة 10%، فإن كل أشكال الحياة على الأرض سوف تموت. لذلك، من الجيد أن يشع نجمنا الطاقة اللازمة لازدهار البشرية والمخلوقات الأخرى على الأرض بالتساوي. في أديان وأساطير شعوب العالم، احتلت الشمس دائمًا المكانة الرئيسية. بالنسبة لجميع شعوب العصور القديمة تقريبًا، كانت الشمس هي الإله الأكثر أهمية: هيليوس - بين الإغريق القدماء، رع - إله الشمس عند المصريين القدماء، وياريلو بين السلاف. جلبت الشمس الدفء والحصاد وكان الجميع يقدسونها لأنه بدونها لن تكون هناك حياة على الأرض. حجم الشمس مثير للإعجاب. على سبيل المثال، تبلغ كتلة الشمس 330 ألف مرة كتلة الأرض، ونصف قطرها أكبر 109 مرات. لكن كثافة نجمنا صغيرة - 1.4 مرة أكبر من كثافة الماء. حركة البقع على السطح لاحظها غاليليو غاليلي نفسه، مما يثبت أن الشمس لا تقف ساكنة، بل تدور.
منطقة الحمل الحراري للشمس
تبلغ المنطقة المشعة حوالي ثلثي القطر الداخلي للشمس، ويبلغ نصف قطرها حوالي 140 ألف كيلومتر. عند الابتعاد عن المركز، تفقد الفوتونات طاقتها تحت تأثير الاصطدام. وتسمى هذه الظاهرة ظاهرة الحمل الحراري. وهذا يذكرنا بالعملية التي تحدث في غلاية الغليان: الطاقة القادمة من عنصر التسخين أكبر بكثير من الكمية التي تتم إزالتها عن طريق التوصيل. يرتفع الماء الساخن بالقرب من النار، ويغرق الماء البارد. هذه العملية تسمى اتفاقية. معنى الحمل الحراري هو أن الغاز الأكثر كثافة يتوزع على السطح ويبرد ويعود مرة أخرى إلى المركز. تتم عملية الخلط في منطقة الحمل الحراري للشمس بشكل مستمر. بالنظر من خلال التلسكوب إلى سطح الشمس، يمكنك رؤية هيكلها الحبيبي - الحبيبات. يبدو وكأنه مصنوع من حبيبات! ويرجع ذلك إلى الحمل الحراري الذي يحدث تحت الفوتوسفير.
الغلاف الضوئي للشمس
طبقة رقيقة (400 كم) - الغلاف الضوئي للشمس، تقع مباشرة خلف منطقة الحمل الحراري وتمثل "السطح الشمسي الحقيقي" المرئي من الأرض. تم تصوير الحبيبات الموجودة في الغلاف الضوئي لأول مرة بواسطة الفرنسي يانسن في عام 1885. يبلغ حجم الحبيبة المتوسطة 1000 كيلومتر، وتتحرك بسرعة 1 كيلومتر في الثانية وتظل موجودة لمدة 15 دقيقة تقريبًا. ويمكن ملاحظة التكوينات المظلمة في الغلاف الضوئي في الجزء الاستوائي، ثم تتحول بعد ذلك. تعد المجالات المغناطيسية القوية سمة مميزة لمثل هذه البقع. ويتم الحصول على اللون الداكن بسبب انخفاض درجة الحرارة بالنسبة للغلاف الضوئي المحيط.
كروموسفير الشمس
الغلاف الشمسي (الكرة الملونة) عبارة عن طبقة كثيفة (10000 كم) من الغلاف الجوي الشمسي تقع مباشرة خلف الغلاف الضوئي. من الصعب جدًا ملاحظة الغلاف الجوي للكروموسفير نظرًا لموقعه القريب من الغلاف الضوئي. من الأفضل رؤيته عندما يغطي القمر الغلاف الضوئي، أي. خلال كسوف الشمس.
الشواظ الشمسي عبارة عن انبعاثات ضخمة من الهيدروجين، تشبه الخيوط المضيئة الطويلة. وترتفع الشواظات إلى مسافات هائلة، يصل قطرها إلى قطر الشمس (1.4 ملم)، وتتحرك بسرعة حوالي 300 كيلومتر في الثانية، وتصل درجة الحرارة إلى 10000 درجة.
الهالة الشمسية هي الطبقات الخارجية والممتدة للغلاف الجوي للشمس، والتي تنشأ فوق طبقة الكروموسفير. طول الهالة الشمسيةطويل جدًا ويصل إلى قيم عدة أقطار شمسية. لم يتلق العلماء بعد إجابة واضحة على سؤال أين ينتهي الأمر بالضبط.
تكوين الهالة الشمسية عبارة عن بلازما متخلخلة عالية التأين. يحتوي على أيونات ثقيلة وإلكترونات ذات قلب هيليوم وبروتونات. وتصل درجة حرارة الإكليل من 1 إلى 2 مليون درجة كلفن بالنسبة لسطح الشمس.
الرياح الشمسية هي تدفق مستمر للمادة (البلازما) من الغلاف الخارجي للغلاف الجوي الشمسي. يحتوي على بروتونات النوى الذريةوالإلكترونات. يمكن أن تتراوح سرعة الرياح الشمسية من 300 كم/ثانية إلى 1500 كم/ثانية، وذلك وفقًا للعمليات التي تحدث على الشمس. تنتشر الرياح الشمسية في جميع أنحاء النظام الشمسي، وتتفاعل مع المجال المغناطيسي للأرض، وتسبب ظواهر مختلفة، أحدها هو الأضواء الشمالية.
خصائص الشمس
كتلة الشمس: 2∙1030 كجم (332,946 كتلة الأرض)
القطر: 1,392,000 كم
نصف القطر: 696.000 كم
متوسط الكثافة: 1,400 كجم/م3
إمالة المحور: 7.25 درجة (نسبة إلى مستوى مسير الشمس)
درجة حرارة السطح: 5,780 ك
درجة الحرارة في مركز الشمس: 15 مليون درجة
الطبقة الطيفية: G2V
متوسط المسافة من الأرض: 150 مليون كيلومتر
العمر: 5 مليار سنة
فترة التناوب: 25.380 يومًا
اللمعان: 3.86∙1026 وات
مرئي ضخامة: 26.75 م
الشمس هي الجسم المركزي النظام الشمسي- كرة بلازما ساخنة جدًا. الشمس هي أقرب نجم إلى الأرض. الضوء الصادر منه يصل إلينا خلال 8 1/3 دقيقة. كان للشمس تأثير حاسم على تكوين جميع الأجسام في النظام الشمسي وخلقت الظروف التي أدت إلى ظهور الحياة وتطورها على الأرض.
يبلغ نصف قطر الشمس 109 أضعاف وحجمها أكبر بحوالي 1300000 مرة من نصف قطر وحجم الأرض على التوالي. كتلة الشمس كبيرة أيضًا. تبلغ كتلته حوالي 330.000 مرة كتلة الأرض وحوالي 750 مرة كتلة الكواكب الإجمالية التي تتحرك حولها.
من المحتمل أن الشمس نشأت مع أجسام أخرى في النظام الشمسي من سديم غازي وغباري. منذ حوالي 5 مليارات سنة. في البداية، أصبحت مادة الشمس ساخنة جدًا بسبب ضغط الجاذبية، ولكن سرعان ما زادت درجة الحرارة والضغط في الأعماق لدرجة أن التفاعلات النووية بدأت تحدث تلقائيًا. ونتيجة لذلك ارتفعت درجة الحرارة في مركز الشمس بشكل كبير، وازداد الضغط في أعماقها لدرجة أنها تمكنت من موازنة قوة الجاذبية وإيقاف ضغط الجاذبية. هكذا نشأ الهيكل الحديث للشمس. يتم الحفاظ على هذا الهيكل من خلال التحويل البطيء للهيدروجين إلى الهيليوم الذي يحدث في أعماقه. على مدار 5 مليارات سنة من وجود الشمس، تحول حوالي نصف الهيدروجين الموجود في المنطقة الوسطى إلى هيليوم. ونتيجة لهذه العملية، يتم تحرير كمية الطاقة التي تنبعث من الشمس إلى الفضاء.
قوة إشعاع الشمس عالية جدًا: تساوي 3.8 × 10 20 ميجاوات. ويصل جزء صغير من الطاقة الشمسية إلى الأرض، يصل إلى حوالي نصف مليار. يحافظ على الغلاف الجوي للأرض في حالة غازية، ويسخن الأرض والمسطحات المائية باستمرار، ويعطي الطاقة للرياح والشلالات، ويؤمن النشاط الحيوي للحيوانات والنباتات. يتم تخزين جزء من الطاقة الشمسية في أحشاء الأرض على شكل فحم ونفط ومعادن أخرى.
الشمس جسم كروي متماثل في حالة اتزان. في كل مكان، على نفس المسافات من مركز هذه الكرة، تكون الظروف البدنية هي نفسها، لكنها تتغير بشكل ملحوظ مع اقترابك من المركز. وتزداد الكثافة والضغط بسرعة في العمق، حيث يتم ضغط الغاز بقوة أكبر بواسطة ضغط الطبقات أعلاه. وبالتالي، ترتفع درجة الحرارة أيضًا مع اقترابها من المركز. اعتمادًا على التغيرات في الظروف الفيزيائية، يمكن تقسيم الشمس إلى عدة طبقات متحدة المركز، وتتحول تدريجياً إلى بعضها البعض.
تبلغ درجة الحرارة في مركز الشمس 15 مليون درجة، ويتجاوز الضغط مئات المليارات من الضغط الجوي. يتم ضغط الغاز هنا بكثافة تبلغ حوالي 1.5x10 5 كجم/م3. يتم توليد كل طاقة الشمس تقريبًا في منطقة مركزية يبلغ نصف قطرها حوالي ثلث نصف قطر الشمس. ومن خلال الطبقات المحيطة بالجزء المركزي، تنتقل هذه الطاقة إلى الخارج. توجد منطقة الحمل الحراري على الثلث الأخير من نصف القطر. سبب الاختلاط (الحمل الحراري) في الطبقات الخارجية للشمس هو نفسه الموجود في غلاية الغليان: كمية الطاقة القادمة من المدفأة أكبر بكثير من تلك التي يتم إزالتها بواسطة التوصيل الحراري. ولذلك، تضطر المادة إلى التحرك وتبدأ في نقل الحرارة من تلقاء نفسها.
طبقات الشمس غير قابلة للملاحظة تقريبًا. ومن المعروف وجودها إما من خلال الحسابات النظرية أو على أساس البيانات غير المباشرة. توجد فوق منطقة الحمل الحراري طبقات الشمس التي يمكن ملاحظتها مباشرة، والتي تسمى غلافها الجوي. يتم دراستها بشكل أفضل، حيث يمكن الحكم على خصائصها من خلال الملاحظات.
الهيكل الداخليالشمس عبارة عن طبقات، أو تشبه الصدفة، وهي متباينة إلى مجالات أو مناطق. في المركز هو جوهر،ثم منطقة نقل الطاقة الشعاعية، إضافي منطقة الحمل الحراريوأخيرا أَجواء. ويشتمل عدد من الباحثين على ثلاثة مجالات خارجية: الغلاف الضوئي والكروموسفير والإكليل. صحيح أن علماء الفلك الآخرين يعتبرون الغلاف الجوي للشمس فقط أن الغلاف الجوي للشمس والإكليل.
جوهر- المنطقة الوسطى للشمس ذات درجة فائقة ارتفاع الضغطودرجة الحرارة توفير التدفق التفاعلات النووية. أنها تطلق كميات هائلة من الطاقة الكهرومغناطيسية في نطاقات الطول الموجي قصيرة للغاية.
منطقة نقل طاقة الشعاعيقع فوق النواة. يتم تشكيله بواسطة غاز عالي الحرارة وغير مرئي عمليًا. ويتم من خلاله نقل الطاقة المتولدة في نواة الشمس إلى المجالات الخارجية للشمس بطريقة الشعاع، دون تحريك الغاز. ينبغي تخيل هذه العملية بشيء من هذا القبيل. من القلب إلى منطقة نقل الإشعاع، تدخل الطاقة في نطاقات الموجات القصيرة للغاية - إشعاع جاما، وتغادر في الأشعة السينية ذات الموجات الأطول، والتي ترتبط بانخفاض درجة حرارة الغاز باتجاه المنطقة المحيطية.
منطقة الحمل الحرارييقع فوق السابق. ويتكون أيضًا من غاز ساخن غير مرئي في حالة خلط الحمل الحراري. ويرجع ذلك إلى موقع المنطقة بين بيئتين تختلفان بشكل حاد في الضغط ودرجة الحرارة السائدة فيهما. يحدث انتقال الحرارة من باطن الشمس إلى السطح نتيجة الارتفاعات المحلية للكتل الهوائية شديدة الحرارة تحت ضغط مرتفع إلى محيط النجم، حيث تكون درجة حرارة الغاز أقل وحيث النطاق الضوئي لإشعاع الشمس يبدأ. ويقدر سمك منطقة الحمل الحراري بحوالي 1/10 من نصف قطر الشمس.
درب التبانة - مجرة شاشا
الغلاف الجوي الشمسي - الفوتوسفير
الفوتوسفير
- يبدأ الغلاف الجوي للشمس على عمق 200-300 كيلومتر من الحافة المرئية للحافة الشمسية. تسمى هذه الطبقات العميقة من الغلاف الجوي بالفوتوسفير. نظرًا لأن سمكها لا يزيد عن واحد على ثلاثة آلاف من نصف قطر الشمس، يُطلق على الغلاف الضوئي أحيانًا اسم سطح الشمس.
كثافة الغازات في الغلاف الضوئي هي نفسها تقريبًا في طبقة الستراتوسفير للأرض، وأقل بمئات المرات من سطح الأرض. وتنخفض درجة حرارة الغلاف الضوئي من 8000 كلفن على عمق 300 كيلومتر إلى 4000 كلفن في الطبقات العليا. تبلغ درجة حرارة الطبقة الوسطى، التي نتصور إشعاعها، حوالي 6000 كلفن. وفي ظل هذه الظروف، تتفكك جميع جزيئات الغاز تقريبًا إلى ذرات فردية. فقط في الطبقات العليا من الغلاف الضوئي سيتم الحفاظ على عدد قليل نسبيًا من الجزيئات والجذور البسيطة مثل H 2، OH، وCH.
ويلعب دوراً خاصاً في الغلاف الجوي الشمسي أيون الهيدروجين السالب، وهو غير موجود في الطبيعة على الأرض، وهو عبارة عن بروتون يحتوي على إلكترونين. يحدث هذا المركب غير العادي في الطبقة الخارجية الرقيقة والأبرد من الغلاف الضوئي عندما "تلتصق" الإلكترونات الحرة المشحونة سالبًا، والتي يتم توفيرها عن طريق ذرات الكالسيوم والصوديوم والمغنيسيوم والحديد والمعادن الأخرى المتأينة بسهولة، بذرات الهيدروجين المحايدة. عند توليدها، تنبعث أيونات الهيدروجين السالبة معظم الضوء المرئي. وتمتص الأيونات هذا الضوء نفسه بشراهة، ولهذا السبب تزداد عتامة الغلاف الجوي بسرعة مع العمق. لذلك، تبدو لنا الحافة المرئية للشمس حادة جدًا.
تعتمد كل معرفتنا تقريبًا عن الشمس على دراسة طيفها - وهو شريط ضيق متعدد الألوان له نفس طبيعة قوس قزح. ولأول مرة، وضع نيوتن منشورًا في مسار الشعاع الشمسي، وتلقى مثل هذا الشريط وصرخ: "نطاق!"(الطيف اللاتيني - "الرؤية"). وفي وقت لاحق، لوحظت خطوط داكنة في طيف الشمس واعتبرت حدود الألوان.
في التلسكوب ذو التكبير العالي، يمكنك ملاحظة التفاصيل الدقيقة للغلاف الضوئي: يبدو أن كل شيء متناثر مع حبيبات صغيرة مشرقة - حبيبات مفصولة بشبكة من المسارات المظلمة الضيقة. التحبيب هو نتيجة لاختلاط تدفقات الغاز الأكثر دفئًا بالارتفاع والتدفقات الباردة الهابطة. يكون فرق درجة الحرارة بينهما في الطبقات الخارجية صغيرًا نسبيًا (200-300 كلفن)، ولكنه أعمق، في منطقة الحمل الحراري، يكون أكبر، ويحدث الخلط بشكل أكثر كثافة. يلعب الحمل الحراري في الطبقات الخارجية للشمس دور ضخم، تحديد الهيكل العام للغلاف الجوي. في نهاية المطاف، فإن الحمل الحراري، نتيجة للتفاعل المعقد مع المجالات المغناطيسية الشمسية، هو سبب جميع المظاهر المتنوعة للنشاط الشمسي. وتشارك المجالات المغناطيسية في جميع العمليات التي تحدث في الشمس. في بعض الأحيان، تنشأ مجالات مغناطيسية مركزة في منطقة صغيرة من الغلاف الجوي الشمسي، أقوى بعدة آلاف المرات من تلك الموجودة على الأرض. تعتبر البلازما المتأينة موصلًا جيدًا، ولا يمكنها التحرك عبر خطوط الحث المغناطيسي القوية المجال المغنطيسي. لذلك في مثل هذه الأماكن يتم منع اختلاط الغازات الساخنة وصعودها من الأسفل وتظهر منطقة مظلمة - بقعة شمسية. على خلفية الغلاف الضوئي المبهر، يبدو أسودًا تمامًا، على الرغم من أن سطوعه في الواقع أضعف بعشر مرات فقط.
مع مرور الوقت، يتغير حجم وشكل البقع بشكل كبير. بعد أن ظهرت على شكل نقطة بالكاد ملحوظة - مسام، تزيد البقعة حجمها تدريجيًا إلى عدة عشرات الآلاف من الكيلومترات. تتكون البقع الكبيرة، كقاعدة عامة، من جزء مظلم (جوهر) وجزء أقل قتامة - شبه الظل، الذي يعطي تركيبه البقعة مظهر الدوامة. البقع محاطة بمناطق أكثر سطوعًا من الغلاف الضوئي، تسمى faculae أو حقول التوهج.
يمر الغلاف الضوئي تدريجيًا إلى الطبقات الخارجية الأكثر تخلخلًا للغلاف الجوي الشمسي - الكروموسفير والإكليل.
الجو الشمسي - الكروموسفير
كروموسفير
("مجال اللون" اليوناني) سمي بهذا الاسم نسبة إلى لونه البنفسجي المحمر. ويمكن رؤيته أثناء الكسوف الشمسي الكلي كحلقة لامعة وممزقة حول القرص الأسود للقمر، الذي كسف الشمس للتو. الغلاف اللوني غير متجانس للغاية ويتكون بشكل أساسي من ألسنة ممدودة (شويكات)، مما يمنحه مظهر العشب المحترق. درجة حرارة هذه النفاثات الكروموسفيرية أعلى مرتين إلى ثلاث مرات من درجة حرارة الغلاف الضوئي، وتكون كثافتها أقل بمئات الآلاف من المرات. يبلغ الطول الإجمالي للكروموسفير 10-15 ألف كيلومتر.
يتم تفسير الزيادة في درجة الحرارة في الكروموسفير من خلال انتشار الموجات والمجالات المغناطيسية التي تخترقها من منطقة الحمل الحراري. يتم تسخين المادة بنفس الطريقة كما لو كانت في فرن ميكروويف عملاق. وتزداد سرعة الحركة الحرارية للجزيئات، ويصبح التصادم بينها أكثر تكرارا، وتفقد الذرات إلكتروناتها الخارجية: فتتحول المادة إلى بلازما متأينة ساخنة. هذه نفسها العمليات الفيزيائيةكما أنها تحافظ على درجة حرارة عالية بشكل غير عادي في الطبقات الخارجية للغلاف الجوي الشمسي، والتي تقع فوق الكروموسفير.
في كثير من الأحيان أثناء الكسوف (وبمساعدة أدوات طيفية خاصة - ودون انتظار الكسوف) فوق سطح الشمس، يمكن للمرء أن يلاحظ "نافورات" و"غيوم" و"قمع" و"شجيرات" و"أقواس" وأشكال غريبة الشكل. تشكيلات أخرى مضيئة من مواد الكروموسفير. يمكن أن تكون ثابتة أو تتغير ببطء، وتحيط بها نفاثات منحنية ناعمة تتدفق داخل أو خارج الغلاف اللوني، وترتفع عشرات ومئات الآلاف من الكيلومترات. هذه هي التكوينات الأكثر طموحا للغلاف الجوي الشمسي - بروز. وعند رصدها في الخط الطيفي الأحمر المنبعث من ذرات الهيدروجين، فإنها تظهر على خلفية القرص الشمسي على شكل خيوط داكنة وطويلة ومنحنية.
البروز له نفس الكثافة ودرجة الحرارة تقريبًا مثل الكروموسفير. لكنها فوقه وتحيط بها طبقات عليا عالية شديدة التخلخل من الغلاف الجوي الشمسي. لا تقع الشواظات في الغلاف الشمسي لأن مادتها مدعومة بالمجالات المغناطيسية للمناطق النشطة في الشمس.
ولأول مرة، تمت ملاحظة طيف الشواظ خارج الكسوف من قبل الفلكي الفرنسي بيير يانسن وزميله الإنجليزي جوزيف لوكير في عام 1868. ويتم وضع شق المطياف بحيث يتقاطع مع حافة الشمس، وإذا كان الشواظ هو وتقع بالقرب منه، فيمكن رؤية طيف إشعاعه. ومن خلال توجيه الشق إلى أجزاء مختلفة من البروز أو الغلاف اللوني، من الممكن دراستها على أجزاء. ويتكون طيف الشواظ، مثل الكروموسفير، من خطوط مشرقة، بشكل رئيسي الهيدروجين والهيليوم والكالسيوم. توجد أيضًا خطوط انبعاث من عناصر كيميائية أخرى، لكنها أضعف بكثير.
بعض الشواظات، التي ظلت لفترة طويلة دون تغيرات ملحوظة، تبدو وكأنها تنفجر فجأة، ويتم إلقاء مادتها في الفضاء بين الكواكب بسرعة مئات الكيلومترات في الثانية. كما يتغير مظهر الكروموسفير بشكل متكرر، مما يشير إلى الحركة المستمرة للغازات المكونة له.
في بعض الأحيان يحدث شيء مشابه للانفجارات في مناطق صغيرة جدًا من الغلاف الجوي للشمس. هذه ما يسمى بالتوهجات الكروموسفيرية (أقوى العمليات الشبيهة بالانفجار والتي يمكن أن تستمر لبضع دقائق فقط، ولكن خلال هذا الوقت يتم إطلاق الطاقة، والتي تصل أحيانًا إلى 10 25 جول). وعادة ما تستمر عدة عشرات من الدقائق. أثناء التوهجات في الخطوط الطيفية للهيدروجين والهيليوم والكالسيوم المتأين وبعض العناصر الأخرى، يزداد توهج قسم منفصل من الغلاف الجوي فجأة عشرات المرات. تزداد الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية بقوة بشكل خاص: في بعض الأحيان تكون قوتها أعلى بعدة مرات من إجمالي قوة إشعاع الشمس في منطقة الموجة القصيرة من الطيف قبل التوهج.
البقع، والبقع، والنتوءات، والتوهجات الكروموسفيرية - كل هذه مظاهر للنشاط الشمسي. ومع زيادة النشاط، يزداد عدد هذه التكوينات على الشمس.
الجو الشمسي – كورونا
تاج
- على عكس الغلاف الضوئي والكروموسفير، فإن الجزء الخارجي من الغلاف الجوي للشمس له نطاق هائل: فهو يمتد لملايين الكيلومترات، وهو ما يتوافق مع عدة أنصاف أقطار شمسية، ويمتد استمراره الضعيف إلى أبعد من ذلك.
تتناقص كثافة المادة في الهالة الشمسية مع الارتفاع بشكل أبطأ بكثير من كثافة الهواء في الغلاف الجوي للأرض. يتم تحديد الانخفاض في كثافة الهواء أثناء ارتفاعه بواسطة جاذبية الأرض. على سطح الشمس، تكون قوة الجاذبية أكبر بكثير، ويبدو أن غلافها الجوي لا ينبغي أن يكون مرتفعا. في الواقع، فهي واسعة النطاق بشكل غير عادي. وبالتالي، هناك بعض القوى التي تعمل ضد جاذبية الشمس. وترتبط هذه القوى بالسرعات الهائلة لحركة الذرات والإلكترونات في الإكليل، التي يتم تسخينها إلى درجة حرارة تتراوح بين 1-2 مليون درجة!
من الأفضل ملاحظة الهالة خلال المرحلة الكلية لكسوف الشمس. صحيح، في الدقائق القليلة التي تستمر، من الصعب جدًا رسم ليس فقط التفاصيل الفردية، ولكن حتى منظر عامالتيجان بدأت عين الراصد للتو في التعود على الشفق المفاجئ، ويعلن شعاع الشمس الساطع الذي يخرج من خلف حافة القمر بالفعل عن نهاية الكسوف. ولذلك، فإن رسومات الإكليل التي رسمها مراقبون ذوو خبرة خلال نفس الكسوف كانت في كثير من الأحيان مختلفة تمامًا. ولم يكن من الممكن حتى تحديد لونه بدقة.
أعطى اختراع التصوير الفوتوغرافي لعلماء الفلك طريقة موضوعية وتوثيقية للبحث. ومع ذلك، فإن الحصول على لقطة جيدة للتاج ليس بالأمر السهل أيضًا. والحقيقة هي أن الجزء الأقرب من الشمس، والذي يسمى بالإكليل الداخلي، يكون ساطعًا نسبيًا، في حين أن الإكليل الخارجي البعيد المدى يبدو متوهجًا شاحبًا للغاية. لذلك، إذا كان التاج الخارجي مرئيا بوضوح في الصور الفوتوغرافية، فإن الجزء الداخلي يتحول إلى تعريض مفرط، وفي الصور الفوتوغرافية التي تظهر فيها تفاصيل التاج الداخلي، يكون الجزء الخارجي غير مرئي تمامًا. وللتغلب على هذه الصعوبة، يحاولون عادةً أثناء الكسوف التقاط عدة صور للهالة مرة واحدة - بسرعات غالق طويلة وقصيرة. أو يتم تصوير الإكليل من خلال وضع مرشح "شعاعي" خاص أمام لوحة التصوير، مما يضعف المناطق الحلقية للأجزاء الداخلية اللامعة من الإكليل. في مثل هذه الصور، يمكن تتبع هيكلها إلى مسافات تصل إلى العديد من أنصاف أقطار الشمس.
لقد مكنت الصور الفوتوغرافية الأولى الناجحة بالفعل من اكتشاف عدد كبير من التفاصيل في الإكليل: الأشعة الإكليلية، وجميع أنواع "الأقواس"، و"الخوذات" وغيرها من التكوينات المعقدة المرتبطة بوضوح بالمناطق النشطة.
الميزة الرئيسيةالإكليل عبارة عن هيكل مشع. للأشعة الإكليلية مجموعة واسعة من الأشكال: أحيانًا تكون قصيرة، وأحيانًا طويلة، وبعض الأشعة تكون مستقيمة، وأحيانًا تكون منحنية بقوة. في عام 1897، اكتشف عالم الفلك في بولكوفو، أليكسي بافلوفيتش غانسكي، أن المظهر العام للهالة الشمسية يتغير بشكل دوري. اتضح أن هذا يرجع إلى دورة النشاط الشمسي التي تبلغ 11 عامًا.
ومع مرور 11 عامًا، يتغير كل من السطوع الكلي وشكل الهالة الشمسية. خلال عصر البقع الشمسية القصوى، يكون لها شكل دائري نسبيًا. يتم ملاحظة الأشعة الإكليلية المباشرة الموجهة على طول نصف قطر الشمس عند خط الاستواء الشمسي وفي المناطق القطبية. عندما يكون هناك عدد قليل من البقع الشمسية، تتشكل الأشعة الإكليلية فقط في خطوط العرض الاستوائية والمتوسطة. يصبح شكل التاج ممدودًا. تظهر عند القطبين أشعة قصيرة مميزة تسمى الفرش القطبية. وفي الوقت نفسه، ينخفض السطوع الإجمالي للإكليل. هذا ميزة مثيرة للاهتمامويبدو أن الهالة ترتبط بحركة تدريجية لمنطقة التكوين التفضيلي للبقع الشمسية خلال دورة الـ 11 عامًا. وبعد الحد الأدنى تبدأ البقع بالظهور على جانبي خط الاستواء عند دوائر عرض 30-40 درجة. ثم تنحدر منطقة التكوين البقعي تدريجياً نحو خط الاستواء.
لقد مكنت الدراسات الدقيقة من إثبات وجود علاقة معينة بين بنية الإكليل والتكوينات الفردية في الغلاف الجوي الشمسي. على سبيل المثال، عادة ما يتم ملاحظة الأشعة الإكليلية الساطعة والمباشرة فوق البقع الشمسية والوجه. تنحني الأشعة المجاورة في اتجاهها. عند قاعدة الأشعة الإكليلية، يزداد سطوع الكروموسفير. عادة ما تسمى هذه المنطقة متحمس. وهي أكثر سخونة وأكثر كثافة من المناطق المجاورة غير المستغلة. وقد لوحظت تشكيلات معقدة مشرقة فوق البقع الشمسية في الإكليل. غالبًا ما تكون الشواظات أيضًا محاطة بأصداف من المادة الإكليلية.
وتبين أن الهالة هي مختبر طبيعي فريد من نوعه يمكن من خلاله ملاحظة المادة في ظل أكثر الظروف غرابة وبعيدة المنال على الأرض.
على مطلع التاسع عشر إلى العشرينلعدة قرون، عندما لم تكن فيزياء البلازما موجودة بالفعل بعد، بدت السمات المرصودة للإكليل لغزًا لا يمكن تفسيره. لذا فإن لون التاج يشبه لون الشمس بشكل مدهش، كما لو أن ضوءها ينعكس في المرآة. ومع ذلك، في هذه الحالة، تختفي خطوط فراونهوفر المميزة للطيف الشمسي تمامًا في الإكليل الداخلي. تظهر مرة أخرى بعيدًا عن حافة الشمس، في الهالة الخارجية، ولكنها بالفعل باهتة جدًا. بالإضافة إلى ذلك، فإن ضوء الإكليل مستقطب: فالمستويات التي تتأرجح فيها موجات الضوء تقع أساسًا بشكل مماسي للقرص الشمسي. مع البعد عن الشمس، تزداد نسبة الأشعة المستقطبة أولاً (ما يقرب من 50٪)، ثم تنخفض. وأخيرًا، تظهر خطوط الانبعاث الساطعة في طيف الإكليل، والتي استمرت حتى منتصف القرن العشرين تقريبًا. لا يمكن التعرف عليها مع أي من العناصر الكيميائية المعروفة.
اتضح أن السبب الرئيسي لكل هذه الميزات هو التاج ارتفاع درجة الحرارةغاز نادر للغاية. عند درجات حرارة أعلى من مليون درجة، يتجاوز متوسط سرعة ذرات الهيدروجين 100 كيلومتر في الثانية، وبالنسبة للإلكترونات الحرة تكون أعلى بـ 40 مرة. في مثل هذه السرعات، على الرغم من التخلخل القوي للمادة (100 مليون جسيم فقط لكل سم مكعب، وهو أندر 100 مليار مرة من الهواء على الأرض!)، فإن تصادمات الذرات، خاصة مع الإلكترونات، تكون متكررة نسبيًا. إن قوى تأثيرات الإلكترون كبيرة جدًا لدرجة أن ذرات العناصر الخفيفة تُحرم تمامًا تقريبًا من جميع إلكتروناتها ولا يبقى منها سوى النوى الذرية "العارية". تحتفظ العناصر الأثقل بأغلفتها الإلكترونية العميقة، فتصبح درجة عاليةالتأين.
لذا، فإن الغاز الإكليلي عبارة عن بلازما عالية التأين؛ ويتكون من العديد من الأيونات الموجبة الشحنة من العناصر الكيميائية المختلفة وبشكل طفيف أكثرالإلكترونات الحرة الناشئة عن تأين ذرات الهيدروجين (إلكترون واحد لكل منهما)، والهيليوم (إلكترونان لكل منهما) والذرات الأثقل. وبما أن الإلكترونات المتنقلة تلعب الدور الرئيسي في مثل هذا الغاز، فإنه غالبا ما يطلق عليه غاز الإلكترون، على الرغم من أن هذا يعني وجود مثل هذا العدد من الأيونات الموجبة التي من شأنها أن تضمن حياد البلازما ككل.
يرجع اللون الأبيض للتاج إلى تشتت ضوء الشمس العادي بواسطة الإلكترونات الحرة. إنها لا تستثمر طاقتها عند التشتت: فهي تتأرجح بمرور الوقت مع موجة الضوء، فهي تغير فقط اتجاه الضوء المبعثر أثناء استقطابه. يتم إنشاء خطوط مشرقة غامضة في الطيف من خلال إشعاع غير عادي من ذرات الحديد والأرجون والنيكل والكالسيوم وعناصر أخرى شديدة التأين، والتي تحدث فقط في ظل ظروف الخلخلة القوية. وأخيرًا، تحدث خطوط الامتصاص في الهالة الخارجية بسبب تشتت جزيئات الغبار الموجودة فيها باستمرار وسط بين النجوم. ويرجع عدم وجود خط في الإكليل الداخلي إلى حقيقة أنه عند تشتت جميع الكمات الضوئية بواسطة إلكترونات تتحرك بسرعة كبيرة، فإنها تتعرض لتغيرات كبيرة في التردد لدرجة أنه حتى خطوط فراونهوفر القوية من الطيف الشمسي تصبح "غير واضحة" تمامًا.
لذا فإن هالة الشمس هي الجزء الخارجي من غلافها الجوي، وهو الأرق والأكثر سخونة. دعونا نضيف أنها أيضًا الأقرب إلينا: فقد اتضح أنها تمتد بعيدًا عن الشمس على شكل تيار من البلازما يتحرك منها باستمرار - الرياح الشمسية. بالقرب من الأرض تبلغ سرعته المتوسطة 400-500 كم/ث، وتصل أحيانًا إلى ما يقرب من 1000 كم/ث. تنتشر الرياح الشمسية بعيدًا عن مدارات كوكب المشتري وزحل، وتشكل غلافًا شمسيًا عملاقًا، يحد وسطًا بين النجوم أكثر تخلخلًا.
في الواقع، نحن نعيش محاطين بالإكليل الشمسي، على الرغم من أنه محمي من إشعاعاته المخترقة بحاجز موثوق به على شكل المجال المغناطيسي للأرض. ومن خلال الهالة، يؤثر النشاط الشمسي على العديد من العمليات التي تحدث على الأرض (الظواهر الجيوفيزيائية).
كيف تؤثر الشمس على الأرض
تضيء الشمس كوكبنا وتدفئه، وبدون هذه الحياة ستكون مستحيلة ليس فقط للبشر، ولكن حتى للكائنات الحية الدقيقة. الشمس هي المحرك الرئيسي (وإن لم يكن الوحيد) للعمليات التي تحدث على الأرض. لكن الأرض لا تتلقى فقط الحرارة والضوء من الشمس. أنواع مختلفةللإشعاع الشمسي وتدفقات الجسيمات تأثير مستمر على حياتها.
ترسل الشمس موجات كهرومغناطيسية إلى الأرض من جميع مناطق الطيف - من موجات الراديو متعددة الكيلومترات إلى أشعة جاما. تصل أيضًا الجسيمات المشحونة ذات الطاقات المختلفة إلى المناطق المجاورة للأرض - العالية والمنخفضة والمتوسطة. أخيرًا، تبعث الشمس تيارًا قويًا الجسيمات الأولية- النيوترينو. ومع ذلك، فإن تأثير الأخير على العمليات الأرضية لا يكاد يذكر: بالنسبة لهذه الجزيئات تكون الكرة الأرضية شفافة، وتطير عبرها بحرية. يدخل جزء صغير جدًا فقط من الجسيمات المشحونة من الفضاء بين الكواكب إلى الغلاف الجوي للأرض (ينحرف الباقي أو يتأخر بسبب المجال المغنطيسي الأرضي). لكن طاقتها كافية لإحداث الشفق القطبي واضطرابات المجال المغناطيسي لكوكبنا.
يخضع الاضطراب الكهرومغناطيسي لاختيار صارم في الغلاف الجوي للأرض. وهو شفاف فقط للضوء المرئي والأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء القريبة، وكذلك لموجات الراديو في نطاق ضيق نسبيًا (من السنتيمترات إلى الأمتار). وتنعكس جميع الإشعاعات الأخرى أو يمتصها الغلاف الجوي، مما يؤدي إلى تسخين وتأيين طبقاته العليا.
يبدأ امتصاص الأشعة السينية والأشعة فوق البنفسجية الصلبة على ارتفاعات 300-350 كم؛ وعلى نفس الارتفاعات، تنعكس أطول موجات الراديو القادمة من الفضاء. خلال الاندفاعات القوية من إشعاعات الأشعة السينية الشمسية الناتجة عن التوهجات الكروموسفيرية، تخترق كميات الأشعة السينية ارتفاعات تتراوح بين 80 و100 كيلومتر من سطح الأرض، وتؤين الغلاف الجوي وتتسبب في تعطيل اتصالات الموجات القصيرة.
 |
| تسمى المناطق المظلمة المشؤومة على الجانب الأيسر من القرص الشمسي بالثقوب الإكليلية. وتتميز هذه المناطق، الواقعة فوق السطح، حيث تمتد خطوط المجال المغناطيسي الشمسي إلى الفضاء بين الكواكب، بانخفاض الضغط. تمت دراسة الثقوب الإكليلية بشكل مكثف من الأقمار الصناعية منذ الستينيات في ضوء الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية. ومن المعروف أنها مصادر للرياح الشمسية الشديدة، والتي تتكون من ذرات وإلكترونات تطير بعيدًا عن الشمس على طول خطوط المجال المغناطيسي المفتوحة. |
| شمسنا |
يمكن للأشعة فوق البنفسجية الناعمة (طويلة الموجة) أن تخترق أعمق، ويتم امتصاصها على ارتفاع 30-35 كم. هنا، تقوم الكميات فوق البنفسجية بتكسير جزيئات الأكسجين إلى ذرات مع تكوين الأوزون لاحقًا. وهذا يخلق "شاشة الأوزون" التي لا تكون شفافة للأشعة فوق البنفسجية، مما يحمي الحياة على الأرض من الأشعة القاتلة. يصل الجزء غير الممتص من الأشعة فوق البنفسجية ذات الطول الموجي الأطول إلى سطح الأرض. هذه الأشعة هي التي تجعل الناس يسمرون.
يتم امتصاص الإشعاع في النطاق المرئي بشكل ضعيف. إلا أنها متناثرة في الغلاف الجوي حتى في حالة عدم وجود السحب، ويعود جزء منها إلى الفضاء بين الكواكب. تعمل الغيوم، التي تتكون من قطرات الماء والجزيئات الصلبة، على تعزيز انعكاس الإشعاع الشمسي بشكل كبير. ونتيجة لذلك، في المتوسط، يصل حوالي نصف الضوء الساقط على حدود الغلاف الجوي للأرض إلى سطح الكوكب.
تسمى كمية الطاقة الشمسية التي تسقط على سطح مساحته 1 متر مربع، منتشرة بشكل عمودي على أشعة الشمس على حدود الغلاف الجوي للأرض، بالثابت الشمسي. ومن الصعب جداً قياسه من الأرض، وبالتالي فإن القيم التي تم العثور عليها قبل بدء أبحاث الفضاء كانت تقريبية جداً. من الواضح أن التقلبات الصغيرة (إذا كانت موجودة بالفعل) "غرقت" في عدم دقة القياسات. أداء خاص فقط برنامج الفضاءمن خلال تحديد الثابت الشمسي سمح لنا بإيجاد قيمته الموثوقة. وفقًا لأحدث البيانات، تبلغ 1370 واط/م2 بدقة 0.5%. ولم يتم اكتشاف أي تقلبات تتجاوز 0.2% أثناء القياسات.
على الأرض، يتم امتصاص الإشعاع عن طريق الأرض والمحيطات. ويشع سطح الأرض الساخن بدوره في منطقة الأشعة تحت الحمراء ذات الموجة الطويلة. بالنسبة لمثل هذا الإشعاع، يكون النيتروجين والأكسجين في الغلاف الجوي شفافين. لكن بخار الماء وثاني أكسيد الكربون يمتصه بشراهة. وبفضل هذه المكونات الصغيرة، يحتفظ الغلاف الهوائي بالحرارة. هذا هو تأثير الاحتباس الحراري للغلاف الجوي. بشكل عام، هناك توازن بين وصول الطاقة الشمسية إلى الأرض وخسائرها على الكوكب: بقدر ما تأتي، بقدر ما يتم إنفاقه. وإلا فإن درجة حرارة سطح الأرض والغلاف الجوي إما أن ترتفع أو تنخفض باستمرار.
- ترتبط جميع ظواهر النشاط الشمسي بظهور مجالات مغناطيسية على سطح الشمس. بالفعل أظهرت القياسات الأولى لتأثير زيمان، التي أجريت في بداية القرن العشرين، أن الحقول الموجودة في البقع الشمسية تتميز بقوة تصل إلى عدة آلاف من الأورستد، ويتم تحقيق هذه الحقول في مناطق يبلغ قطرها 20000 كيلومتر. . تتيح الأجهزة الحديثة لقياس الحقول على الشمس ليس فقط قياس شدة المجال بدقة 1 Oe، ولكن أيضًا الحكم على زوايا ميل متجه شدة المجال المغناطيسي. لقد وجد، على سبيل المثال، أن البقع هي مناطق ذات حقول تتراوح من 5 إلى 300 Oe. في ظل البقع الشمسية، تصل الحقول إلى 1000-4500 Oe. في مركز البقع الشمسية، يتم توجيه المجال لأعلى، على طول نصف القطر من الشمس، ولكن نحو المحيط يزداد انحداره، وفي شبه الظل يكون الحقل موازيًا تقريبًا سطح الشمس. يتركز الحقل في حزم منفصلة.
 |
| الشمس مضطربة للغاية. تُظهر هذه الصورة ذات الألوان الزائفة منطقة نشطة تقع على حافة قرص الشمس. تهرب البلازما الساخنة من الغلاف الضوئي الشمسي وتتحرك على طول خطوط المجال المغناطيسي. تم تحديد المناطق شديدة الحرارة باللون الأحمر، مما يشير إلى أن بعض حلقات المجال المغناطيسي تحمل مواد أكثر سخونة من الحلقات الأخرى. حلقات المجال المغناطيسي كبيرة جدًا، بحيث يمكن للأرض أن تدخل فيها بسهولة. |
 |
| شمسنا |
يبلغ متوسط المجال فوق سطح الشمس 1 Oe؛ ويبدو أنه يتكون من خلايا فردية ذات 10 Oe عند حدودها. ويلاحظ مثل هذا المجال بالقرب من أقطاب الشمس، بينما عند خطوط العرض المنخفضة غالبا ما يكون منزعجا من الحقول القوية من المناطق النشطة. هذه الحقول المحلية القوية لا تزعج الغلاف الضوئي فحسب، بل تخترق أيضًا الطبقات الخارجية. في الكروموسفير فوق ظل البقع، يمكن أن يصل حجمها إلى 1000 Oe، وفوق الظل والوجه 100 Oe. تشير البيانات غير المباشرة إلى أن الحقول الموجودة في الإكليل فوق المنطقة النشطة هي 10-0.1 Oe، وبالتالي، فإن المنطقة النشطة (أو المركز النشاط) يتم تحديده مع مكان زيادة قوة المجال المغناطيسي. تقع القاعدة السفلية للمنطقة النشطة - البقع والبقع - في الغلاف الضوئي. يظهر الجزء العلوي على شكل عمود كروموسفيري (ندفة)، وفي الهالة - على شكل تكاثف إكليلي.
في أغلب الأحيان، تتميز المناطق النشطة بقطبين من القطبية المعاكسة - ما يسمى. مراكز ثنائية القطب، على الرغم من وجود مناطق متعددة الأقطاب وأحادية القطب. ترتبط الأقطاب ذات القطبية المتقابلة بنظام من الأقواس يصل طولها إلى 30 ألف كيلومتر وارتفاعها إلى 5000 كيلومتر. ترتفع قمم الأقواس ببطء، وبالقرب من القطبين يتدفق الغاز إلى الأسفل باتجاه الغلاف الضوئي.
إن تطور المنطقة النشطة مع مرور الوقت أمر غريب. ومع اشتداد المجال المغناطيسي، تظهر شعلة في الغلاف الضوئي، مما يؤدي إلى زيادة مساحتها وسطوعها تدريجيًا. وبعد يوم تقريبًا تظهر فيه عدة بقع داكنة - مسام، والتي تتطور بعد ذلك إلى بقع شمسية. يتميز اليوم العاشر - الحادي عشر من حياة المنطقة بأكثر العمليات عنفًا في الغلاف اللوني والإكليل. وفي هذه الحالة يصل حجم المجموعات الكبيرة من البقع الشمسية إلى 20 درجة هليوغرافية في خط الطول و10 في خط العرض، أي 2400 كم × 12000 كم. وبعد مرور 1-3 أشهر، تختفي البقع تدريجيًا، ويظهر بروز عملاق فوق المنطقة. وبعد ستة أشهر أو سنة تختفي هذه المنطقة.
بالنسبة لبقعة متوسطة بمجال يبلغ 3000 Oe، تكون الطاقة المغناطيسية أكبر بـ 10 مرات على الأقل من الطاقة الحركية. طاقة حركات الحمل. لكن في خلية الحمل الحراري توجد بالضرورة حركة أفقية متعامدة مع اتجاه المجال. يمنع الحقل الحركة الأفقية، ونتيجة لذلك يضعف الحمل الحراري في البقع بشكل كبير. وتؤدي صعوبة الحمل الحراري إلى دخول طاقة أقل إلى منطقة البقع الشمسية، حيث يتم نقل الطاقة في الطبقات العميقة عن طريق حركات الحمل الحراري. من المحتمل أن يكون انخفاض درجة الحرارة و"سواد" البقع مرتبطًا بهذا.
تشير الحبيبات التي لوحظت في ظلال البقع الشمسية (بأحجام تصل إلى 300 كيلومتر ومتوسط عمر 15-30 دقيقة) إلى وجود حمل حراري معدل للغاية. يتكون هنا من اختراق العناصر الفردية للغاز الساخن في مناطق على طول الحقل إلى ارتفاعات الغلاف الضوئي. هناك يتوسعون، ويضغطون الغاز المحيط مع الحقل. أحواض الغاز الكثيفة، تشبه حركات الغاز الحركات لأعلى ولأسفل في الأنابيب المتقاربة مع مقطع عرضي متفاوت قليلاً (أي مع تشوه طفيف في خطوط القوة). في العديد من الحالات الأخرى - عندما يتحرك الغاز في البروز، في الأقواس الإكليلية، تتزامن مسارات حركة الغاز أيضًا مع مسار خطوط المجال.
تعتمد درجة تأثير المجال على بنية الغلاف الجوي الخارجي على حجم السطح التدفق المغناطيسي(1017-1022 مكس)، ومدى تغيره مع الارتفاع والزمن.
|
تبلغ درجة حرارة الغلاف الضوئي، تلك الطبقة من الغلاف الجوي الشمسي التي نراها من خلال التلسكوب ونرىها بالعين كسطح، حوالي 5800 درجة مئوية. خلال فترة الحد الأدنى من النشاط الشمسي، يكون سطح الغلاف الضوئي هادئًا نسبيًا. كل دوامات التفاعلات النووية الحرارية التي تمنح النجم طاقته تشتعل في أعماقه. ولكن مع بداية دورة جديدة، تبدأ طاقة كل هذه العمليات الداخلية في الاختراق. |
هيكل الشمس
1 - النواة، 2 - منطقة التوازن الإشعاعي، 3 - منطقة الحمل الحراري، 4 - الغلاف الضوئي، 5 - الغلاف اللوني، 6 - الإكليل، 7 - البقع، 8 - التحبيب، 9 - البروز
البنية الداخلية للشمس. جوهر
الجزء المركزي من الشمس ويبلغ نصف قطره حوالي 150.000 كيلومتر (0.2 - 0.25 نصف قطر الشمس)، حيث التفاعلات النووية الحرارية، ويسمى النواة الشمسية.
تبلغ كثافة المادة في اللب حوالي 150.000 كجم/م3 (150 مرة أعلى من كثافة الماء وحوالي 6.6 مرة أعلى من كثافة أثقل معدن على وجه الأرض - الإيريديوم)، ودرجة الحرارة في مركز اللب أكثر من 14 مليون ك.
لأن يجب أن تكون أعلى درجات الحرارة والكثافات في الأجزاء الوسطى من الشمس؛ وتحدث التفاعلات النووية وإطلاق الطاقة المصاحب لها بشكل مكثف بالقرب من مركز الشمس. في النواة، إلى جانب تفاعل البروتون-بروتون، تلعب دورة الكربون دورًا مهمًا.
نتيجة لتفاعل البروتون-بروتون وحده، يتم تحويل 4.26 مليون طن من المادة إلى طاقة كل ثانية، لكن هذه القيمة ضئيلة مقارنة بكتلة الشمس - 2.1027 طن. البنية الداخلية للشمس.
منطقة التوازن المشع
كلما ابتعدت عن مركز الشمس، تنخفض درجة الحرارة والكثافة، ويتوقف إطلاق الطاقة بسبب دورة الكربون بسرعة، وحتى مسافة نصف قطرها 0.2-0.3، تصبح درجة الحرارة أقل من 5 ملايين كلفن، وتنخفض الكثافة أيضًا بشكل ملحوظ. ونتيجة لذلك، فإن التفاعلات النووية لا تحدث عمليا هنا. تنقل هذه الطبقات فقط الإشعاع الذي يحدث على أعماق أكبر إلى الخارج.
ومن المهم أنه بدلاً من كل كمية ممتصة من الطاقة العالية، تنبعث الجسيمات، كقاعدة عامة، عدة كميات من الطاقات المنخفضة نتيجة للتحولات المتتالية المتعاقبة. لذلك، بدلا من γ-quanta، تظهر الأشعة السينية، بدلا من الأشعة السينية - تظهر quanta الأشعة فوق البنفسجية، والتي بدورها "مجزأة" بالفعل في الطبقات الخارجية إلى الكميات المرئية والمرئية. الإشعاع الحراري، أخيرًا انبعثت من الشمس.
ذلك الجزء من الشمس الذي يكون فيه إطلاق الطاقة بسبب التفاعلات النووية غير مهم وتحدث عملية نقل الطاقة فقط من خلال امتصاص الإشعاع وإعادة الانبعاث اللاحق يسمى منطقة التوازن الإشعاعي. وتحتل مساحة تتراوح من 0.3 إلى 0.7 نصف قطر شمسي تقريبًا.
منطقة الحمل الحراري
فوق مستوى التوازن الإشعاعي، تبدأ المادة نفسها في المشاركة في نقل الطاقة.
مباشرة تحت الطبقات الخارجية للشمس التي يمكن ملاحظتها، على حوالي 0.3 من نصف قطرها، تتشكل منطقة الحمل الحراري حيث يتم نقل الطاقة عن طريق الحمل الحراري.
في منطقة الحمل الحراري، يحدث خلط دوامي للبلازما. وفقا للبيانات الحديثة، فإن دور منطقة الحمل الحراري في فيزياء العمليات الشمسية كبير بشكل استثنائي، حيث تنشأ حركات مختلفة للمادة الشمسية والمجالات المغناطيسية.
هيكل الغلاف الجوي الشمسي. الفوتوسفير
عادة ما تنقسم الطبقات الخارجية للشمس (الغلاف الجوي الشمسي) إلى الغلاف الضوئي والكروموسفير والإكليل.
الغلاف الضوئي هو ذلك الجزء من الغلاف الجوي الشمسي الذي يتشكل فيه الإشعاع المرئي، والذي له طيف مستمر. وبالتالي، فإن كل الطاقة الشمسية القادمة إلينا تقريبًا تنبعث في الغلاف الضوئي. يكون الغلاف الضوئي مرئيًا عند مراقبة الشمس مباشرة في الضوء الأبيض على شكل "سطحها" الظاهر.
سمك الفوتوسفير، أي. ويبلغ طول الطبقات التي يأتي منها أكثر من 90% من الإشعاع في المدى المرئي أقل من 200 كيلومتر، أي. حوالي 3 · 10-4 ر. كما تظهر الحسابات، عند ملاحظتها بشكل عرضي لهذه الطبقات، فإن سمكها الظاهري يتناقص عدة مرات، ونتيجة لذلك، بالقرب من حافة قرص الشمس (الطرف)، يحدث أسرع انخفاض في السطوع خلال فترة تقل عن 10– 4 ر. ولهذا السبب، تبدو حافة الشمس حادة بشكل استثنائي. يبلغ تركيز الجزيئات في الغلاف الضوئي 1016-1017 لكل 1 سم 3 (في الظروف العادية، يحتوي 1 سم 3 من الغلاف الجوي للأرض على 2.7 1019 جزيء). يبلغ الضغط في الغلاف الضوئي حوالي 0.1 ATM، ودرجة حرارة الغلاف الضوئي هي 5000 - 7000 كلفن.
في مثل هذه الظروف، تتأين الذرات ذات إمكانات التأين لعدة فولت (Na، K، Ca). تبقى العناصر المتبقية، بما في ذلك الهيدروجين، في الغالب في حالة محايدة.
الغلاف الضوئي هو المنطقة الوحيدة التي تحتوي على هيدروجين محايد في الشمس. ومع ذلك، نتيجة للتأين الضئيل للهيدروجين والتأين الكامل تقريبًا للمعادن، فإنه لا يزال يحتوي على إلكترونات حرة. تلعب هذه الإلكترونات دورًا مهمًا للغاية: فعندما تتحد مع ذرات الهيدروجين المحايدة، فإنها تشكل أيونات الهيدروجين السالبة H -
تتشكل أيونات الهيدروجين السالبة بكميات ضئيلة: من بين 100 مليون ذرة هيدروجين، في المتوسط، تتحول ذرة واحدة فقط إلى أيون سالب.
تتمتع أيونات H- بخاصية امتصاص قوي بشكل غير عادي للإشعاع، خاصة في الأشعة تحت الحمراء والمناطق المرئية من الطيف. ولذلك، وعلى الرغم من تركيزها الضئيل، فإن أيونات الهيدروجين السالبة هي السبب الرئيسي في تحديد امتصاص الإشعاع في المنطقة المرئية من الطيف بواسطة المادة الضوئية. إن ارتباط الإلكترون الثاني بالذرة ضعيف جدًا، وبالتالي حتى فوتونات الأشعة تحت الحمراء يمكنها تدمير أيون الهيدروجين السالب.
يحدث الإشعاع عندما يتم التقاط الإلكترونات بواسطة ذرات متعادلة. تشكلت عند الالتقاط
تحدد الفوتونات توهج الصور الضوئية للشمس والنجوم القريبة منها في درجة الحرارة. وهكذا مصفر
وينشأ ضوء الشمس، الذي يطلق عليه عادة "الأبيض"، عند إضافة إلكترون آخر إلى ذرة الهيدروجين.
تبلغ الألفة الإلكترونية لذرة H المحايدة 0.75 فولت. عند إضافة إلكترون إلى ذرة H ( ه) مع طاقة أكبر من 0.75 فولت، يتم التخلص من الفائض الإشعاع الكهرومغناطيسي ه+ح → ح– + ħ ω، وجزء كبير منها يقع في النطاق المرئي.
تكشف ملاحظات الغلاف الضوئي عن بنيته الدقيقة، التي تذكرنا بالسحب الركامية المتقاربة. تسمى التكوينات الدائرية الخفيفة بالحبيبات، ويسمى الهيكل بأكمله بالتحبيب. لا تزيد الأبعاد الزاوية للحبيبات في المتوسط عن 1 بوصة قوسية، وهو ما يعادل 725 كيلومترًا على الشمس. وتوجد كل حبيبة منفردة لمدة تتراوح بين 5 إلى 10 دقائق في المتوسط، وبعد ذلك تتفكك وتظهر في مكانها.
وتحيط بالحبيبات مساحات داكنة مكونة خلايا أو أقراص عسل. يتم إزاحة الخطوط الطيفية الموجودة في الحبيبات وفي الفراغات بينها إلى الجانبين الأزرق والأحمر على التوالي. وهذا يعني أن المادة الموجودة في الحبيبات ترتفع وتنخفض من حولها. سرعة هذه الحركات هي 1-2 كم / ثانية.
التحبيب هو مظهر من مظاهر منطقة الحمل الحراري الموجودة تحت الغلاف الضوئي والتي لوحظت في الغلاف الضوئي. في منطقة الحمل الحراري، يحدث الخلط النشط للمادة نتيجة لصعود وهبوط كتل الغاز الفردية (عناصر الحمل الحراري). بعد أن قطعوا مسارًا مساوٍ لحجمهم تقريبًا، يبدو أنهم يذوبون فيه بيئة، توليد عدم تجانس جديد. وفي الطبقات الخارجية الأكثر برودة،
أحجام هذه التباينات أصغر
كروموسفير
وفي الطبقات الخارجية للغلاف الضوئي، حيث تنخفض الكثافة إلى 3×10-8 جم/سم3، تصل درجة الحرارة إلى قيم أقل من 4200 كلفن. وتبين أن قيمة درجة الحرارة هذه هي الحد الأدنى للغلاف الجوي الشمسي بأكمله. في الطبقات العليا، تبدأ درجة الحرارة في الارتفاع مرة أخرى. أولا، هناك زيادة بطيئة في درجة الحرارة إلى عدة عشرات الآلاف من كلفن، مصحوبة بتأين الهيدروجين ثم الهيليوم. ويسمى هذا الجزء من الغلاف الجوي الشمسي بالكروموسفير.
السبب وراء هذا التسخين القوي للطبقات الخارجية للغلاف الجوي الشمسي هو طاقة الموجات الصوتية (الصوتية) التي تنشأ في الغلاف الضوئي نتيجة لحركة عناصر الحمل الحراري.
في الطبقات العليا من منطقة الحمل الحراري، أسفل الغلاف الضوئي مباشرة، تتباطأ حركات الحمل الحراري بشكل حاد ويتوقف الحمل الحراري فجأة. وبالتالي، فإن الغلاف الضوئي من الأسفل يتم "قصفه" باستمرار بواسطة عناصر الحمل الحراري. ومن هذه التأثيرات تنشأ فيه اضطرابات ملحوظة على شكل حبيبات، ويدخل هو نفسه الحركة التذبذبيةمع فترة تقابل تردد التذبذبات الطبيعية للغلاف الضوئي (حوالي 5 دقائق). وهذه الاهتزازات والاضطرابات التي تحدث في الغلاف الضوئي تولد موجات فيه قريبة بطبيعتها من الموجات الصوتية الموجودة في الهواء. عند الانتشار للأعلى، أي. إلى طبقات ذات كثافة أقل، تزيد هذه الموجات من اتساعها إلى عدة كيلومترات وتتحول إلى
موجات الصدمة.
يبلغ طول الغلاف الجوي عدة آلاف من الكيلومترات. يحتوي الكروموسفير على طيف انبعاث يتكون من خطوط مشرقة. وهذا الطيف يشبه إلى حد كبير طيف الشمس، حيث يتم استبدال جميع خطوط الامتصاص بخطوط الانبعاث، ولا يوجد طيف مستمر تقريبًا. ومع ذلك، في طيف الغلاف الضوئي، تكون خطوط العناصر المتأينة أقوى منها في طيف الغلاف الضوئي. على وجه الخصوص، تكون خطوط الهيليوم قوية جدًا في طيف الكروموسفير، بينما في طيف فراونهوفر تكون غير مرئية عمليًا. تؤكد هذه الميزات الطيفية زيادة في درجة الحرارة في الغلاف اللوني.
عند دراسة صور الغلاف الضوئي للكروموسفير، فإن أول ما يلفت الانتباه هو بنيته غير المتجانسة، والتي تكون أكثر وضوحًا من التحبيب في الغلاف الضوئي.
تسمى أصغر التكوينات الهيكلية في الكروموسفير بالشويكات. لديهم شكل مستطيل، وممدود بشكل رئيسي في الاتجاه الشعاعي. يبلغ طولها عدة آلاف من الكيلومترات، ويبلغ سمكها حوالي 1000 كم. وبسرعات تصل إلى عدة عشرات من الكيلومترات في الثانية، ترتفع الشويكات من الغلاف اللوني إلى الإكليل وتذوب فيه.
من خلال الشويكات، يتم تبادل مادة الكروموسفير مع الهالة العلوية.
هناك مئات الآلاف من الشويكات الموجودة على الشمس في نفس الوقت.
تشكل الشويكات بدورها بنية أكبر تسمى شبكة الغلاف اللوني، والتي تتولد عن حركات موجية ناجمة عن عناصر أكبر وأعمق بكثير
منطقة الحمل الحراري تحت الغلاف الضوئي من الحبيبات.
من الأفضل رؤية شبكة الكروموسفير في الصور ذات الخطوط القوية في منطقة الأشعة فوق البنفسجية البعيدة من الطيف،
على سبيل المثال، في خط الرنين 304 Å للهيليوم المتأين.
تتكون شبكة الكروموسفير من خلايا فردية يتراوح حجمها من 30 إلى 60 ألف كيلومتر.
تاج
وفي الطبقات العليا من الغلاف الجوي، حيث تبلغ كثافة الغاز 10-15 جم/سم3 فقط، تحدث زيادة حادة أخرى غير عادية في درجة الحرارة، تصل إلى حوالي مليون كلفن. هذا هو المكان الذي يبدأ فيه الجزء الخارجي والأرق من الغلاف الجوي للشمس، والذي يسمى الإكليل الشمسي.
سطوع الإكليل الشمسي أقل بمليون مرة من الغلاف الضوئي، ولا يتجاوز سطوع القمر عند اكتمال القمر. لذلك، يمكن ملاحظة الإكليل الشمسي خلال المرحلة الكلية للكسوف الشمسي، وخارج الكسوف - بمساعدة التلسكوبات الخاصة (الكوروناغراف)، حيث يتم ترتيب كسوف اصطناعي للشمس.
التاج ليس له حدود حادة وله شكل غير منتظم، يتغير بشكل كبير مع مرور الوقت. ويمكن الحكم على ذلك من خلال مقارنة الصور التي تم الحصول عليها خلال فترات الكسوف المختلفة. الجزء الأكثر سطوعًا من الإكليل، والذي يقع على مسافة لا تزيد عن 0.2-0.3 نصف قطر شمسي من الطرف، يسمى عادةً الإكليل الداخلي، والباقي، وهو جزء ممتد جدًا، هو الإكليل الخارجي. من السمات المهمة للتاج هو هيكله المشع. تأتي الأشعة بأطوال مختلفة تصل إلى عشرة أو أكثر من أنصاف أقطار الطاقة الشمسية. في القاعدة، عادة ما تكون الأشعة سميكة، وبعضها ينحني نحو المجاورة.
يحتوي طيف الإكليل على عدد من الميزات المهمة. وهو يعتمد على خلفية مستمرة ضعيفة مع توزيع للطاقة يكرر توزيع الطاقة في الطيف المستمر للشمس. على هذه الخلفية
الطيف المستمر، تُلاحظ خطوط انبعاث مشرقة في الإكليل الداخلي، وتقل شدتها مع المسافة من الشمس. لا يمكن الحصول على معظم هذه الخطوط في الأطياف المختبرية. في الهالة الخارجية، تُلاحظ خطوط فراونهوفر للطيف الشمسي، والتي تختلف عن خطوط الغلاف الضوئي في كثافتها المتبقية الأكبر نسبيًا.
إشعاع الهالة مستقطب، وعلى مسافة حوالي 0.5 رمن حافة الشمس يزداد الاستقطاب إلى ما يقرب من 50%، وعلى مسافات أكبر يتناقص مرة أخرى.__
إشعاع كورونا هو ضوء مبعثر من الغلاف الضوئي، واستقطاب هذا الإشعاع يجعل من الممكن تحديد طبيعة الجزيئات التي يحدث فيها التشتت - وهي إلكترونات حرة.
ظهور هذه الإلكترونات الحرة لا يمكن أن يكون إلا بسبب تأين المادة. ومع ذلك، بشكل عام، يجب أن يكون الغاز المتأين (البلازما) محايدًا. وبالتالي، فإن تركيز الأيونات في الإكليل يجب أن يتوافق أيضًا مع تركيز الإلكترونات.
خطوط انبعاث الإكليل الشمسي تنتمي إلى خطوط عادية العناصر الكيميائيةولكن في مراحل تأين عالية جدًا. الأكثر كثافة - الخط الإكليلي الأخضر بطول موجة 5303 Å - ينبعث من أيون Fe XIV، أي. ذرة حديد لا تحتوي على 13 إلكترونًا. خط آخر مكثف - الخط الإكليلي الأحمر (6374 Å) - ينتمي إلى ذرات الحديد المتأين تسعة أضعاف Fe X. يتم تحديد خطوط الانبعاث المتبقية مع الأيونات Fe XI، Fe XIII، Ni XIII، Ni XV، Ni XVI، Ca XII ، Ca XV، Ar X وغيرها.
وبالتالي فإن الإكليل الشمسي عبارة عن بلازما متخلخلة تبلغ درجة حرارتها حوالي مليون كلفن.
ضوء البروج والإشعاع المضاد
ويمكن أيضًا ملاحظة توهج مشابه لـ "الإكليل الكاذب" على مسافات كبيرة من الشمس
شكل من أشكال ضوء البروج.
يُلاحظ ضوء البروج في الليالي المظلمة الخالية من القمر في الربيع والخريف. خطوط العرض الجنوبيةقريباً
بعد غروب الشمس أو قبل شروق الشمس بقليل. في هذا الوقت، يرتفع مسير الشمس عاليا فوق الأفق، ويصبح شريط الضوء الذي يمتد على طوله ملحوظا. ومع اقترابها من الشمس، التي تقع تحت الأفق، يشتد التوهج ويتوسع الشريط ليشكل مثلثا. ويقل سطوعه تدريجياً مع زيادة البعد عن الشمس.
وفي منطقة السماء المقابلة للشمس، يزداد سطوع الضوء البروجي قليلاً، مشكلاً بقعةً بيضاويةً سديمية يبلغ قطرها حوالي 10 درجات، وهو ما يسمى بمضاد الإشعاع. مكافحة تألق
الناجمة عن انعكاس ضوء الشمس من الغبار الكوني.
الرياح الشمسية
تتمتع الهالة الشمسية بامتداد ديناميكي أبعد بكثير من مدار الأرض إلى مسافات تصل إلى 100 وحدة فلكية.
هناك تدفق مستمر للبلازما من الهالة الشمسية بسرعة تزداد تدريجياً مع المسافة من الشمس. ويسمى هذا التوسع في الهالة الشمسية في الفضاء بين الكواكب بالرياح الشمسية.
بسبب الرياح الشمسية، تفقد الشمس حوالي مليون طن من المادة كل ثانية. تتكون الرياح الشمسية بشكل أساسي من الإلكترونات والبروتونات ونواة الهيليوم (جسيمات ألفا)؛ وتوجد نوى العناصر الأخرى والجسيمات المحايدة بكميات صغيرة جدًا.
غالبًا ما يتم الخلط بين الرياح الشمسية (تدفق الجسيمات - البروتونات والإلكترونات وما إلى ذلك) وتأثير ضغط ضوء الشمس (تدفق الفوتونات). إن ضغط ضوء الشمس حاليًا أكبر بآلاف المرات من ضغط الرياح الشمسية. ذيول المذنبات موجهة دائمًا نحوها الجانب الآخرمن الشمس، وتتشكل أيضًا بسبب ضغط الضوء، وليس بسبب الرياح الشمسية.
38. التكوينات النشطة في الغلاف الجوي الشمسي: البقع، البقع، الندف، التوهجات الكروموسفيرية، البروز. دورة النشاط الشمسي.
التكوينات النشطة في الغلاف الجوي الشمسي
من وقت لآخر، تظهر في الغلاف الجوي الشمسي تكوينات نشطة سريعة التغير، تختلف بشكل حاد عن المناطق المحيطة غير المضطربة، والتي لا تتغير خصائصها وبنيتها على الإطلاق أو بشكل كامل تقريبًا مع مرور الوقت. في الغلاف الضوئي والكروموسفير والإكليل، تختلف مظاهر النشاط الشمسي بشكل كبير. ومع ذلك فهي جميعا متصلة سبب شائع. وهذا السبب هو المجال المغناطيسي دائمًا
موجودة في المناطق النشطة.
أصل وسبب التغيرات في المجالات المغناطيسية في الشمس ليست مفهومة تماما. يمكن أن تتركز المجالات المغناطيسية في أي طبقة من طبقات الشمس (على سبيل المثال، عند قاعدة منطقة الحمل الحراري)، ويمكن أن تحدث الزيادات الدورية في المجالات المغناطيسية بسبب الإثارة الإضافية للتيارات في البلازما الشمسية.
المظاهر الأكثر شيوعًا للنشاط الشمسي هي البقع، والبقع، والندفات، والنتوءات.
البقع الشمسية
وأشهر مظاهر النشاط الشمسي هي البقع الشمسية، والتي تظهر عادة في مجموعات كاملة.
تظهر البقع الشمسية كمسام صغير، بالكاد يمكن تمييزه عن المساحات المظلمة بين الحبيبات. بعد يوم، يتطور المسام إلى بقعة داكنة مستديرة ذات حدود حادة، ويزداد قطرها تدريجياً حتى يصل حجمها إلى عدة عشرات الآلاف من الكيلومترات. وتترافق هذه الظاهرة مع زيادة تدريجية في قوة المجال المغناطيسي، والتي تصل في مركز البقع الكبيرة إلى عدة آلاف من الأورستدات. يتم تحديد حجم المجال المغناطيسي من خلال تقسيم زيمان للخطوط الطيفية.
في بعض الأحيان تظهر عدة بقع صغيرة ضمن منطقة صغيرة ممتدة موازية لخط الاستواء - وهي مجموعة من البقع. تظهر البقع الفردية في الغالب على الحواف الغربية والشرقية للمنطقة، حيث تتطور قيعان البقعة - الرائدة (الغربية) والذيل (الشرقية) - بقوة أكبر من غيرها. دائمًا ما تكون المجالات المغناطيسية لكل من البقع الشمسية الرئيسية والصغيرة المجاورة لها قطبية معاكسة، ولذلك تسمى هذه المجموعة من البقع الشمسية ثنائية القطب
بعد 3-4 أيام من ظهور البقع الكبيرة، يظهر حولها شبه ظلام أقل قتامة، وله بنية شعاعية مميزة. يحيط شبه الظل بالجزء المركزي من البقعة الشمسية، ويسمى الظل.
مع مرور الوقت، تزداد المساحة التي تشغلها مجموعة من البقع تدريجياً، لتصل إلى الحد الأقصى
القيم تقريبا في اليوم العاشر. بعد ذلك، تبدأ البقع في الانخفاض تدريجيا وتختفي، أولا أصغرها، ثم الذيل (سبق أن انقسمت إلى عدة نقاط)، وأخيرا الرائدة.
بشكل عام، تستمر هذه العملية برمتها حوالي شهرين، لكن العديد من مجموعات البقع الشمسية ليس لديها الوقت الكافي لذلك
تمر بجميع المراحل الموصوفة وتختفي في وقت سابق.
يظهر الجزء المركزي من البقعة باللون الأسود فقط بسبب السطوع العالي للغلاف الضوئي. في الواقع، في المركز
يكون سطوع البقع أقل من حيث الحجم فقط، ويبلغ سطوع الظل الجزئي حوالي 3/4 من سطوع الغلاف الضوئي. واستنادًا إلى قانون ستيفان-بولتزمان، فإن هذا يعني أن درجة الحرارة في البقع الشمسية أقل بمقدار 2-2.5 ألف كلفن عنها في الغلاف الضوئي.
يتم تفسير انخفاض درجة الحرارة في البقع الشمسية بتأثير المجال المغناطيسي على الحمل الحراري. يمنع المجال المغناطيسي القوي حركة المادة التي تحدث عبر خطوط القوة. لذلك، في منطقة الحمل الحراري تحت البقعة الشمسية، يضعف دوران الغازات، الذي ينقل جزءًا كبيرًا من الطاقة من الأعماق إلى الخارج. ونتيجة لذلك، فإن درجة حرارة البقعة تكون أقل مما كانت عليه في الغلاف الضوئي غير المضطرب.
يشير التركيز الكبير للمجال المغناطيسي في ظل البقع الشمسية الأمامية والذيلية إلى أن الجزء الرئيسي من التدفق المغناطيسي للمنطقة النشطة على الشمس موجود في أنبوب عملاق من خطوط المجال الخارجة من ظل البقعة الشمسية القطبية الشمالية. والدخول مرة أخرى إلى البقع الشمسية القطبية الجنوبية.
ومع ذلك، وبسبب الموصلية العالية للبلازما الشمسية وظاهرة الحث الذاتي، فإن المجالات المغناطيسية التي تبلغ قوتها عدة آلاف من الأورستدات لا يمكن أن تنشأ أو تختفي خلال أيام قليلة تتوافق مع وقت ظهور واضمحلال مجموعة من البقع الشمسية.
وبالتالي، يمكن الافتراض أن الأنابيب المغناطيسية تقع في مكان ما في منطقة الحمل الحراري، ويرتبط ظهور مجموعات من البقع الشمسية بطفو هذه الأنابيب.
المشاعل
في المناطق غير المضطربة من الغلاف الضوئي، لا يوجد سوى مجال مغناطيسي عام للشمس، تبلغ قوته حوالي 1 Oe. وفي المناطق النشطة، تزيد شدة المجال المغناطيسي مئات بل آلاف المرات.
ويصاحب الزيادة الطفيفة في المجال المغناطيسي إلى عشرات ومئات من Oe ظهور منطقة أكثر سطوعًا في الغلاف الضوئي تسمى الشعلة. في المجمل، يمكن أن تحتل السحايا نسبة كبيرة من كامل السطح المرئي للشمس. لديهم بنية دقيقة مميزة وتتكون من العديد من الأوردة والنقاط الساطعة والعقيدات - حبيبات الشعلة.
تكون الوجهات مرئية بشكل أفضل على حافة قرص الشمس (هنا يبلغ تباينها مع الغلاف الضوئي حوالي 10٪)، بينما في المركز تكون غير مرئية تمامًا تقريبًا. وهذا يعني أنه عند مستوى ما في الغلاف الضوئي، يكون العمود أكثر سخونة من المنطقة المجاورة غير المضطربة بمقدار 200-300 كلفن، وعلى العموم، يبرز قليلاً فوق المستوى
الفوتوسفير دون عائق.
يرتبط ظهور الشعلة بخاصية مهمة للمجال المغناطيسي - فهي تمنع حركة المادة المتأينة عبر خطوط القوة. إذا كان المجال المغناطيسي لديه طاقة عالية بما فيه الكفاية، فإنه "يسمح" بحركة المادة فقط على طول خطوط القوة.
لا يمكن للمجال المغناطيسي الضعيف في منطقة العمود أن يوقف حركات الحمل الحراري القوية نسبيًا. ومع ذلك، يمكن أن يمنحهم شخصية أكثر صحة. عادة، كل عنصر من عناصر الحمل الحراري، بالإضافة إلى الارتفاع أو الانخفاض العام عموديًا، يقوم بحركات عشوائية صغيرة المستوى الأفقي. هذه الحركات التي تؤدي إلى الاحتكاك بين العناصر الفردية للحمل الحراري، يتم تثبيطها بواسطة المجال المغناطيسي الموجود في منطقة العمود، مما يسهل الحمل الحراري ويسمح للغازات الساخنة بالارتفاع إلى ارتفاع أكبر ونقل تدفق أكبر للطاقة. وبالتالي، فإن ظهور العمود يرتبط بزيادة الحمل الحراري الناتج عن ضعف المجال المغناطيسي.
المشاعل هي تشكيلات مستقرة نسبيا. يمكن أن تستمر لعدة أسابيع أو حتى أشهر دون تغيير كبير.
الندفات
يزيد الغلاف اللوني الموجود فوق البقع الشمسية والوجه من سطوعه، ويزداد التباين بين الغلاف اللوني المضطرب وغير المضطرب مع الارتفاع. تسمى هذه المناطق الأكثر إشراقًا في الكروموسفير بالندبات. إن الزيادة في سطوع الندف مقارنة بالكروموسفير المحيط به غير المضطرب لا توفر أساسًا لتحديد درجة حرارته، لأنه في الكروموسفير المخلخل والشفاف جدًا لطيف مستمر، فإن العلاقة بين درجة الحرارة والإشعاع لا تخضع لمبادئ بلانك وستيفان- قوانين بولتزمان.
يمكن تفسير الزيادة في سطوع الندف في الأجزاء المركزية من خلال زيادة كثافة المادة في الغلاف اللوني بمقدار 3-5 مرات عند درجة حرارة ثابتة تقريبًا، أو مع زيادة طفيفة فيها. التوهجات الشمسية
في الكروموسفير والإكليل، غالبًا في منطقة صغيرة بين البقع الشمسية النامية، خاصة بالقرب من الواجهة القطبية للمجالات المغناطيسية القوية، تُلاحظ أقوى مظاهر النشاط الشمسي وأسرعها تطورًا، والتي تسمى التوهجات الشمسية.
في بداية التوهج، يزداد فجأة سطوع إحدى العقيدات الضوئية في الندفة. وفي كثير من الأحيان، وفي أقل من دقيقة، ينتشر الإشعاع القوي على طول حبل طويل أو يغمر منطقة بأكملها يبلغ طولها عشرات الآلاف من الكيلومترات.
في المنطقة المرئية من الطيف، تحدث الزيادة في التألق بشكل رئيسي في الخطوط الطيفية للهيدروجين والكالسيوم المتأين والمعادن الأخرى. ويزداد أيضًا مستوى الطيف المستمر، أحيانًا لدرجة أن الفلاش يصبح مرئيًا في الضوء الأبيض على خلفية الغلاف الضوئي. بالتزامن مع الإشعاع المرئي، تزداد شدة الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية، وكذلك قوة انبعاث الراديو الشمسي بشكل كبير.
أثناء التوهجات، يتم ملاحظة الخطوط الطيفية للأشعة السينية ذات الطول الموجي الأقصر (أي "الأصعب") وحتى، في بعض الحالات، أشعة جاما. يحدث انفجار كل هذه الأنواع من الإشعاع في بضع دقائق. وبعد الوصول إلى الحد الأقصى، يضعف مستوى الإشعاع تدريجيًا على مدى عدة عشرات من الدقائق.
يتم تفسير كل هذه الظواهر من خلال إطلاق كمية كبيرة من الطاقة من البلازما غير المستقرة الموجودة في منطقة مجال مغناطيسي غير متجانس للغاية. ونتيجة لتفاعل المجال المغناطيسي والبلازما، يتحول جزء كبير من طاقة المجال المغناطيسي إلى حرارة، مما يؤدي إلى تسخين الغاز إلى درجة حرارة تصل إلى عشرات الملايين من الكلفن، ويعمل أيضًا على تسريع سحب البلازما.
بالتزامن مع تسارع السحب البلازمية العيانية الحركات النسبيةتؤدي المجالات البلازما والمغناطيسية إلى تسريع الجسيمات الفردية إلى طاقات عالية: الإلكترونات حتى عشرات الكيلو إلكترون فولت والبروتونات حتى عشرات الكيلو إلكترون فولت.
ولتدفق مثل هذه الجزيئات الشمسية تأثير كبير على الطبقات العليا من الغلاف الجوي للأرض ومجالها المغناطيسي.
البروز
التشكيلات النشطة التي لوحظت في الهالة هي شوازات. بالمقارنة مع البلازما المحيطة، فهذه السحب أكثر كثافة و"برودة"، وتتوهج في نفس الخطوط الطيفية تقريبًا مثل الكروموسفير.
البروز يمكن أن يكون جدا أشكال مختلفةوالأحجام. غالبًا ما تكون هذه التكوينات طويلة ومسطحة جدًا وتقع بشكل عمودي تقريبًا على سطح الشمس. لذلك، عند إسقاطها على القرص الشمسي، تبدو البروزات وكأنها خيوط منحنية.
الشواظات هي أكبر التكوينات في الغلاف الجوي الشمسي، حيث يصل طولها إلى مئات الآلاف من الكيلومترات، على الرغم من أن عرضها لا يتجاوز 6000-10000 كم. تندمج أجزائها السفلية مع الكروموسفير، وتمتد أجزائها العلوية لعشرات الآلاف من الكيلومترات. ومع ذلك، هناك بروزات ذات أحجام أكبر بكثير.
يحدث تبادل المادة بين الكروموسفير والهالة باستمرار من خلال الشواظات. ويتجلى ذلك من خلال الحركات الملحوظة بشكل متكرر لكل من الشواظات نفسها وأجزائها الفردية، والتي تحدث بسرعات تصل إلى عشرات ومئات الكيلومترات في الثانية.
ويرتبط ظهور البروز وتطورها وحركتها ارتباطًا وثيقًا بتطور مجموعات البقع الشمسية. في المراحل الأولى من تطور المنطقة النشطة، تتشكل بقع شمسية قصيرة العمر وسريعة التغير.
بروز بالقرب من البقع الشمسية. وفي مراحل لاحقة تظهر بروزات هادئة مستقرة، موجودة دون تغيرات ملحوظة لعدة أسابيع وحتى أشهر، وبعدها قد تحدث مرحلة تنشيط البروز فجأة، وتتجلى في حدوث حركات قوية وقذف المادة إلى الإكليل وظهور من الشواظ البركانية سريعة الحركة.
يشبه البركان، أو الثوران، في مظهره نوافير ضخمة، حيث يصل ارتفاعه إلى 1.7 مليون كيلومتر فوق سطح الشمس. وتحدث حركات جلطات المادة فيها بسرعة؛ تثور بسرعة مئات الكيلومترات في الثانية وتغير شكلها بسرعة كبيرة. ومع زيادة الارتفاع، يضعف البروز ويتبدد. وفي بعض البروز، لوحظت تغيرات حادة في سرعة حركة الكتل الفردية. الشواظ البركانية قصيرة العمر.
النشاط الشمسي
ترتبط جميع التكوينات النشطة في الغلاف الجوي الشمسي ارتباطًا وثيقًا ببعضها البعض.
إن ظهور التوهجات والندبات يسبق دائمًا ظهور البقع.
تحدث الفاشيات أثناء النمو السريع لمجموعة من البقع الشمسية أو نتيجة للتغيرات القوية التي تحدث فيها.
وفي الوقت نفسه تظهر البروزات التي غالبًا ما تستمر في الوجود لفترة طويلة بعد انهيار المنطقة النشطة.
يُطلق على مجمل جميع مظاهر النشاط الشمسي المرتبطة بجزء معين من الغلاف الجوي والتي تتطور خلال فترة زمنية معينة اسم مركز النشاط الشمسي.
يتغير عدد البقع الشمسية والمظاهر الأخرى المرتبطة بالنشاط الشمسي بشكل دوري. العصر الذي يكون فيه عدد مراكز النشاط أكبر يسمى الحد الأقصى للنشاط الشمسي، وعندما لا يوجد أي منها أو يكاد لا يوجد على الإطلاق، يطلق عليه الحد الأدنى.
كمقياس لدرجة النشاط الشمسي يسمى. أرقام الذئب تتناسب مع المبلغ العدد الإجماليالبقع ووعشرة أضعاف عدد مجموعاتهم ز: دبليو= ك(و+ 10ز).
عامل التناسب كيعتمد على قوة الأداة المستخدمة. عادة، يتم حساب متوسط أرقام الذئب (على سبيل المثال، على مدى أشهر أو سنوات) ورسم بياني لاعتماد النشاط الشمسي على
يوضح منحنى النشاط الشمسي أن الحد الأقصى والحد الأدنى يتناوبان في المتوسط كل 11 عامًا، على الرغم من أن الفترات الزمنية بين الحد الأقصى المتتالي الفردي قد تكون
تتراوح من 7 إلى 17 سنة.
خلال الفترة الدنيا، عادة لا توجد بقع على الشمس لبعض الوقت. ثم تبدأ في الظهور بعيدًا عن خط الاستواء، عند خطوط عرض ±35 درجة تقريبًا. وبعد ذلك، تنحدر منطقة التكوين البقعي تدريجياً نحو خط الاستواء. ومع ذلك، في المناطق الأقل من 8 درجات من خط الاستواء، تكون البقع نادرة جدًا.
من السمات المهمة لدورة النشاط الشمسي قانون التغيرات في القطبية المغناطيسية للبقع الشمسية. خلال كل دورة مدتها 11 عامًا، تتمتع جميع النقاط الرئيسية للمجموعات ثنائية القطب ببعض القطبية في نصف الكرة الشمالي والعكس في نصف الكرة الجنوبي. وينطبق الشيء نفسه على البقع الذيلية، حيث تكون القطبية دائمًا معاكسة لقطبية النقطة الرائدة. في الدورة التالية، يتم عكس قطبية البقع الأمامية والذيلية. وفي الوقت نفسه، تتغير قطبية المجال المغناطيسي العام للشمس، حيث تقع أقطابها بالقرب من أقطاب الدوران.
العديد من الخصائص الأخرى لها أيضًا دورية مدتها أحد عشر عامًا: نسبة مساحة الشمس التي تشغلها السُحنات والندفات، وتواتر التوهجات، وعدد البروز، وكذلك شكل الإكليل و
طاقة الرياح الشمسية.
تعد دورية النشاط الشمسي واحدة من أهم مشاكل الفيزياء الشمسية الحديثة، والتي لم يتم حلها بالكامل بعد.
