از دیدگاه زیست شناسان خورشید عامل حیات روی زمین است. اما از دیدگاه اخترشناسان خورشید ستاره ای معمولی در میان میلیاردها ستاره کهکشان ماست. درخشندگی خیره کننده خورشید تنها به دلیل نزدیکی آن به زمین است و نور خورشید طی 8 دقیقه و 20 ثانیه به زمین می رسد. در صورتی که نور نزدیکترین ستاره بعدی که آلفا قنطورس است، 3/4 سال در راه است تا به ما برسد.
پیش از آن که ویژگیهای خورشید را بررسی کنیم ابتدا باید فرآیند تشکیل شدن ستارها را بشناسیم. در کهکشان ما و دیگر کهکشانها در فضای میان ستاره ای ابرهای گازی بزرگی دیده می شوند که آنها را سحابی می گویند. ممکن است ابعاد سحابی ها به حدود چند سال نوری برسد. آنها عمدتاً از گازهای هیدروژن و هلیوم تشکیل شده اند. سحابی ها تحت تاًثیر عوامل گوناگون دچار ناپایداری می شوند و این ناپایداری ها موجب می شود که تراکم گازها در نقطه ای از سحابی بیشتر شود. در نتیجه نیروی گرانش آن بخش بیشتر می شود و گازها ازمناطق دیگر به سوی این ناحیه متراکمتر سقوط می کنند. به دلیل فشار زیاد گازها دمای بخش مرکزی توده به تدریج افزایش می یابد و هنگامی که دمای ناحیه مرکزی به حدود ده میلیون درجه سانتی گراد برسد واکنش اتمی به نام همجوشی هسته ای رخ میدهد. با آغاز واکنشهای همجوشی هسته ای ستاره به حالت پایداری می رسد. به این منظور که تعادلی فشار رو به درون گرانش با فشار رو به بیرون گازها ایجاد می شود و ستاره ای به دنیا می آید. این فرایند در مورد خورشید نیز رخ داده است. در بخش مرکزی خورشید با واکنش همجوشی هسته ای هیدروژن به هلیوم تبدیل و انرژی زیادی آزاد می شود. با این منبع انرژی است که از پنج میلیارد سال پیش تاکنون پیوسته خورشید می درخشد. بر اساس محاسبات انجام شده اختر شناسان بر این باورند که تا 5 میلیارد سال دیگر نیز خورشید به همین صورت خواهد درخشید.
تقریباً همزمان با تشکیل شدن خورشید سیارات نیز به دور خورشید تشکیل شده اند. تمام سیارات منظومه شمسی اسیر گرانش خورشیدند و به دور آن می گردند. 9/99 درصد از جرم منظومه شمسی از آن خورشید است. برای مقایسه جالب است بدانید که خورشید تقریباً 300 هزار برابر از زمین پرجرمتر است. از آنجا که خورشید از لحاظ نجومی در فاصله نزدیکی نسبت به ما قرار دارد می توان جزییات آن را با استفاده از تلسکوپ مشاهده کرد و اطلاعاتی درباره جو و ساختار درونی خورشید به دست آورد. اختر شناسان عقیده دارند که خورشید از لحاظ ساختار درونی از سه بخش عمده تشکیل شده است: هسته و بخش تابشی و بخش همرفتی.
هسته در واقع موتور خانه خورشید است و در آن واکنشهای همجوشی هسته ای رخ می دهد. دمای هسته خورشید به 15 میلیون درجه سانتیگراد می رسد. انرژی تولید شده در هسته مستقیماً به سطح نمی رسد بلکه در لایه ای بالا تر به بخش تابشی وارد می شود. در این بخش پیوسته فرایند جذب و تابش انرژی صورت می گیرد. در نهایت انرژی تولید شده به بیرونی ترین لایه درونی خورشید یعنی پوشش همرفتی وارد می شود. در این بخش گازهای بسیار داغ به سطح خورشید می رسند انرژی از دست می دهند و دوباره به عمق فرو می روند. جدا از ساختار درونی ساختار بیرونی یا جو خورشید نیز از سه بخش تشکیل شده است. پایینترین لایه را که در واقع در بالاترین بخش پوشش همرفتی جا دارد شید سپهر می نامند. نور مرئی که ما از خورشید مشاهده می کنیم مربوط به این بخش است. ضخامت شید سپهر حدود صد کیلومتر و دمای متوسط آن حدود 6000 درجه سانتیگراد است.
بالاتر از شید سپهر لایه میانی جو خورشید فام سپهر با ضخامتی حدود دو هزار کیلومتر قرار دارد. فام سپهر به دلیل تابش شدید شید سپهر در حالت عادی دیده نمی شود. اما در هنگام خورشید گرفتگی کلی ماه قرص درخشان خورشید را می پوشاند و فام سپهر به صورت هاله قرمز رنگی در لبه قرص تیره خورشید دیده می شود. دمای فام سپهر به حدود 40 هزار درجه سانتی گراد می رسد.
بیرونی ترین لایه جو خورشید را تاج می نامند. تاج هم مانند فام سپهر در حالت عادی به دلیل تابش شدید شیدسپهر دیده نمی شود. هنگام خورشید گرفتگی کلی تاج مانند هاله سفید درخشانی پیرامون قرص تیره خورشید دیده می شود. تاج با میلیونها کیلومتر در هر سوی خورشید گسترش دارد. البته در هنگام خورشید گرفتگی کلی فقط بخش کوچکی از آن با چشم دیده می شود. بخشهای بیرونی تاج به صورت ذرات پر انرژی در فضای منظومه شمسی پراکنده می شوند که اصطلاحاً این ذرات را باد خورشیدی می نامند. دمای تاج خورشید به حدود دو میلیون درجه سانتیگراد می رسد.
لکه های خورشید
لکه ها معروفترین و مشخص ترین فعالیتهای سطحی خورشید هستند. آنها در مقایسه نسبت به مناطق دیگر شیدسپهر سردترند. اندازه یک لکه متوسط دو برابر قطر زمین است. معمولاً لکه ها به صورت گروهی دیده می شوند و هر گروه ممکن است از بیش از صد لکه منفرد تشکیل شود. مشاهده خورشید با چشم غیر مسلح بدون فیلتر بسیار خطرناک است. اما گاهی لکه های بزرگی در سطح خورشید پدیدار می شوند. در این صورت در هنگام طلوع یا غروب خورشید که درخشش ظاهری قرص خورشید کاهش می یابد می توان آنها را با چشم غیر مسلح مشاهده کرد. لکه های خورشید حدود 1500 درجه سانتیگراد سردتر از دیگر مناطق شیدسپهرهستند. به همین دلیل تیره تر به نظر میر سند. احتمال می رود که منشاء لکه ها میدانهای مغناطیسی قوی خورشید باشند. زیرا در این مناطق میدان مغناطیسی خورشید هزاران بار قویتر از میدان متوسط خورشید است. لکه ها در سطح خورشید ثابت و بدون تغییر نیستند و در حدود یک هفته دوام می آورند. در سال 1843 اخترشناس آماتور آلمانی به نام هینریش شواب متوجه شد که تعداد لکه های خورشیدی در دوره ای 11 ساله تغییر می کند. اصطلاحاً این دوره را چرخه لکه های خورشیدی می نامند.
دانه های خورشید
عکسبرداریهای دقیق نشان می دهند که سطح شیدسپهر بی شکل نیست. بلکه با نقاط روشنی کاملاً پوشیده شده است. این نقاط را دانه ها می نامند. هر دانه حدود 1500 کیلومتر قطر دارد و با حاشیه تیره ای از دانه کناری جدا می شود. دانه ها به شکل نقاطی در کنار لکه ها دیده می شوند. عمر متوسط دانه ها حدود ده دقیقه است. بررسیها حاکی از آن است که در مرکز هر دانه گازهای داغ بالا می آیند دمای خود را از دست می دهند و دوباره فرو می روند. در حاشیه دانه ها گازهای سردتر فرو می روند. به همین دلیل حاشیه هر دانه نسبت به مرکز آن تیره تر دیده می شود.
زبانه ها و شراره های خورشید
زبانه ها و شراره های خورشیدی فعالیتهای انفجاری در فام سپهر خورشیدند. تا مدتها بررسی فعالیتهای انفجاری جو خورشید فقط در هنگام خورشید گرفتگی ممکن بود. اما امروزه با استفاده از ابزارهایی می توان فام سپهر و فعالیتهای آن را در هنگام عادی نیز بررسی کرد.
در هنگام خورشید گرفتگی کلی زبانه ها به صورت نقاط درخشان قرمز رنگی در لبه قرص تیره خورشید دیده می شوند. اما در تصویرهای دقیق به صورت رشته های گازی بزرگی پدیدار می شوند. عقیده بر این است که زبانه ها نیز تحت تأثیر مناطق فعال مغناطیسی خورشید تشکیل می شوند و در بسیاری از موارد به لکه ها نزدیک هستند. طول عمر زبانه ها از چند روز تا چند ماه است. ارتفاع متوسط این فورانهای گازی حدود 30 هزار کیلومتر است.
اما در موارد استثنایی ارتفاع آنها به یک میلیون کیلومتر از سطح خورشید نیز می رسد. سرعت حرکت گازها در زبانه ها به طور متوسط به حدود 300 تا 400 کیلومتر در ثانیه می رسد. شراره ها نیز یکی از جالب توجه ترین فعالیتهای فام سپهر هستند. تفاوت شراره ها با زبانه ها در میزان درخشش واندازه و دوام آنهاست. شراره ها از زبانه ها کوچکترند و در حدود چند دقیقه به اوج میرسند و تا یک ساعت یا کمتر از بین می روند. اما در این مدت انرژی بسیار زیادی آزاد می کنند. در ناحیه ای که شراره خورشید رخ می دهد ممکن است دما به صد میلیون درجه سانتیگراد برسد. شراره ها از منابع قوی تابش پرتو ایکس محسوب می شوند و در مواردی پرتوهای ایجاد شده از آنها بر میدان مغناطیسی زمین نیز تا"ثیر می گذارند.
تحول خورشید
همان طور که گفته شد اختر شناسان بر این باورند که تا 5 میلیارد سال دیگر خورشید مانند امروز پایدار می درخشد. اما سرانجام با کم شدن ذخیره هیدروژن در هسته آن از حالت پایداری خارج می شود. در نتیجه لایه های بیرونی خورشید منبسط می شوند و بسیار بزرگتر خواهد شد. طوری که ممکن است اندازه قطر آن به اندازه مدار زمین برسد. در این مرحله همراه با بزرگ شدن اندازه خورشید دمای سطحی آن نیز کاهش می یابد. در نتیجه خورشید سرخ رنگ دیده خواهد شد. از لحاظ مراحل تحولی اصطلاحاً ستاره به مرحله غول سرخی وارد می شود. ستاره های درخشان سرخ یا نارنجی رنگی را که با چشم غیر مسلح در آسمان شب می بینیم همگی در مرحله غول سرخی به سر می برند. پس از مرحله غول سرخی مراحل پایانی زندگی است و ستاره های کم جرمی مانند خورشید به کوتوله سفید تبدیل می شوند. در این مرحله قطر ستاره بسیار کوچک می شود. برای مثال ممکن است ابعاد یک کوتوله سفید به اندازه زمین باشد. اما جرمی به اندازه خورشید داشته باشد. در نتیجه چگالی چنین ستاره ای بسیار زیاد خواهد شد. محاسبات نشان می دهند که یک سانتیمتر مکعب از ماده کوتوله سفید نیم تن وزن دارد. در نهایت پس از چند میلیارد سال کوتوله سفید نیز درخشندگی خود را از دست می دهد و به کوتوله سیاه تبدیل می شود. در این صورت ستاره دیگر هیچ نوری نخواهد داشت و فقط اثر گرانشی آن قابل بررسی است.
تقریباً همزمان با تشکیل شدن خورشید سیارات نیز به دور خورشید تشکیل شده اند. تمام سیارات منظومه شمسی اسیر گرانش خورشیدند و به دور آن می گردند. 9/99 درصد از جرم منظومه شمسی از آن خورشید است. برای مقایسه جالب است بدانید که خورشید تقریباً 300 هزار برابر از زمین پرجرمتر است. از آنجا که خورشید از لحاظ نجومی در فاصله نزدیکی نسبت به ما قرار دارد می توان جزییات آن را با استفاده از تلسکوپ مشاهده کرد و اطلاعاتی درباره جو و ساختار درونی خورشید به دست آورد. اختر شناسان عقیده دارند که خورشید از لحاظ ساختار درونی از سه بخش عمده تشکیل شده است: هسته و بخش تابشی و بخش همرفتی.
هسته در واقع موتور خانه خورشید است و در آن واکنشهای همجوشی هسته ای رخ می دهد. دمای هسته خورشید به 15 میلیون درجه سانتیگراد می رسد. انرژی تولید شده در هسته مستقیماً به سطح نمی رسد بلکه در لایه ای بالا تر به بخش تابشی وارد می شود. در این بخش پیوسته فرایند جذب و تابش انرژی صورت می گیرد. در نهایت انرژی تولید شده به بیرونی ترین لایه درونی خورشید یعنی پوشش همرفتی وارد می شود. در این بخش گازهای بسیار داغ به سطح خورشید می رسند انرژی از دست می دهند و دوباره به عمق فرو می روند. جدا از ساختار درونی ساختار بیرونی یا جو خورشید نیز از سه بخش تشکیل شده است. پایینترین لایه را که در واقع در بالاترین بخش پوشش همرفتی جا دارد شید سپهر می نامند. نور مرئی که ما از خورشید مشاهده می کنیم مربوط به این بخش است. ضخامت شید سپهر حدود صد کیلومتر و دمای متوسط آن حدود 6000 درجه سانتیگراد است.
بالاتر از شید سپهر لایه میانی جو خورشید فام سپهر با ضخامتی حدود دو هزار کیلومتر قرار دارد. فام سپهر به دلیل تابش شدید شید سپهر در حالت عادی دیده نمی شود. اما در هنگام خورشید گرفتگی کلی ماه قرص درخشان خورشید را می پوشاند و فام سپهر به صورت هاله قرمز رنگی در لبه قرص تیره خورشید دیده می شود. دمای فام سپهر به حدود 40 هزار درجه سانتی گراد می رسد.
بیرونی ترین لایه جو خورشید را تاج می نامند. تاج هم مانند فام سپهر در حالت عادی به دلیل تابش شدید شیدسپهر دیده نمی شود. هنگام خورشید گرفتگی کلی تاج مانند هاله سفید درخشانی پیرامون قرص تیره خورشید دیده می شود. تاج با میلیونها کیلومتر در هر سوی خورشید گسترش دارد. البته در هنگام خورشید گرفتگی کلی فقط بخش کوچکی از آن با چشم دیده می شود. بخشهای بیرونی تاج به صورت ذرات پر انرژی در فضای منظومه شمسی پراکنده می شوند که اصطلاحاً این ذرات را باد خورشیدی می نامند. دمای تاج خورشید به حدود دو میلیون درجه سانتیگراد می رسد.
لکه های خورشید
لکه ها معروفترین و مشخص ترین فعالیتهای سطحی خورشید هستند. آنها در مقایسه نسبت به مناطق دیگر شیدسپهر سردترند. اندازه یک لکه متوسط دو برابر قطر زمین است. معمولاً لکه ها به صورت گروهی دیده می شوند و هر گروه ممکن است از بیش از صد لکه منفرد تشکیل شود. مشاهده خورشید با چشم غیر مسلح بدون فیلتر بسیار خطرناک است. اما گاهی لکه های بزرگی در سطح خورشید پدیدار می شوند. در این صورت در هنگام طلوع یا غروب خورشید که درخشش ظاهری قرص خورشید کاهش می یابد می توان آنها را با چشم غیر مسلح مشاهده کرد. لکه های خورشید حدود 1500 درجه سانتیگراد سردتر از دیگر مناطق شیدسپهرهستند. به همین دلیل تیره تر به نظر میر سند. احتمال می رود که منشاء لکه ها میدانهای مغناطیسی قوی خورشید باشند. زیرا در این مناطق میدان مغناطیسی خورشید هزاران بار قویتر از میدان متوسط خورشید است. لکه ها در سطح خورشید ثابت و بدون تغییر نیستند و در حدود یک هفته دوام می آورند. در سال 1843 اخترشناس آماتور آلمانی به نام هینریش شواب متوجه شد که تعداد لکه های خورشیدی در دوره ای 11 ساله تغییر می کند. اصطلاحاً این دوره را چرخه لکه های خورشیدی می نامند.
دانه های خورشید
عکسبرداریهای دقیق نشان می دهند که سطح شیدسپهر بی شکل نیست. بلکه با نقاط روشنی کاملاً پوشیده شده است. این نقاط را دانه ها می نامند. هر دانه حدود 1500 کیلومتر قطر دارد و با حاشیه تیره ای از دانه کناری جدا می شود. دانه ها به شکل نقاطی در کنار لکه ها دیده می شوند. عمر متوسط دانه ها حدود ده دقیقه است. بررسیها حاکی از آن است که در مرکز هر دانه گازهای داغ بالا می آیند دمای خود را از دست می دهند و دوباره فرو می روند. در حاشیه دانه ها گازهای سردتر فرو می روند. به همین دلیل حاشیه هر دانه نسبت به مرکز آن تیره تر دیده می شود.
زبانه ها و شراره های خورشید
زبانه ها و شراره های خورشیدی فعالیتهای انفجاری در فام سپهر خورشیدند. تا مدتها بررسی فعالیتهای انفجاری جو خورشید فقط در هنگام خورشید گرفتگی ممکن بود. اما امروزه با استفاده از ابزارهایی می توان فام سپهر و فعالیتهای آن را در هنگام عادی نیز بررسی کرد.
در هنگام خورشید گرفتگی کلی زبانه ها به صورت نقاط درخشان قرمز رنگی در لبه قرص تیره خورشید دیده می شوند. اما در تصویرهای دقیق به صورت رشته های گازی بزرگی پدیدار می شوند. عقیده بر این است که زبانه ها نیز تحت تأثیر مناطق فعال مغناطیسی خورشید تشکیل می شوند و در بسیاری از موارد به لکه ها نزدیک هستند. طول عمر زبانه ها از چند روز تا چند ماه است. ارتفاع متوسط این فورانهای گازی حدود 30 هزار کیلومتر است.
اما در موارد استثنایی ارتفاع آنها به یک میلیون کیلومتر از سطح خورشید نیز می رسد. سرعت حرکت گازها در زبانه ها به طور متوسط به حدود 300 تا 400 کیلومتر در ثانیه می رسد. شراره ها نیز یکی از جالب توجه ترین فعالیتهای فام سپهر هستند. تفاوت شراره ها با زبانه ها در میزان درخشش واندازه و دوام آنهاست. شراره ها از زبانه ها کوچکترند و در حدود چند دقیقه به اوج میرسند و تا یک ساعت یا کمتر از بین می روند. اما در این مدت انرژی بسیار زیادی آزاد می کنند. در ناحیه ای که شراره خورشید رخ می دهد ممکن است دما به صد میلیون درجه سانتیگراد برسد. شراره ها از منابع قوی تابش پرتو ایکس محسوب می شوند و در مواردی پرتوهای ایجاد شده از آنها بر میدان مغناطیسی زمین نیز تا"ثیر می گذارند.
تحول خورشید
همان طور که گفته شد اختر شناسان بر این باورند که تا 5 میلیارد سال دیگر خورشید مانند امروز پایدار می درخشد. اما سرانجام با کم شدن ذخیره هیدروژن در هسته آن از حالت پایداری خارج می شود. در نتیجه لایه های بیرونی خورشید منبسط می شوند و بسیار بزرگتر خواهد شد. طوری که ممکن است اندازه قطر آن به اندازه مدار زمین برسد. در این مرحله همراه با بزرگ شدن اندازه خورشید دمای سطحی آن نیز کاهش می یابد. در نتیجه خورشید سرخ رنگ دیده خواهد شد. از لحاظ مراحل تحولی اصطلاحاً ستاره به مرحله غول سرخی وارد می شود. ستاره های درخشان سرخ یا نارنجی رنگی را که با چشم غیر مسلح در آسمان شب می بینیم همگی در مرحله غول سرخی به سر می برند. پس از مرحله غول سرخی مراحل پایانی زندگی است و ستاره های کم جرمی مانند خورشید به کوتوله سفید تبدیل می شوند. در این مرحله قطر ستاره بسیار کوچک می شود. برای مثال ممکن است ابعاد یک کوتوله سفید به اندازه زمین باشد. اما جرمی به اندازه خورشید داشته باشد. در نتیجه چگالی چنین ستاره ای بسیار زیاد خواهد شد. محاسبات نشان می دهند که یک سانتیمتر مکعب از ماده کوتوله سفید نیم تن وزن دارد. در نهایت پس از چند میلیارد سال کوتوله سفید نیز درخشندگی خود را از دست می دهد و به کوتوله سیاه تبدیل می شود. در این صورت ستاره دیگر هیچ نوری نخواهد داشت و فقط اثر گرانشی آن قابل بررسی است.
