مما يتكون قلب الشمس .. وكيف عرفنا ذلك ؟

 

" وجه الشمس لا يخلو من التعبير ، لكنه يخبرنا بالقليل من الأشياء الثمينة الموجودة في قلبه ."- Armin J. Deutsch ، المجلة العلمية الأمريكية ، نوفمبر 1948

بدون الشمس ، لن تكون الحياة ممكنة على الأرض ، وهذ ليس إطراءاً للشمس ، بل حقيقة ، ويجب أن نكون جميعاً على دراية بها .

إن الشمس هي التي أبقت نظامنا الشمسي مربوطاً معاً لميارات من السنين ، وهي مسؤولة عن جميع الظواهر الفلكية الكبرى التي عرفتها البشرية حتى الآن ، ومع ذلك فنحن لا نعرف سوى القليل عن جارنا الأقرب والأكثر اهمية - الشمس .

التركيب الكيميائي للشمس 

الشمس عبارة عن كرة هائلة من الغازات الساخنة المتوهجة ، وفيما يتعلق بالعناصر الموجودة ، فإن الشمس تتكون من غازين رئيسيين هما - الهيدروجين ؛ الذي يُشكل  حوالي 71% من كتلة الشمس ، والهيليوم ، الذي يشكل حوالي 27.1 % من كتلة الشمس .

الكربون والنيترجين والأكسجين هي العناصر الأثقل نسبياً الموجودة في النجم ، فتشكل مجتمعة حوالي 1.5% من الكتلة ، بينما الـ 0.5% المتبقية تشمل عناصر أخرى مثل السيليكون والمغنسيوم والنيون والحديد والكبريت ومعادن أخرى أثقل وزناً ولكن بكميات ضئيلة .

طبقات الشمس 

لقد درس العلماء الشمس بعدة طرق ، بما في ذلك التلسكوبات الأرضية والأقمار الصناعية ، ومن أجل الحصول على أكبر قدر من المعلومات ، قاموا بتقسيم الشمس إلى 6 طبقات .

تُعتبر الطبقة الضوئية The photosphereهي أعمق طبقة يمكن ملاحظتها مباشرة ، وتُغطى الحبيبات والغازات الفقاعية معظم هذا الغلاف الضوئي .

أما الكروموسفير chromosphere فهي الطبقة التالية من الشمس وهي مصدر التوهجات الشمسية .

الطبقة التالية لأسفل هي طبقة الهالة corona ، والتي لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة ، ولكن يمكن رؤيتها باستخدام منظار الهالة أو جهاز مراقبة طفاوة الشمس coronagraph telescope .

كل تلك الطبقات الثلاث تضمن المنطقة التي يمكن مشاهدتها بعيون البشر وباستخدام التلسكوبات .

أما اللُب فهي المنطقة الأعمق من الشمس ، حيث يتم توليد كل الطاقة من خلال التفاعلات النووية ، وبطبيعة الحالة فإن تلك الطبقة غنية بالهيدروجين والهيليوم .

تقع المنطقة الإشعاعية بين منطقة اللُب ومنطقة الحمل الحراراي ، ومليئة بالأشعة الكونية والفوتونات الملئية بالطاقة .

تمتد منطقة الحمل الحراري من أعماق تصل إلى حوالي 200000 كم إلى السطح المرئي للنجمة ، ويتم إنشاء الفوتونات على سطح منطقة الحمل الحراري ، والتي تُسمى ( الفوتوسفير ) أو الطبقة الضوئية كما أشرنا إليها سابقاً .

منطقة الحمل الحراري للنجم هي طبقة غير مستقرة حراريا، ويتم نقل الطاقة بشكل أساسي أو جزئي في هذه المنطقة عن طريق تيارات الحمل الحرارى

كيف عرفنا مما تتكون الشمس ؟

- عندما يمر الضوء الأبيض خلال المنشور ، فإنه ينقسم إلى الألوان السبعة المكونة له (الألوان السبعة لقوس قزح) ، والتي تعرف باسم الطيف، وعندما أُجريت تجربة مماثلة على ضوء الشمس من قبل أخصائي بصريات ألماني يدعى جوزيف فون فراونهوفر باستخدام أداة خاصة تسمى مطياف ، وجد خطوط داكنة في الطيف.

سرعان ما تم إدراك أن هذه الخطوط المظلمة تمثل ألوانًا مفقودة (أطوال موجية ، لنكون أكثر تحديدًا) للطيف ، وكانت مفقودة لأن العناصر الموجودة في الشمس وحولها كانت تمتص تلك الأطوال الموجية المحددة للضوء ، فكل عنصر يمتص طول موجي معين ، لذلك تُشير هذه الخطوط المظلمة إلى وجود عناصر معينة ، مثل الهيدروجين والكالسيوم والصوديوم ، لأنها تُمثل الأطوال الموجية التي تمتصها هذه العناصر المحددة .

كانت هذه التقنية بسيطة للغاية ولكنها كانت فعالة ، حيث وضعت الأساس لتطوير أدوات أكثر تقدماً لقياس تكوين الشمس ، ومع ذلك ، فإن هذا النهج كان له حدوده أيضاً ، فقد أخبرن فقط عن العناصر المكونة لسطح الشمس , ولكن لم يخبرنا عن تركيبة نواة الشمس !

إذا .. ماذا عن لُب أو نواة الشمس ؟

تتكون الانبعاثات من قلب الشمس بشكل أساسي من جزيئات ، مثل النيوتريونات ، والتي تنتقل في خلفية الضوء المنبعث من سطحها ، وبالتالي لا يكن اكتشافها باستخدام معدات طيفية قياسية , بل باستخدام أدوات خاصة مثل (Super Kamiokande (Kamioka Observatory ، اليابان) ، والتي لديها حساسات ضوئية حساسة للغاية ، لتحديد هذه الجسيمات. 

وهذه الجزيئات المنبعثة تؤكد حدوث تفاعلات الانصهار النووي في قلب الشمس ، وهي المسؤولة عن انبعاث تلك الجزيئات .

وهناك طريقة أخرى يستخدمها العلماء لدراسة الجزء الداخلي للشمس تُسمى "علم الرجفات الشمسية helioseismology " .

ويهتم هذا العلم بدراسة انتشار موجات الضغط والتذبذبات التي تحدث على سطح الشمس , ودراسة الموجات الصوتية المنبعثة من داخل الشمس , ومنها يتم استنتاج البنية الداخلية والحركية للشمس .

ويتم تسجيل تلك الاهتزازات بواسطة مرصد الطاقة الشمسية وهيليوسفير التابع لناسا (SOHO) كترددات مختلفة وتحويلها إلى صوت في مختبر ستانفورد التجريبي للفيزياء باستخدام تقنيات مناسبة 

ختاماً  : 

يمكنناً القول أنه في الـ 200 عاماً الماضية ، تمكننا من توليد وتحليل كمية جيدة من البيانات بخصوص الشمس ؛ في النهاية ، لدينا الآن فكرة جيدة عما يجري في سطح وباطن الشمس ، ومع ذلك ، لا يزال هناك العديد من أسرار الشمس باقية ، وهناك بعض المهمات المرتقبة التي قد تساعد في كشف تلك الأسرار ، ومن الأمثلة على ذلك مسبار باركر NASA’s Parker Solar Probe - وهي مركبة فضائية روبوتية في طريقها لاستكشاف هالة الشمس الخارجية .