> مم تتكون الشمس؟

اكتشف، مما صنعت الشمس: وصف لبنية النجمة وتكوينها ، قائمة بالعناصر الكيميائية ، عدد وخصائص الطبقات مع صورة ، رسم بياني.

من الأرض ، تبدو الشمس ككرة ناعمة من النار ، وقبل اكتشاف البقع الشمسية من قبل السفينة المصورة غاليليو ، اعتقد العديد من علماء الفلك أن شكلها مثالي دون عيوب. الآن نحن نعرف ذلك تتكون الشمسمن عدة طبقات ، مثل الأرض ، كل منها تؤدي وظيفتها الخاصة. هذا الهيكل للشمس ، مثل الفرن الضخم ، هو مصدر كل الطاقة على الأرض الضرورية للحياة على الأرض.

ما العناصر التي تتكون منها الشمس؟

إذا تمكنت من تفكيك نجم ومقارنة العناصر المكونة له ، فستفهم أن التركيب يتكون من 74٪ هيدروجين و 24٪ هيليوم. أيضًا ، تتكون الشمس من 1٪ أكسجين ، والباقي 1٪ هو العناصر الكيميائيةجداول دورية مثل الكروم والكالسيوم والنيون والكربون والمغنيسيوم والكبريت والسيليكون والنيكل والحديد. يعتقد علماء الفلك أن العنصر الأثقل من الهيليوم هو معدن.

كيف نشأت كل هذه العناصر من الشمس؟ أنتج الانفجار العظيم الهيدروجين والهيليوم. في بداية تكوين الكون ، ظهر العنصر الأول ، الهيدروجين ، من الجسيمات الأولية. بسبب ارتفاع درجة الحرارة والضغط ، كانت الظروف في الكون مثل قلب النجم. في وقت لاحق ، تم دمج الهيدروجين في الهيليوم طالما كانت هناك درجة حرارة عالية في الكون لحدوث تفاعل الاندماج. تشكلت النسب الحالية للهيدروجين والهيليوم ، الموجودة في الكون الآن ، بعد الانفجار العظيم ولم تتغير.

تتكون العناصر المتبقية من الشمس في نجوم أخرى. إن اندماج الهيدروجين في الهيليوم يحدث باستمرار في قلب النجوم. بعد إنتاج كل الأكسجين في القلب ، يتحولون إلى الاندماج النووي للعناصر الثقيلة مثل الليثيوم والأكسجين والهيليوم. العديد من المعادن الثقيلة الموجودة في الشمس تشكلت أيضًا في نجوم أخرى في نهاية حياتها.

حدث تكوين أثقل العناصر ، الذهب واليورانيوم ، عندما انفجرت نجوم بحجم شمسنا عدة مرات. في جزء من الثانية من تكوين الثقب الأسود ، اصطدمت العناصر بسرعة عالية وتشكلت أثقل العناصر. أدى الانفجار إلى تشتيت هذه العناصر في جميع أنحاء الكون ، حيث ساعدوا في تكوين نجوم جديدة.

جمعت شمسنا العناصر التي أنشأها الانفجار العظيم ، وعناصر من النجوم المحتضرة ، وجزيئات من انفجارات النجوم الجديدة.

ما هي طبقات الشمس؟

للوهلة الأولى ، الشمس ما هي إلا كرة من الهيليوم والهيدروجين ، لكن نظرة فاحصة تكشف أنها مكونة من طبقات مختلفة. عند التحرك نحو اللب ، تزداد درجة الحرارة والضغط ، ونتيجة لذلك تكون الطبقات ، لأن الهيدروجين والهيليوم لهما خصائص مختلفة في ظل ظروف مختلفة.

النواة الشمسية

لنبدأ حركتنا عبر الطبقات من اللب إلى الطبقة الخارجية لتكوين الشمس. في الطبقة الداخلية للشمس - اللب ، تكون درجة الحرارة والضغط مرتفعين للغاية ، مما يساهم في تدفق الاندماج النووي. تخلق الشمس ذرات الهيليوم من الهيدروجين ، ونتيجة لهذا التفاعل ، يتشكل الضوء والحرارة ، والتي تصل إلى. من المقبول عمومًا أن درجة الحرارة على الشمس تبلغ حوالي 13600000 درجة كلفن ، وأن كثافة اللب أعلى 150 مرة من كثافة الماء.

يعتقد العلماء وعلماء الفلك أن لب الشمس يصل إلى حوالي 20٪ من طول نصف قطر الشمس. وداخل النواة ، تساعد درجة الحرارة المرتفعة والضغط على تكسير ذرات الهيدروجين إلى بروتونات ونيوترونات وإلكترونات. تحولهم الشمس إلى ذرات هيليوم ، على الرغم من حالة الطفو الحر.

يسمى هذا التفاعل طارد للحرارة. أثناء سير هذا التفاعل ، تنبعث كمية كبيرة من الحرارة ، تساوي 389 × 10 31 ج. في الثانية.

منطقة إشعاع الشمس

تنشأ هذه المنطقة عند حدود القلب (20٪ من نصف قطر الشمس) ، ويصل طولها إلى 70٪ من نصف قطر الشمس. داخل هذه المنطقة توجد المادة الشمسية ، وبالتالي فهي كثيفة وساخنة في تكوينها الإشعاع الحرارييمر من خلاله دون أن يفقد الحرارة.

داخل النواة الشمسية ، يحدث تفاعل الاندماج النووي - تكوين ذرات الهيليوم نتيجة اندماج البروتونات. نتيجة لهذا التفاعل ، تحدث كمية كبيرة من أشعة جاما. في هذه العملية ، تنبعث فوتونات من الطاقة ، ثم تُمتص في منطقة الإشعاع ويعاد انبعاثها بواسطة جسيمات مختلفة.

يسمى مسار الفوتون "السير العشوائي". بدلاً من التحرك في مسار مستقيم إلى سطح الشمس ، يتحرك الفوتون في نمط متعرج. نتيجة لذلك ، يحتاج كل فوتون إلى ما يقرب من 200000 سنة للتغلب على منطقة إشعاع الشمس. عند الانتقال من جسيم إلى جسيم آخر ، يفقد الفوتون الطاقة. بالنسبة للأرض ، هذا جيد ، لأنه يمكننا فقط استقبال أشعة جاما القادمة من الشمس. يحتاج الفوتون الذي يدخل الفضاء إلى 8 دقائق للسفر إلى الأرض.

عدد كبير من النجوم لها مناطق إشعاع ، ويعتمد حجمها بشكل مباشر على حجم النجم. كلما كان النجم أصغر ، كلما كانت المناطق أصغر ، وستشغل منطقة الحمل الحراري معظمها. قد تفتقر النجوم الأصغر إلى مناطق الإشعاع ، وستصل منطقة الحمل الحراري إلى المسافة إلى القلب. بالنسبة للنجوم الأكبر ، ينقلب الوضع ، وتمتد منطقة الإشعاع إلى السطح.

منطقة الحمل الحراري

تقع منطقة الحمل الحراري خارج المنطقة الإشعاعية ، حيث تتدفق حرارة الشمس الداخلية عبر أعمدة الغاز الساخن.

تقريبا جميع النجوم لديها مثل هذه المنطقة. في شمسنا ، يمتد من 70٪ من نصف قطر الشمس إلى السطح (الفوتوسفير). يسخن الغاز الموجود في أعماق النجم ، في قلب النجم ، ويصعد إلى السطح ، مثل فقاعات الشمع في المصباح. عند الوصول إلى سطح النجم ، يحدث فقدان للحرارة ؛ وعند تبريده ، يعود الغاز إلى المركز ، لتجديد الطاقة الحرارية. على سبيل المثال ، يمكنك إحضار قدر من الماء المغلي على النار.

سطح الشمس مثل التربة الرخوة. هذه المخالفات هي أعمدة الغاز الساخن التي تحمل الحرارة إلى سطح الشمس. يصل عرضها إلى 1000 كم ، ويصل وقت التبديد إلى 8-20 دقيقة.

يعتقد علماء الفلك أن النجوم ذات الكتلة المنخفضة ، مثل الأقزام الحمراء ، لها منطقة حمل فقط تمتد إلى القلب. ليس لديهم منطقة إشعاع لا يمكن أن يقال عن الشمس.

فوتوسفير

الطبقة الوحيدة من الشمس المرئية من الأرض هي. تحت هذه الطبقة ، تصبح الشمس معتمة ، ويستخدم علماء الفلك طرقًا أخرى لدراسة باطن نجمنا. تتوهج درجات حرارة السطح التي تصل إلى 6000 كلفن باللون الأصفر والأبيض المرئي من الأرض.

يقع جو الشمس خلف الفوتوسفير. يسمى ذلك الجزء من الشمس الذي يمكن رؤيته أثناء كسوف الشمس.

هيكل الشمس في الرسم التخطيطي

طورت وكالة ناسا خصيصًا للأغراض التعليمية تمثيلًا تخطيطيًا لبنية الشمس وتكوينها ، مع الإشارة إلى درجة حرارة كل طبقة:

• (الأشعة المرئية والأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية) هي الأشعة المرئية والأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية. الإشعاع المرئي هو الضوء الذي نراه قادمًا من الشمس. الأشعة تحت الحمراء هي الحرارة التي نشعر بها. الأشعة فوق البنفسجية هي الإشعاع الذي يعطينا السمرة. تنتج الشمس هذه الإشعاعات في وقت واحد.
• (Photosphere 6000 K) - الغلاف الضوئي هو الطبقة العليا من الشمس ، سطحها. درجة حرارة 6000 كلفن تساوي 5700 درجة مئوية.
• انبعاثات الراديو - بالإضافة إلى الإشعاع المرئي والأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية ، ترسل الشمس انبعاثات راديوية اكتشفها علماء الفلك باستخدام التلسكوب الراديوي. اعتمادًا على عدد البقع الشمسية ، يزيد هذا الانبعاث وينقص.
• ثقب الإكليل - هذه الأماكن الموجودة على الشمس حيث تحتوي الهالة على كثافة بلازما منخفضة ، مما يؤدي إلى هالة أكثر قتامة وبرودة.
• 2100000 كلفن (2100000 كلفن) - منطقة إشعاع الشمس لها درجة الحرارة هذه.
• منطقة الحمل الحراري / الحمل الحراري المضطرب (لكل منطقة الحمل الحراري / الحمل الحراري المضطرب) - هذه أماكن على الشمس حيث طاقة حراريةيتم نقل النواة بالحمل الحراري. تصل أعمدة البلازما إلى السطح ، وتطلق حرارتها ، ثم تندفع للأسفل مرة أخرى لتسخن مرة أخرى.
• الحلقات الإكليلية (الحلقات الإكليلية العابرة) - حلقات تتكون من البلازما في الغلاف الجوي للشمس ، تتحرك على طول الخطوط المغناطيسية. تبدو وكأنها أقواس ضخمة تمتد من السطح لعشرات الآلاف من الكيلومترات.
• النواة (لكل قلب) هي القلب الشمسي ، حيث يحدث الاندماج النووي ، باستخدام درجة حرارة عالية وضغط. كل الطاقة الشمسية تأتي من اللب.
• 14500000 كلفن (لكل 14500000 كلفن) - درجة حرارة اللب الشمسي.
• المنطقة الإشعاعية (منطقة الإشعاع العابرة) - طبقة الشمس حيث يتم نقل الطاقة باستخدام الإشعاع. يتغلب الفوتون على منطقة الإشعاع التي تتجاوز 200000 ويذهب إلى الفضاء الخارجي.
• النيوترينوات (ترانس. نيوترينو) هي جسيمات كتلة ضئيلة تنبعث من الشمس نتيجة تفاعل الاندماج النووي. تمر مئات الآلاف من النيوترينوات عبر جسم الإنسان كل ثانية ، لكنها لا تسبب لنا أي ضرر ، ولا نشعر بها.
• توهج الكروموسفير (توهج الكروموسفيري العابر) - يمكن أن ينحرف المجال المغناطيسي لنجمنا ، ثم ينكسر فجأة بأشكال مختلفة. نتيجة للكسر في المجالات المغناطيسية ، تظهر توهجات قوية للأشعة السينية تنبعث من سطح الشمس.
• حلقة المجال المغناطيسي - يقع المجال المغناطيسي للشمس فوق الغلاف الضوئي ، ويمكن رؤيته عندما تتحرك البلازما الساخنة على طول الخطوط المغناطيسية في الغلاف الجوي للشمس.
• البقعة - البقعة الشمسية (البقع الشمسية العابرة) - هذه الأماكن على سطح الشمس حيث تمر الحقول المغناطيسية عبر سطح الشمس وتكون درجة الحرارة أقل ، غالبًا في حلقة.
• الجسيمات النشطة (عبر. الجسيمات النشطة) - تأتي من سطح الشمس ، ونتيجة لذلك ، يتم إنشاء الرياح الشمسية. في العواصف الشمسية ، تصل سرعتها إلى سرعة الضوء.
• الأشعة السينية (الأشعة السينية العابرة) - أشعة غير مرئية للعين البشرية ، تتشكل أثناء التوهجات على الشمس.
• البقع المضيئة والمناطق المغناطيسية قصيرة العمر (عبر. البقع المضيئة والمناطق المغناطيسية قصيرة العمر) - بسبب الاختلافات في درجات الحرارة ، تظهر بقع مشرقة وخافتة على سطح الشمس.

الغلاف الضوئي - هذا هو السطح المرئي للنجم ، يقذف الجزء الأكبر من الإشعاع الضوئي. يتراوح سمك هذه الطبقة من 100 إلى 400 كم ، ودرجة الحرارة من 6600 درجة كلفن (من الداخل) إلى 4400 درجة كلفن (عند الحافة الخارجية). يتم تحديد أبعاد الشمس بدقة من خلال الفوتوسفير. الغاز هنا مخلخ نسبيًا ، وتختلف سرعة دورانه حسب المنطقة. في المنطقة الاستوائية ، تحدث ثورة واحدة في غضون 24 يومًا ، وفي منطقة القطبين في غضون 30 يومًا.

تحيط هذه القذيفة بالفوتوسفير ، ويبلغ سمكها حوالي 2000 كم. تتميز الحدود العليا للكروموسفير بقذف ساخن ثابت - شويكات. لا يمكن رؤية هذا الجزء من الشمس إلا خلال الكسوف الكلي للشمس. ثم يظهر باللون الأحمر.

هذه هي الصدفة الأخيرة. يتميز بوجود بروزات وانفجارات للطاقة. إنهم يرشون مئات الآلاف من الكيلومترات ، ويولدون رياحًا شمسية.

درجة حرارة الهالة أعلى بكثير من سطح الشمس - 1،000،000 ° K - 2،000،000 ° K ، وفي بعض الأماكن من 8،000،000 ° K إلى 29،000،000 ° K. ولكن يمكنك فقط رؤية الهالة أثناء كسوف الشمس. التاج يغير شكله. التغييرات تعتمد على الدورة. عند قمم الحد الأقصى ، يتم تقريب شكله ، وعند القيم الدنيا يتم تمديده على طول خط الاستواء.

رياح مشمسة

الرياح الشمسية عبارة عن تيار من الجسيمات المتأينة المنبعثة من الشمس في جميع الاتجاهات بسرعة حوالي 400 كيلومتر في الثانية. مصدر الرياح الشمسية هو الهالة الشمسية. درجة حرارة هالة الشمس مرتفعة للغاية لدرجة أن قوة الجاذبية غير قادرة على إبقاء مادتها بالقرب من السطح ، وجزء من هذه المادة يطير باستمرار في الفضاء بين الكواكب.

على الرغم من أننا نفهم الأسباب العامة لحدوث الرياح الشمسية ، إلا أن العديد من تفاصيل هذه العملية لا تزال غير واضحة. على وجه الخصوص ، في الوقت الحاضر ليس معروفًا تمامًا أين يتم تسريع الغاز الإكليلي بالضبط إلى مثل هذه السرعات العالية.

§ 43. الشمس

الشمس هي نجم يوفر لنا تفاعل اندماجها النووي الطاقة التي نحتاجها للعيش.

الشمس هي أقرب نجم إلى الأرض. إنه يعطي الضوء والحرارة ، والتي بدونها ستكون الحياة على الأرض مستحيلة. يمتص الغلاف الجوي جزءًا من الطاقة الشمسية التي تسقط على الأرض ويتبددها. إذا لم يكن الأمر كذلك ، فإن قوة الإشعاع التي يتلقاها كل متر مربع من سطح الأرض من أشعة الشمس المتساقطة رأسياً ستكون حوالي 1.4 كيلو واط / م 2. هذه القيمة تسمى ثابت شمسي. بمعرفة متوسط ​​المسافة من الأرض إلى الشمس والثابت الشمسي ، يمكنك إيجاد الطاقة الإشعاعية الكلية للشمس ، والتي تسمى لمعانويساوي حوالي 4. 10 26 الثلاثاء.

الشمس عبارة عن كرة ساخنة ضخمة تتكون أساسًا من الهيدروجين (70٪ من كتلة الشمس) والهيليوم (28٪) ، وتدور حول محورها (تدور لمدة 25-30 يومًا أرضيًا). يبلغ قطر الشمس 109 أضعاف قطر الأرض. السطح الظاهر للشمس فوتوسفير- الطبقة الدنيا والأكثر كثافة من الغلاف الجوي للشمس ، ومنها بó معظم الطاقة التي ينبعث منها. يبلغ سمك الغلاف الضوئي حوالي 300 كم ، ويبلغ متوسط ​​درجة الحرارة 6000 كلفن ، وغالبًا ما تظهر البقع الداكنة على الشمس ( البقع الشمسية) ، موجود لعدة أيام ، وأحيانًا شهور (الشكل 43 أ). تسمى طبقة الغلاف الجوي للشمس بسمك 12-15 ألف كم ، وتقع فوق الغلاف الضوئي الكروموسفير. الهالة الشمسيةالطبقة الخارجية من الغلاف الجوي للشمس ، وتمتد إلى مسافات عدة من أقطارها. سطوع الكروموسفير والإكليل الشمسي صغير جدًا ، ولا يمكن رؤيتهما إلا خلال الكسوف الكلي للشمس (الشكل 43) ب).

مع اقترابنا من مركز الشمس ، تزداد درجة الحرارة والضغط بالقرب منها حوالي 15× 10 6 ك و 2.3 10 16 باسكال ، على التوالي. في مثل هذه درجة الحرارة المرتفعة ، تصبح المادة الشمسية بلازما- غاز يتكون من نوى ذرية وإلكترونات. ارتفاع درجة الحرارة والضغط في لب الشمسنصف قطرها حوالي 1/3 من نصف قطر الشمس (الشكل 43 في) تخلق ظروفًا للتفاعلات بين النوى ، ونتيجة لذلك تتشكل النوى ويتم إطلاق طاقة ضخمة.

تسمى التفاعلات النووية التي يتم فيها تحويل النوى الأخف إلى نوى أثقل نووي حراري(من اللات.ثيرم - الحرارة) ، لأن يمكنهم الذهاب فقط في درجات حرارة عالية جدًا. يمكن أن يكون مردود الطاقة لتفاعل نووي حراري أكبر بعدة مرات من الانشطار لنفس كتلة اليورانيوم. مصدر طاقة الشمس هو التفاعلات النووية الحرارية التي تحدث في جوهرها. ضغط مرتفعلا تخلق الطبقات الخارجية للشمس ظروفًا لحدوث تفاعل نووي حراري فحسب ، بل تحافظ أيضًا على لبها من الانفجار.

يتم إطلاق طاقة التفاعل النووي الحراري في شكل إشعاع غاما ، والذي يترك لب الشمس ويدخل في طبقة كروية تسمى منطقة مشعة، بسمك حوالي 1/3 نصف قطر الشمس (الشكل 43 في). المادة الموجودة في المنطقة المشعة تمتص أشعة جاما القادمة من النواة وتصدر إشعاعها الخاص ، ولكن بتردد أقل. لذلك ، عندما تتحرك كمات الإشعاع من الداخل إلى الخارج ، تقل طاقتها وترددها ، ويتحول إشعاع غاما تدريجيًا إلى الأشعة فوق البنفسجية والمرئية والأشعة تحت الحمراء.

يسمى الغلاف الخارجي للشمس منطقة الحمل الحراريحيث يحدث اختلاط المادة ( الحمل) ، ويتم نقل الطاقة عن طريق حركة المادة نفسها (الشكل 43 في). يؤدي انخفاض الحمل الحراري إلى انخفاض درجة الحرارة بمقدار 1-2 ألف درجة وظهور بقعة شمسية. في الوقت نفسه ، يشتد الحمل الحراري بالقرب من البقع الشمسية ، ويتم إحضار المادة الأكثر سخونة إلى سطح الشمس وفي الكروموسفير ، البروز- انبعاثات المادة على مسافات تصل إلى نصف قطر الشمس. غالبًا ما يكون الإكتشاف مصحوبًا مشاعل شمسية- الوهج الساطع للكروموسفير والأشعة السينية وتدفق الجسيمات المشحونة بسرعة. وقد ثبت أن كل هذه الظواهر تسمى النشاط الشمسيتحدث في كثير من الأحيان ، والمزيد من البقع الشمسية. يختلف عدد البقع الشمسية على الشمس في المتوسط ​​لمدة 11 عامًا.

راجع الأسئلة:

· ماذا او ما تساوي الثابت الشمسي ، وماذا يسمى لمعان الشمس؟

· ما هو الهيكل الداخلي للشمس؟

· لماذا يحدث التفاعل الحراري النووي فقط في لب الشمس؟

· قائمة ظواهر النشاط الشمسي؟

أرز. 43. ( أ) هي البقع الشمسية. ( ب) هي الهالة الشمسية أثناء كسوف الشمس ؛ ( في) هي بنية الشمس ( 1 - نواة، 2 - منطقة مشعة ، 3 هي منطقة الحمل الحراري).

الهيكل الداخلي للشمس

© فلاديمير كالانوف
المعرفة قوة

ما هو المرئي على الشمس؟

يعلم الجميع على وجه اليقين أنه من المستحيل النظر إلى الشمس بالعين المجردة ، بل وأكثر من ذلك من خلال تلسكوب بدون مرشحات مظلمة للغاية أو أجهزة أخرى تضعف الضوء. وبغض النظر عن هذا المنع ، يتعرض المراقب لخطر الإصابة بحروق شديدة في العين. أسهل طريقة لمشاهدة الشمس هي عرض صورتها على شاشة بيضاء. بمساعدة حتى تلسكوب هواة صغير ، يمكنك الحصول على صورة مكبرة للقرص الشمسي. ما الذي يظهر في هذه الصورة؟ بادئ ذي بدء ، تجذب حدة الحافة الشمسية الانتباه. الشمس عبارة عن كرة غاز ليس لها حدود واضحة ، وتتناقص كثافتها تدريجيًا. لماذا ، إذن ، نراه محددًا بشكل حاد؟ الحقيقة هي أن كل الإشعاع المرئي للشمس تقريبًا يأتي من طبقة رقيقة جدًا ، لها اسم خاص - الغلاف الضوئي. ("sphere of light" اليونانية). سمك الفوتوسفير لا يتجاوز 300 كم. هذه الطبقة الرقيقة المضيئة هي التي تعطي الراصد الوهم بأن الشمس لها "سطح".

الهيكل الداخلي للشمس

فوتوسفير

يبدأ الغلاف الجوي للشمس بعمق 200-300 كم من الحافة المرئية للقرص الشمسي. تسمى هذه الطبقات العميقة من الغلاف الجوي الغلاف الضوئي. نظرًا لأن سمكها لا يزيد عن ثلاثة آلاف من نصف قطر الشمس ، يُطلق على الغلاف الضوئي أحيانًا اسم سطح الشمس. كثافة الغازات في الغلاف الضوئي هي تقريبًا نفس كثافة الغازات الموجودة في طبقة الستراتوسفير للأرض ، وأقل بمئات المرات من كثافة الغازات الموجودة على سطح الأرض. تنخفض درجة حرارة الغلاف الضوئي من 8000 كلفن على عمق 300 كم إلى 4000 كلفن في الطبقات العليا. درجة حرارة تلك الطبقة الوسطى ، التي نتصور إشعاعها ، حوالي 6000 ك. في ظل هذه الظروف ، تتفكك جميع جزيئات الغاز تقريبًا إلى ذرات فردية. فقط في الطبقات العلوية من الغلاف الضوئي يوجد عدد قليل نسبيًا من الجزيئات والجذور البسيطة من النوع H ، OH ، CH المحفوظة. دور خاص في الغلاف الجوي الشمسي لا يوجد في الطبيعة الأرضية أيون الهيدروجين السالب، وهو بروتون له إلكترونان. يحدث هذا المركب غير المعتاد في الطبقة الخارجية الرقيقة "الأبرد" من الغلاف الضوئي عندما "تلتصق" الإلكترونات الحرة سالبة الشحنة بذرات الهيدروجين المتعادلة ، والتي يتم توفيرها بواسطة ذرات الكالسيوم والصوديوم والمغنيسيوم والحديد والمعادن الأخرى القابلة للتأين بسهولة. عند إنتاجها ، تصدر أيونات الهيدروجين السالبة معظم الضوء المرئي. تمتص الأيونات بشراهة نفس الضوء ، ولهذا السبب تنمو عتامة الغلاف الجوي بسرعة مع العمق. لذلك ، تبدو لنا حافة الشمس المرئية حادة جدًا.

في التلسكوب ذو التكبير العالي ، يمكنك مراقبة التفاصيل الدقيقة للفوتوسفير: يبدو أن كل شيء مليء بحبيبات صغيرة ساطعة - حبيبات ، مفصولة بشبكة من المسارات المظلمة الضيقة. التحبيب هو نتيجة اختلاط تصاعد تيارات الغازات الأكثر دفئًا وتنازل التيارات الباردة. الفرق في درجة الحرارة بينهما في الطبقات الخارجية صغير نسبيًا (200-300 كلفن) ، ولكنه أعمق ، في منطقة الحمل الحراري ، يكون أكبر ، ويكون الاختلاط أكثر كثافة. يلعب الحمل الحراري في الطبقات الخارجية للشمس دورًا كبيرًا في 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. تشارك المجالات المغناطيسية في جميع العمليات على الشمس. من وقت لآخر ، تظهر المجالات المغناطيسية المركزة في منطقة صغيرة من الغلاف الجوي الشمسي ، أقوى بآلاف المرات من تلك الموجودة على الأرض. البلازما المؤينة موصل جيد ، لا يمكنها التحرك عبر خطوط الحث المغناطيسي لمجال مغناطيسي قوي. لذلك ، في مثل هذه الأماكن ، يتم منع اختلاط وصعود الغازات الساخنة من الأسفل ، وتظهر منطقة مظلمة - بقعة شمسية. على خلفية الفوتوسفير المبهر ، يبدو أسود تمامًا ، على الرغم من أن سطوعه في الواقع أضعف بعشر مرات فقط. بمرور الوقت ، يتغير حجم وشكل البقع بشكل كبير. بعد أن نشأت في شكل نقطة بالكاد ملحوظة - مسام ، تزيد البقعة تدريجياً من حجمها إلى عدة عشرات الآلاف من الكيلومترات. تتكون البقع الكبيرة ، كقاعدة عامة ، من جزء مظلم (لب) وجزء أقل قتامة - شبه ظل ، يعطي هيكلها البقعة مظهر دوامة. تُحاط البقع بمناطق أكثر إشراقًا من الفوتوسفير ، تسمى فاكولا أو حقول الشعلة. يمر الغلاف الضوئي تدريجيًا إلى طبقات خارجية أكثر تخلخلًا من الغلاف الجوي الشمسي - الغلاف اللوني والإكليل.

الكروموسفير

يوجد فوق الغلاف الضوئي طبقة الكروموسفير ، وهي طبقة غير متجانسة تتراوح درجة حرارتها بين 6000 إلى 20000 كلفن. يمكن رؤيتها أثناء الكسوف الكلي للشمس على شكل حلقة ساطعة ممزقة حول القرص الأسود للقمر ، الذي خسوف الشمس للتو. إن الكروموسفير غير متجانس للغاية ويتكون بشكل أساسي من ألسنة ممدودة (شويكات) ، مما يعطيها مظهر العشب المحترق. درجة حرارة هذه النفاثات الكروموسفيرية أعلى بمرتين إلى ثلاث مرات من درجة حرارة الغلاف الضوئي ، وكثافتها أقل بمئات الآلاف من المرات. يبلغ الطول الإجمالي للكروموسفير 10-15 ألف كيلومتر. تفسر الزيادة في درجة الحرارة في الكروموسفير بانتشار الموجات والمجالات المغناطيسية التي تخترقها من منطقة الحمل الحراري. تسخن المادة بنفس الطريقة كما لو كانت في فرن ميكروويف عملاق. تزداد سرعات الحركات الحرارية للجسيمات ، وتصبح التصادمات بينها أكثر تواترًا ، وتفقد الذرات إلكتروناتها الخارجية: تصبح المادة بلازما متأينة ساخنة. هذه العمليات الفيزيائية نفسها تدعم وبشكل غير عادي درجة حرارة عاليةالطبقات الخارجية من الغلاف الجوي الشمسي ، والتي تقع فوق الكروموسفير.

في كثير من الأحيان أثناء الكسوف (وبمساعدة أدوات طيفية خاصة - حتى بدون انتظار الكسوف) فوق سطح الشمس ، يمكن للمرء أن يلاحظ أشكال غريبة من "النوافير" و "السحب" و "القمع" و "الشجيرات" و "الأقواس" وغيرها من التكوينات المضيئة الزاهية من مواد الكروموسفير. إنها ثابتة أو تتغير ببطء ، وتحيط بها نفاثات منحنية ناعمة تتدفق داخل أو خارج الغلاف اللوني ، وترتفع عشرات ومئات الآلاف من الكيلومترات. هذه هي أعظم تشكيلات الغلاف الجوي الشمسي -. عند ملاحظتها في الخط الطيفي الأحمر المنبعث من ذرات الهيدروجين ، فإنها تظهر على خلفية القرص الشمسي كخيوط داكنة وطويلة ومنحنية. البروزات لها نفس الكثافة ودرجة الحرارة تقريبًا مثل الكروموسفير. لكنها فوقها ومحاطة بطبقات عليا متخلخلة للغاية من الغلاف الجوي الشمسي. لا تسقط البروزات في الكروموسفير لأن مادتها مدعومة بالمجالات المغناطيسية للمناطق النشطة من الشمس. لأول مرة ، لاحظ عالم الفلك الفرنسي بيير يانسن وزميله الإنجليزي جوزيف لوكير طيف البروز خارج الكسوف في عام 1868. يتم وضع شق المطياف بحيث يعبر حافة الشمس ، وإذا كان هناك بروز بالقرب منه ، ثم يمكنك ملاحظة طيف إشعاعها. من خلال توجيه الشق إلى أجزاء مختلفة من البروز أو الكروموسفير ، يمكن للمرء أن يدرسها في أجزاء. يتكون طيف البروز ، مثل نطاق الكروموسفير ، من خطوط ساطعة ، بشكل أساسي الهيدروجين والهيليوم والكالسيوم. توجد أيضًا خطوط انبعاث لعناصر كيميائية أخرى ، لكنها أضعف بكثير. بعض البروزات ، بعد أن أمضت وقتًا طويلاً دون تغييرات ملحوظة ، تنفجر فجأة ، كما كانت ، ويتم قذف مادتها في الفضاء بين الكواكب بسرعة مئات الكيلومترات في الثانية. يتغير مظهر الكروموسفير أيضًا بشكل متكرر ، مما يشير إلى الحركة المستمرة للغازات المكونة له. يحدث أحيانًا شيء مشابه للانفجارات في مناطق صغيرة جدًا من الغلاف الجوي للشمس. هذه هي ما يسمى مشاعل الكروموسفير. عادة ما تستغرق عدة عشرات من الدقائق. أثناء التوهجات في الخطوط الطيفية للهيدروجين والهيليوم والكالسيوم المتأين وبعض العناصر الأخرى ، يزداد لمعان قسم فردي من الكروموسفير فجأة عشرة أضعاف. يزداد الإشعاع فوق البنفسجي والأشعة السينية بشكل خاص: في بعض الأحيان تكون قوتها أعلى بعدة مرات من الطاقة الإجمالية لإشعاع الشمس في هذه المنطقة ذات الطول الموجي القصير من الطيف قبل التوهج. البقع ، المشاعل ، البروزات ، التوهجات الكروموسفيرية كلها مظاهر للنشاط الشمسي. مع زيادة النشاط ، يصبح عدد هذه التكوينات على الشمس أكبر.

جو الشمس

اسم الطبقة	ارتفاع الحد الأعلى للطبقة ، كم	الكثافة ، كجم / م 3	درجة الحرارة ، ك
فوتوسفير
الكروموسفير
	عدة عشرات من نصف القطر الشمسي

تتكون البقع الشمسية (التكوينات المظلمة على القرص الشمسي ، نظرًا لحقيقة أن درجة حرارتها أقل بـ 1500 كلفن من درجة حرارة الغلاف الضوئي) من شكل بيضاوي داكن - ظل بقعة ، محاط بشبه ليفية أخف. أصغر البقع الشمسية (المسام) يبلغ أقطارها حوالي 1000 كم ، وأقطار أكبر البقع الشمسية التي لوحظت تجاوزت 100000 كم. غالبًا ما توجد البقع الصغيرة لمدة تقل عن يومين ، ويتم تطويرها من 10 إلى 20 يومًا ، ويمكن ملاحظة أكبرها حتى 100 يوم.

يبلغ قطر شويكات الكروموسفير (أعمدة الغاز المعزولة) حوالي 1000 كم ، وارتفاع يصل إلى 8000 كم تقريبًا ، وسرعة صعود وهبوط تصل إلى 20 كم / ث ، ودرجة حرارة تصل إلى 15000 كلفن ، وعمرها عدة دقائق.

تمتد البروزات (السحب الكثيفة الباردة نسبيًا في الإكليل) بطول يصل إلى ثلث نصف قطر الشمس. الأكثر شيوعًا هي البروزات "الهادئة" مع عمر يصل إلى سنة واحدة ، وطولها 200 ألف كيلومتر ، وسمكها 10 آلاف كيلومتر ، وارتفاعها 30 ألف كيلومتر تقريبًا. بسرعات 100-1000 كم / ثانية ، عادةً ما يتم إخراج البروزات البركانية السريعة لأعلى بعد التوهجات.

خلال الكسوف الكلي للشمس ، يكون سطوع السماء حول الشمس 1.6 10 -9 من متوسط ​​سطوع الشمس.

يبلغ سطوع القمر أثناء الكسوف الكلي للشمس في الضوء المنعكس من الأرض 1.1 10-10 من متوسط ​​سطوع الشمس.

فوتوسفير

يشكل الغلاف الضوئي (الطبقة التي ينبعث منها الضوء) السطح المرئي للشمس. يتوافق سمكها مع سماكة بصرية تقارب 2/3 وحدة. بالأرقام المطلقة ، يصل سمك الغلاف الضوئي ، وفقًا لتقديرات مختلفة ، من 100 إلى 400 كم. يأتي الجزء الرئيسي من الإشعاع البصري (المرئي) للشمس من الغلاف الضوئي ، في حين أن الإشعاع من الطبقات العميقة لم يعد يصل إلينا. تنخفض درجة الحرارة من 6600 كلفن إلى 4400 كلفن مع اقترابها من الحافة الخارجية للفوتوسفير. درجة الحرارة الفعالة للفوتوسفير ككل هي 5778 ك. من الجسم الأسود المطلق يتناسب طرديًا مع القوة الرابعة لدرجة حرارة الجسم. يظل الهيدروجين في ظل هذه الظروف في حالة محايدة تقريبًا. يشكل الغلاف الضوئي السطح المرئي للشمس ، والذي يحدد حجم الشمس ، والمسافة من الشمس ، وما إلى ذلك. نظرًا لأن الغاز الموجود في الغلاف الضوئي مخلخ نسبيًا ، فإن سرعة دورانه أقل بكثير من سرعة الدوران المواد الصلبة. في الوقت نفسه ، يتحرك الغاز في المناطق الاستوائية والقطبية بشكل غير متساوٍ - عند خط الاستواء يحدث ثورة في 24 يومًا ، عند القطبين - في 30 يومًا.

الكروموسفير

الكروموسفير هو الغلاف الخارجي للشمس بسمك حوالي 2000 كم ، ويحيط الغلاف الضوئي. يرتبط أصل اسم هذا الجزء من الغلاف الجوي الشمسي بلونه المحمر ، الناجم عن حقيقة أن خط انبعاث الهيدروجين H-alpha الأحمر من سلسلة Balmer يهيمن على الطيف المرئي للكروموسفير. لا تحتوي الحدود العليا للكروموسفير على سطح أملس واضح ؛ تحدث القذفات الساخنة ، التي تسمى الشويكات ، باستمرار منه. يبلغ متوسط ​​عدد الأشواك التي تمت ملاحظتها في نفس الوقت 60-70 ألفًا أواخر التاسع عشرالقرن ، عالم الفلك الإيطالي Secchi ، راقب الكروموسفير من خلال التلسكوب ، قارنه بالمروج المحترقة. تزداد درجة حرارة الكروموسفير مع الارتفاع من 4000 إلى 20000 كلفن (نطاق درجة الحرارة فوق 10000 كلفن صغير نسبيًا).

كثافة الكروموسفير منخفضة ، وبالتالي فإن السطوع غير كافٍ للمراقبة في ظل الظروف العادية. ولكن أثناء الكسوف الكلي للشمس ، عندما يغطي القمر الغلاف الضوئي الساطع ، يصبح الغلاف اللوني الموجود فوقه مرئيًا ويضيء باللون الأحمر. يمكن أيضًا ملاحظته في أي وقت باستخدام مرشحات بصرية خاصة ضيقة النطاق. بالإضافة إلى خط H-alpha الذي سبق ذكره بطول موجة 656.3 نانومتر ، يمكن أيضًا ضبط الفلتر على خطوط Ca II K (393.4 نانومتر) و Ca II H (396.8 نانومتر). الهياكل الكروموسفيرية الرئيسية التي تظهر في هذه الخطوط هي:

· شبكة كروموسفيرية تغطي كامل سطح الشمس وتتألف من خطوط تحيط بخلايا الحبيبات الفائقة التي يصل عرضها إلى 30000 كم ؛

floccules - تكوينات خفيفة تشبه السحب ، غالبًا ما تكون محصورة في مناطق ذات مجالات مغناطيسية قوية - مناطق نشطة ، غالبًا ما تحيط بالبقع الشمسية ؛

الألياف والألياف (الألياف) - غالبًا ما توجد خطوط داكنة بأطوال وأطوال مختلفة ، مثل الندف ، في المناطق النشطة.

تاج

الهالة هي آخر غلاف خارجي للشمس. يتكون الهالة بشكل أساسي من بروزات وثورات بركانية نشطة ، تندلع وتندلع عدة مئات من الآلاف وحتى أكثر من مليون كيلومتر في الفضاء ، وتشكل الرياح الشمسية. يتراوح متوسط ​​درجة الحرارة الإكليلية من 1 إلى 2 مليون كلفن ، والحد الأقصى ، في بعض المناطق ، من 8 إلى 20 مليون كلفن ، وعلى الرغم من ارتفاع درجة الحرارة ، لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة إلا أثناء كسوف الشمس الكلي ، منذ كثافة المادة في الهالة منخفضة ، وبالتالي فإن سطوعها صغير أيضًا. يبدو أن التسخين الشديد غير المعتاد لهذه الطبقة ناتج عن تأثير إعادة الاتصال المغناطيسي وعمل موجات الصدمة (انظر مشكلة التسخين الإكليلي). يتغير شكل الإكليل اعتمادًا على مرحلة دورة النشاط الشمسي: خلال فترات النشاط الأقصى ، يكون له شكل دائري ، وفي الحد الأدنى ، يكون ممدودًا على طول خط الاستواء الشمسي. نظرًا لأن درجة حرارة الهالة مرتفعة جدًا ، فإنها تشع بشكل مكثف في نطاقات الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية. هذه الإشعاعات لا تمر الغلاف الجوي للأرض، ولكن في الآونة الأخيرة أصبح من الممكن دراستها بمساعدة المركبات الفضائية. يحدث الإشعاع في مناطق مختلفة من الإكليل بشكل غير متساو. توجد مناطق حارة نشطة وهادئة ، بالإضافة إلى ثقوب إكليلية ذات درجة حرارة منخفضة نسبيًا تبلغ 600000 كلفن ، والتي تنبثق منها خطوط المجال المغناطيسي في الفضاء. يسمح هذا التكوين المغناطيسي ("المفتوح") للجسيمات بمغادرة الشمس دون عوائق ، لذلك تنبعث الرياح الشمسية بشكل أساسي من الثقوب الإكليلية.

يتكون الطيف المرئي من الإكليل الشمسي من ثلاثة مكونات مختلفة ، تسمى مكونات L و K و F (أو على التوالي ، L-corona و K-corona و F-corona ؛ اسم آخر للمكون L هو E- الإكليل. المكون K هو طيف مستمر من الإكليل. على خلفيته ، يكون عنصر الانبعاث L مرئيًا حتى ارتفاع 9-10 "من الحافة المرئية للشمس. بدءًا من ارتفاع حوالي 3" ( القطر الزاوي للشمس حوالي 30 بوصة) وأعلى ، يكون طيف فراونهوفر مرئيًا ، مثل طيف الفوتوسفير ، ويشكل مكون F من الإكليل الشمسي. على ارتفاع 20 '، يهيمن المكون F طيف الإكليل. يُؤخذ ارتفاع 9-10 'كحدود تفصل الإكليل الداخلي عن الخارج ، إشعاع الشمس الذي يبلغ طوله الموجي أقل من 20 نانومتر يأتي بالكامل من الإكليل ، وهذا يعني أنه من أجل على سبيل المثال ، في الصور الشائعة للشمس بأطوال موجية 17.1 نانومتر (171 Å) ، 19.3 نانومتر (193 Å) ، 19.5 نانومتر (195 Å) ، فقط الهالة الشمسية مع عناصرها مرئية ، والكروموسفير والغلاف الضوئي غير مرئيين. مرئي: ثقبان إكليليان ، موجودان دائمًا تقريبًا بالقرب من الشمال والجنوب أقطاب الشمس ، بالإضافة إلى أقطاب أخرى تظهر مؤقتًا على سطحها المرئي ، عمليا لا تصدر أشعة سينية على الإطلاق.

رياح مشمسة

من الجزء الخارجي من الإكليل الشمسي ، تتدفق الرياح الشمسية - تيار من الجسيمات المتأينة (بشكل أساسي البروتونات والإلكترونات وجسيمات ألفا) ، تنتشر مع انخفاض تدريجي في كثافتها ، إلى حدود الغلاف الشمسي. تنقسم الرياح الشمسية إلى عنصرين - الرياح الشمسية البطيئة والرياح الشمسية السريعة. تبلغ سرعة الرياح الشمسية البطيئة حوالي 400 كم / ثانية ودرجة حرارة تتراوح من 1.4 إلى 1.6 × 10 6 كلفن وتتوافق بشكل وثيق مع الإكليل في التركيب. تبلغ سرعة الرياح الشمسية السريعة حوالي 750 كم / ث ، ودرجة حرارة 8 · 10 5 كلفن ، وهي مشابهة في تركيبها لمادة الغلاف الضوئي. الرياح الشمسية البطيئة كثيفة مرتين وأقل ثباتًا من الرياح السريعة. الرياح الشمسية البطيئة لها هيكل أكثر تعقيدًا مع مناطق مضطربة.

في المتوسط ​​، تشع الشمس مع الريح حوالي 1.3 · 10 36 جسيمًا في الثانية. وبالتالي ، فإن الفقد الكلي للشمس (لهذا النوع من الإشعاع) للكتلة هو 2-3 × 10 14 كتلة شمسية في السنة. الخسارة في 150 مليون سنة تعادل كتلة الأرض. ترتبط العديد من الظواهر الطبيعية على الأرض باضطرابات في الرياح الشمسية ، بما في ذلك العواصف المغناطيسية الأرضية والشفق القطبي.

تم إجراء القياسات المباشرة الأولى لخصائص الرياح الشمسية في يناير 1959 بواسطة المحطة السوفيتية Luna-1. تم إجراء عمليات المراقبة باستخدام عداد وميض وكاشف تأين الغاز. بعد ثلاث سنوات ، أجرى العلماء الأمريكيون نفس القياسات باستخدام محطة Mariner-2. في أواخر التسعينيات ، تم استخدام مطياف الأشعة فوق البنفسجية التاجية (Eng.فوق بنفسجي تاجي مطياف ( UVCS) ) على متن القمر الصناعي SOHO ، تم إجراء ملاحظات لمناطق حدوث الرياح الشمسية السريعة في القطبين الشمسيين.