خورشید

خورشید در قلب منظومه شمسی قرار دارد، جایی که به مراتب بزرگترین جرم است. 99.8 درصد جرم منظومه شمسی را در خود جای داده و تقریباً 109 برابر قطر زمین است - حدود یک میلیون زمین می تواند در داخل خورشید قرار بگیرد. سطح خورشید حدود 10000 درجه فارنهایت (5500 درجه سانتیگراد) داغ است، در حالی که دما در هسته به بیش از 27 میلیون فارنهایت (15 میلیون درجه سانتیگراد) می رسد که ناشی از واکنش های هسته ای است. به گفته ناسا، باید ۱۰۰ میلیارد تن دینامیت را در هر ثانیه منفجر کرد تا با انرژی تولید شده توسط خورشید مطابقت داشته باشد. خورشید یکی از بیش از 100 میلیارد ستاره کهکشان راه شیری است. این مدار در فاصله 25000 سال نوری از هسته کهکشانی می چرخد ​​و هر 250 میلیون سال یک بار یک انقلاب را کامل می کند. خورشید نسبتاً جوان است و بخشی از نسلی از ستارگان است که با نام جمعیت I شناخته می‌شوند و از نظر عناصر سنگین‌تر از هلیوم نسبتاً غنی هستند. نسل قدیمی‌تری از ستارگان جمعیت II نامیده می‌شود و نسل قبلی جمعیت III ممکن است وجود داشته باشد، اگرچه هنوز هیچ عضوی از این نسل شناخته نشده است.

چگونه خورشید ایجاد شد؟

خورشید حدود 4.6 میلیارد سال پیش متولد شد. بسیاری از دانشمندان فکر می کنند خورشید و بقیه منظومه شمسی از یک ابر غول پیکر و چرخان از گاز و غبار به نام سحابی خورشیدی تشکیل شده اند. با فروپاشی سحابی به دلیل گرانش آن، سریعتر چرخید و به صورت یک دیسک صاف شد. بیشتر مواد به سمت مرکز کشیده شدند تا خورشید را تشکیل دهند. خورشید به اندازه کافی سوخت هسته ای دارد که می تواند تا 5 میلیارد سال دیگر مانند اکنون باقی بماند. پس از آن، متورم می شود و تبدیل به یک غول قرمز می شود. در نهایت، لایه های بیرونی خود را می ریزد، و هسته باقی مانده فرو می ریزد و به یک کوتوله سفید تبدیل می شود. به آهستگی، کوتوله سفید محو خواهد شد و به عنوان یک شیء نظری کم نور و سرد که گاهی به عنوان کوتوله سیاه شناخته می شود، وارد فاز نهایی خود می شود.

ساختار داخلی و جو خورشید

خورشید و جو خورشید به چند ناحیه و لایه تقسیم می شوند. فضای داخلی خورشید، از داخل به بیرون، از هسته، ناحیه تابشی و ناحیه همرفتی تشکیل شده است. اتمسفر خورشیدی بالای آن شامل فوتوسفر، کروموسفر، ناحیه گذار و تاج است. فراتر از آن باد خورشیدی است، خروج گاز از تاج. هسته از مرکز خورشید تا حدود یک چهارم راه تا سطح آن امتداد دارد. اگرچه تنها حدود 2 درصد از حجم خورشید را تشکیل می دهد، اما تقریباً 15 برابر چگالی سرب است و تقریباً نیمی از جرم خورشید را در خود جای می دهد. بعد ناحیه تابشی قرار دارد که از هسته تا 70 درصد مسیر تا سطح خورشید امتداد دارد و 32 درصد حجم و 48 درصد جرم خورشید را تشکیل می دهد. نور از هسته در این ناحیه پراکنده می شود، به طوری که عبور یک فوتون منفرد اغلب یک میلیون سال طول می کشد. ناحیه همرفت تا سطح خورشید می رسد و 66 درصد حجم خورشید را تشکیل می دهد اما فقط کمی بیشتر از 2 درصد از جرم آن را تشکیل می دهد. "سلول های همرفت" چرخان گاز بر این منطقه تسلط دارند. دو نوع اصلی از سلول‌های همرفت خورشیدی وجود دارد: سلول‌های دانه‌بندی با عرض حدود 600 مایل (1000 کیلومتر) و سلول‌های سوپرگرانولاسیون با قطر حدود 20000 مایل (30000 کیلومتر). فوتوسفر پایین ترین لایه جو خورشید است و نوری را که ما می بینیم ساطع می کند. ضخامت آن حدود 300 مایل (500 کیلومتر) است، اگرچه بیشتر نور از پایین ترین یک سوم آن می آید. دما در فوتوسفر از 11000 فارنهایت (6125 درجه سانتیگراد) در پایین تا 7460 فارنهایت (4125 درجه سانتیگراد) در بالا متغیر است. بعد کروموسفر است که گرمتر است، تا 35500 فارنهایت (19725 درجه سانتیگراد)، و ظاهراً تماماً از ساختارهای سیخدار معروف به اسپیکول تشکیل شده است که معمولاً 600 مایل (1000 کیلومتر) عرض و حداکثر 6000 مایل (10000 کیلومتر) ارتفاع دارند. بعد از آن ناحیه انتقالی به ضخامت چند صد تا چند هزار مایل است که توسط تاج بالای آن گرم می شود و بیشتر نور خود را به صورت پرتوهای فرابنفش می تاباند. در بالای آن تاج فوق داغ قرار دارد که از ساختارهایی مانند حلقه ها و جریان های گاز یونیزه ساخته شده است. تاج به طور کلی از 900000 فارنهایت (500000 درجه سانتیگراد) تا 10.8 میلیون فارنهایت (6 میلیون درجه سانتیگراد) متغیر است و حتی می تواند در صورت وقوع یک شعله خورشیدی به ده ها میلیون درجه برسد. مواد حاصل از تاج به عنوان باد خورشیدی منفجر می شوند.

ترکیبات شیمیایی خورشید

خورشید نیز مانند بسیاری از ستارگان دیگر عمدتاً از هیدروژن و پس از آن هلیوم تشکیل شده است. تقریباً تمام ماده باقیمانده از هفت عنصر دیگر تشکیل شده است - اکسیژن، کربن، نئون، نیتروژن، منیزیم، آهن و سیلیکون. به ازای هر 1 میلیون اتم هیدروژن در خورشید، 98000 اتم هلیوم، 850 اتم اکسیژن، 360 کربن، 120 اتم نئون، 110 اتم نیتروژن، 40 اتم منیزیم، 35 اتم آهن و 35 اتم سیلیکون وجود دارد. با این حال، هیدروژن سبک‌ترین عنصر از همه عناصر است، بنابراین تنها حدود 72 درصد از جرم خورشید را تشکیل می‌دهد، در حالی که هلیوم حدود 26 درصد را تشکیل می‌دهد.

لکه های خورشیدی و چرخه های خورشیدی

لکه های خورشیدی ویژگی های نسبتاً خنک و تیره ای روی سطح خورشید هستند که اغلب تقریباً دایره ای هستند. آنها در جایی پدیدار می شوند که دسته های متراکم خطوط میدان مغناطیسی از درون خورشید به سطح می رسند. تعداد لکه های خورشیدی مطابق با فعالیت مغناطیسی خورشیدی متفاوت است - تغییر در این تعداد، از حداقل هیچ به حداکثر تقریباً 250 لکه خورشیدی یا خوشه های خورشیدی و سپس بازگشت به حداقل، به عنوان چرخه خورشیدی شناخته می شود (در جدید باز می شود. تب)، و به طور متوسط ​​حدود 11 سال طول می کشد. در پایان یک چرخه، میدان مغناطیسی به سرعت قطبیت خود را معکوس می کند.

تاریخچه رصد خورشید

فرهنگ های باستانی اغلب سازه های صخره ای طبیعی را اصلاح می کردند یا بناهای سنگی می ساختند تا حرکات خورشید و ماه را مشخص کنند، فصل ها را ترسیم کنند، تقویم ایجاد کنند و کسوف ها را زیر نظر بگیرند. بسیاری بر این باور بودند که خورشید به دور زمین می چرخد ​​و بطلمیوس، محقق یونانی باستان، این مدل «ژئومرکزی» را در 150 قبل از میلاد رسمی کرد. سپس، در سال 1543، نیکلاس کوپرنیک (در برگه جدید باز می شود) مدلی از منظومه شمسی (با محوریت خورشید) را توصیف کرد، و در سال 1610، کشف قمرهای مشتری توسط گالیله گالیله (در برگه جدید باز می شود) تأیید کرد که همه بهشتی نیستند. اجسام دور زمین چرخیدند برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد نحوه عملکرد خورشید و سایر ستارگان، پس از مشاهدات اولیه با استفاده از موشک، دانشمندان شروع به مطالعه خورشید از مدار زمین کردند. ناسا مجموعه‌ای از هشت رصدخانه در حال گردش را به نام رصدخانه خورشیدی مداری (که در برگه جدید باز می‌شود) بین سال‌های 1962 تا 1971 راه‌اندازی کرد. هفت مورد از آنها موفقیت‌آمیز بودند و خورشید را در طول موج‌های فرابنفش و اشعه ایکس تجزیه و تحلیل کردند و از تاج فوق‌العاده داغ عکس‌برداری کردند. از جمله دستاوردهای دیگر در سال 1990، ناسا و آژانس فضایی اروپا کاوشگر اولیس (در برگه جدید باز می شود) را به فضا پرتاب کردند تا اولین مشاهدات مناطق قطبی خود را انجام دهند. در سال 2004، فضاپیمای جنسیس ناسا نمونه‌هایی از باد خورشیدی (در برگه جدید باز می‌شود) را برای مطالعه به زمین بازگرداند. در سال 2007، مأموریت رصدخانه روابط زمینی خورشیدی با فضاپیمای دوگانه ناسا (در برگه جدید باز می شود) (STEREO) اولین تصاویر سه بعدی از خورشید را برگرداند. ناسا تماس خود را با STEREO-B در سال 2014 قطع کرد، که به جز برای مدت کوتاهی در سال 2016، از ارتباط خارج شد. STEREO-A کاملاً فعال است. رصدخانه خورشیدی و هلیوسفر (در برگه جدید باز می شود) (SOHO) که سال گذشته 25 سالگرد حضور در فضا را جشن گرفت، یکی از مهمترین ماموریت های خورشیدی تا به امروز بوده است. این دوربین که برای مطالعه باد خورشیدی و همچنین لایه‌های بیرونی و ساختار داخلی خورشید طراحی شده است، ساختار لکه‌های خورشیدی زیر سطح را به تصویر کشیده است، شتاب باد خورشیدی را اندازه‌گیری کرده، امواج تاجی و گردبادهای خورشیدی را کشف کرده، بیش از 1000 دنباله‌دار را پیدا کرده است. و توانایی ما برای پیش بینی آب و هوای فضا را متحول کرد. رصدخانه دینامیک خورشیدی (در برگه جدید باز می شود) (SDO)، که در سال 2010 راه اندازی شد، جزئیاتی را که قبلاً دیده نشده بود از جریان مواد به بیرون و دور از لکه های خورشیدی و همچنین نماهای نزدیک شدید از فعالیت روی سطح خورشید و اولین اندازه گیری با وضوح بالا شراره های خورشیدی در طیف گسترده ای از طول موج های فرابنفش شدید. جدیدترین کاوشگر خورشیدی پارکر ناسا (که در برگه جدید باز می شود)، که در سال 2018 پرتاب شد، و ESA/NASA Solar Orbiter (در برگه جدید باز می شود)، که در سال 2020 پرتاب شد، هستند. هر دوی این فضاپیماها به دور خورشید نزدیکتر می شوند نسبت به هر فضاپیما قبلی، اندازه گیری های تکمیلی محیط اطراف ستاره را انجام می دهد. کاوشگر خورشیدی پارکر در طی گذرهای نزدیک خود، در جو بیرونی خورشید، تاج، شیرجه می‌زند، و مجبور است دمای بیش از یک میلیون درجه فارنهایت را تحمل کند. در نزدیکترین حالت، کاوشگر خورشیدی پارکر تنها 4 میلیون مایل (6.5 میلیون کیلومتر) تا سطح خورشید پرواز خواهد کرد (فاصله بین خورشید و زمین 93 میلیون مایل (150 میلیون کیلومتر) است). اندازه‌گیری‌هایی که انجام می‌دهد به دانشمندان کمک می‌کند تا در مورد چگونگی جریان انرژی از طریق خورشید، ساختار باد خورشیدی، و نحوه شتاب و انتقال ذرات پرانرژی اطلاعات بیشتری کسب کنند.