دمای خورشید قرنها ذهن دانشمندان را مشغول کرده است. در گذشته، تخمینها گاهی آن را شبیه شعلههای معمولی زمین میدانستند، اما با پیشرفت علم مشخص شد که در مرکز خورشید جهنمی از دماهای فوقالعاده وجود دارد؛ جایی که همجوشی هستهای (Nuclear Fusion) حکومت میکند. ابزارهای مدرن و مشاهدات نوآورانه، تصویر دقیقتری از لایههای خورشید و اختلاف دما در بخشهای مختلف آن ارائه دادهاند.
در ادامه با تمام این جزئیات علمی آشنا میشویم.
معمای دما
خورشید را میتوان یک دیگ عظیم کیهانی دانست:
- مرکز خورشید (Core):
دما به حدود ۱۵ میلیون درجه سلسیوس (°C) معادل ۲۷ میلیون درجه فارنهایت (°F) میرسد.
اینجا محل همجوشی هستهای و تولید انرژی خورشید است. - سطح قابل مشاهده یا فوتوسفر (Photosphere):
دما بین ۴۰۰۰ تا ۶۰۰۰ کلوین (K) است.
این لایه همان سطحی است که ما از زمین میبینیم. گرمای آن در مقایسه با مرکز خورشید «ملایم» به نظر میرسد. - تاج خورشیدی (Corona):
این لایه بیرونی با وجود دور بودن از مرکز، به بیش از یک میلیون درجه سلسیوس (۱٫۸ میلیون °F) میرسد!
این اختلاف عجیب دما، یکی از معماهای بزرگ فیزیک خورشیدی است.
دانشمندان چگونه دمای خورشید را اندازهگیری میکنند؟
هیچ دماسنجی نمیتواند مستقیم در خورشید فرو رود. بنابراین دانشمندان از چند روش غیرمستقیم استفاده میکنند:
۱٫ طیفسنجی (Spectroscopy)
نور خورشید به رنگهایش تجزیه میشود و خطوط جذبی (Absorption Lines) بررسی میشود. این خطوط سرنخهایی درباره دمای لایههای مختلف میدهند.
۲٫ طیفسنجها (Spectrometers)
شدت نور در طولموجهای مختلف اندازهگیری میشود. شکل طیف نشاندهنده دمای لایههاست.
۳٫ پیرومترها (Pyrometers)
این ابزارها تابش حرارتی خورشید را اندازه میگیرند و از طریق توزیع طولموجها دمای سطح را تعیین میکنند.
۴٫ کرونوگرافها (Coronagraphs)
با مسدود کردن قرص روشن خورشید، امکان مشاهده تاج خورشیدی فراهم میشود.
۵٫ تلسکوپهای خورشیدی (Solar Telescopes)
تلسکوپهای زمینی و فضایی با تصویربرداری در طولموجهای مختلف، رفتار و دمای لایههای گوناگون را بررسی میکنند.
۶٫ ماهوارههای خورشیدی (Solar Satellites)
مانند رصدخانه پویایی خورشید (SDO – Solar Dynamics Observatory) که دائماً خورشید را پایش میکند.
۷٫ مدلهای کامپیوتری (Computer Models)
شبیهسازیهای پیشرفته رایانهای برای پیشبینی ساختار دمایی خورشید بر اساس دادههای مشاهدهای.
خورشید چگونه گرما تولید میکند؟
موتور گرمای خورشید همجوشی هستهای است. در مرکز خورشید، اتمهای هیدروژن تحت فشار و دمای فوقالعاده زیاد به هم برخورد میکنند و هلیوم تشکیل میدهند.
فرآیند:
- دما: ۱۵ میلیون درجه سانتیگراد
- انرژی آزادشده: نور + گرما
- زمان خروج انرژی از هسته تا سطح: میلیونها سال
این انرژی در سطح خورشید (فوتوسفر) به صورت نور خورشید ساطع میشود و زندگی روی زمین را ممکن میسازد.
چرا هرچه از سطح خورشید دورتر میشویم، دما بالاتر میرود؟
به نظر میرسد باید سطح خورشید از لایههای بیرونی داغتر باشد، اما چنین نیست:
- فوتوسفر: ۳۷۰۰ تا ۶۲۰۰ °C
- کرونا (در فاصله حدود ۲۱۰۰ کیلومتر): تا ۵۰۰,۰۰۰ °C، و حتی در برخی نقاط ۹۰۰,۰۰۰ °F (حدود ۵۰۰,۰۰۰ °C)
این افزایش دما پدیدهای عجیب است.
راز گرمای تاج خورشید: همه چیز در «امواج» است
ستارههای دیگر نیز چنین الگوی عجیبی دارند. برای مدت طولانی، دلیل دمای بسیار زیاد تاج خورشید ناشناخته بود.
دانشمندان فرضیهای مطرح کردند: امواج مغناطوهیدرودینامیک (Magnetohydrodynamic Waves – MHD Waves) انرژی را از لایههای زیر فوتوسفر مستقیماً به تاج منتقل میکنند؛ درست مثل «قطار سریعالسیر بدون توقف».
تأیید فرضیه – پژوهش ۲۰۱۳ بریتانیا
در سال ۲۰۱۳، دانشمندان بریتانیایی با استفاده از فناوری تصویربرداری پیشرفته توانستند این امواج را در کروموسفر (Chromosphere) مشاهده کنند.
ریچارد مورتون (Richard Morton) از دانشگاه نورثآمبریا اعلام کرد:
«مشاهدات ما نشان داد انرژی منتقلشده توسط امواج MHD دقیقاً به اندازهای است که برای گرم کردن تاج خورشید نیاز داریم.»
کاوشگر پیشرو: پارکر سولار پروب
کاوشگر خورشیدی پارکر (Parker Solar Probe) یک فضاپیمای انقلابی ناسا (NASA) است که در سال ۲۰۱۸ پرتاب شد.
اهداف مأموریت:
- نزدیکتر شدن به خورشید نسبت به هر مأموریت دیگر
- مطالعه تاج خورشیدی
- بررسی باد خورشیدی (Solar Wind)
- فهم علت داغتر بودن تاج نسبت به سطح خورشید
نام فضاپیما از فیزیکدان خورشیدی یوجین پارکر (Eugene Parker) گرفته شده است.
این کاوشگر با فناوریهایی ساخته شده که در برابر گرما و تشعشع شدید مقاومت میکنند.
نکته جالب
خورشید تورنادو دارد! در سال ۲۰۱۵، ناسا چرخند خورشیدیای را ثبت کرد که دمای آن ۵ میلیون °F (حدود ۲٫۷۸ میلیون °C) بود.
در مارس ۲۰۲۳ نیز عکاسان نجومی تصویری از بزرگترین گردباد خورشیدی ثبتشده گرفتند:
- مدت فعالیت: ۳ روز
- اندازه: ارتفاعی برابر با «۱۴ برابر زمین»
- حدود ۱۷۸,۰۰۰ کیلومتر
