هسته

نوشتار اصلی: هسته? خورشیدی

از مرکز خورشید تا فاصله‌ای نزدیک به 20 تا 25 درصد شعاع خورشید به عنوان هسته? خورشید در نظر گرفته شده‌است.^[41] و چگالی آن 150g/cm³ نزدیک به 150 برابر چگالی آب، برآورد شده‌است.^[42][43] و دمای آن هم نزدیک به 15?7 میلیون کلوین بدست آمده‌است. در مقابل دمای سطح خورشید نزدیک به 5?800 کلوین است. تازه ترین پژوهش‌ها نشان داده‌است که گردش هسته? خورشید به دور خودش از دیگر جاهای شعاعی آن تندتر است.^[41] در بیشتر عمر خورشید، همجوشی هسته‌ای از راه زنجیره گام‌های p-p (پروتون-پروتون) و درنتیجه دگرگونی هیدروژن به هلیوم فراهم کننده? انرژی خورشید بوده‌است.^[44] تنها 0?8? از انرژی پدید آمده در خورشید وارد چرخه? سی‌ان‌او می‌شود.^[45]

هم‌سنجی سیاره‌های منظومه خورشیدی با تعدادی از ستاره‌های مشهور:
الف:
زمین (4) > ناهید (3) > مریخ (2) > تیر (1)
ب:
مشتری (8) > زحل (7) > اورانوس(6) > نپتون (5) > زمین (بدون شماره)
پ:
شباهنگ (11) > خورشید (10) > ولف 359 (9) > مشتری (بدون شماره)
ت:
دبران (14) > نگهبان شمال (13) > رأس پیکر پسین (12) > شباهنگ (بدون شماره)
ث:
ابط‌الجوزا (17) >قلب عقرب (16) > پای شکارچی (15) > دبران (بدون شماره)
ج:
وی‌وای سگ بزرگ (20) >وی‌وی قیفاووس (19) > مو قیفاووس (18) > ابط‌الجوزا (بدون شماره)

هسته تنها ناحیه در خورشید است که بخش بزرگی از انرژی گرمایی آن را از راه همجوشی هسته‌ای فراهم می‌کند. به این ترتیب در ناحیه‌ای درونی از مرکز تا 24? شعاع، کارمایه? 99? خورشید فراهم می‌شود و تا 30? از شعاع، فرایند همجوشی هسته‌ای به تمامی می‌ایستد و دیگر ادامه نمی‌یابد. دیگر جاهای ستاره از راه جابجایی انرژی از مرکز به لایه‌های بیرونی گرم می‌شود. کارمایه? پدید آمده در هسته پس از گذر از لایه‌های پی در پی وارد شیدسپهر می‌شود و از آنجا به صورت نور یا انرژی جنبشی ذرات به فضا می‌گریزد.^[46][47]

در هسته? خورشید در هر ثانیه، زنجیره? پروتون-پروتون 9?2×10³⁷ بار روی می‌دهد. از آنجایی که در این فرایند چهار پروتون آزاد (هسته? هیدروژن) هم زمان درگیر است پس در هر ثانیه 3?7×10³⁸ پروتون به ذره? آلفا (هسته? هلیوم) دگرگون می‌شود به زبان دیگر 6?2×10¹¹ کیلو در ثانیه. در مجموع می توان گفت در سراسر خورشید نزدیک به 8?9×10⁵⁶ پروتون آزاد دگرگون می‌شود.^[47] می دانیم که در هر همجوشی و دگرگونی هیدروژن به هلیوم نزدیک به 0?7? از حرم به انرژی دگرگون می‌شود.^[48] پس خورشید در هر ثانیه 4?26 میلیون تن جرم را در دگرگونی ماده-انرژی درگیر می‌کند. یا می توان گفت 384?6 یوتا وات^[1] (3?846×10²⁶) یا 9?192×10¹⁰ مگاتن TNT در هر ثانیه. این مقدار جرم از میان نمی‌رود بلکه بر پایه? هم‌ارزی جرم و انرژی به صورت انرژی تابشی در می‌آید.

مقطع عرضی یک ستاره مانند خورشید (ناسا)

توان تولید انرژی در هسته با کمک همجوشی، بسته به فاصله از مرکز خورشید تفاوت می‌کند. برپایه? شبیه سازی‌ها چنین براورد شده که توان در مرکز خورشید 276?5 watts/m³ است.^[49] چگالی توان تولیدی خورشید بیشتر نزدیک به سوخت و ساز بدن یک خزنده‌است تا یک بمب اتم. قلّه? توان تولیدی خورشید با انرژی گرمایی تولید شده در یک فرایند فعال کمپوست مقایسه می‌شود. انرژی بسیار بالای بیرون آمده از خورشید نه به این دلیل که خورشید در یکای حجم توان بسیار بالایی تولید می‌کند بلکه به این دلیل است که حجم بسیار بزرگی دارد.

نرخ فرایند همجوشی هسته که در هسته? خورشید رخ می‌دهد در تعادل بسیار ظریفی است که پیوسته خود را اصلاح می‌کند تا در تعادل بماند: اگر میزان همجوشی اندکی بیش از اندازه‌ای باشد که اکنون است، آنگاه هسته به شدت گرم می‌شود، در برابر نیروی وزن لایه‌های بیرونی از هر سو گسترش می‌یابد، با این کار نرخ همجوشی کاهش می‌یابد و آشفتگی اصلاح می‌شود. اگر همجوشی اندکی کمتر از مقدار همیشگی آن باشد، هسته سرد و دچار جمع شدگی می‌شود، با این کار نرخ همجوشی افزایش می‌یابد و به تعادل باز می‌گردد.^[50][51]

پرتوهای گامای (فوتون‌های بسیار پرانرژی) آزاد شده از واکنش همجوشی پس از چند میلیمتر پلاسمای خورشیدی جذب می‌شوند و دوباره با اندکی انرژی کمتر در جهت‌های تصادفی تابیده می‌شوند. بنابراین برای یک فوتون زمان بسیار زیادی می‌کشد تا به سطح خورشید برسد. برآوردها نشان می‌دهد که برای یک فوتون 10،000 تا 170،000 سال طول می‌کشد تا در خورشید جابجا شود.^[52] ما برای نوترینو تنها 2?3 ثانیه زمان برده می‌شود تا به سطح خورشید برسد. نزدیک به 2 درصد از انرژی کل تولیدی خورشید مربوط به این ذره‌است.

در پایان سفر از لایه? همرفتی بیرونی و رسیدن به سطح شفاف شیدسپهر، فوتون‌ها به صورت نور دیدنی در فضا تابیده می‌شوند. پیش از گریز از سطح خورشید، هر یک پرتوی گاما در هسته? خورشید به چندین میلیون فوتون نور دیدنی دگرگون می‌شود. در اثر واکنش‌های همجوشی در هسته ذره‌های دیگری به نام نوترینو هم آزاد می‌شوند. این ذره‌ها برخلاف فوتون‌ها کمتر با ماده وارد واکنش می‌شوند بنابراین تقریباً همه? آن‌ها می‌توانند بی درنگ از خورشید بگریزند. برای سالیان دراز شمار نوترینوهای آزاد شده از خورشید یا نوترینوهای شمرده شده با ابزارها یک-سوم شماری بود که نظریه‌های علمی پیشبینی می‌کرد. تا سال 2001 که دانشمندان دریافتند، دلیل این ناهماهنگی به ویژگی نوسان نوترینوها باز می‌گردد: حقیقت این بود که شمار نوترینوهای تابیده شده از خورشید با شمار پیشبینی شده از سوی نظریه با هم برابر بوده‌اند اما ابزارهای شمارش تنها ¹⁄₃ آن‌ها را شمرده بودند و باقی‌مانده را از دست داده بودند و این به دلیل تغییر مزه? نوترینوها (به معنی: عدد کوانتومی ذره? بنیادی) در هنگام تشخیص با ابزار بود.^[53]

ناحیه? تابشی

نوشتار اصلی: ناحیه? تابشی

در ناحیه? نزدیک به 0?7 شعاع خورشید و یا پایین تر، مواد خورشیدی بسیار گرم و چگال اند آنقدر که بتوانند گرمای زیاد هسته را از راه تابش گرمایی به بیرون بتابانند.^[54] در این ناحیه رفتار همرفتی دیده نمی‌شود. با اینکه دمای ماده از 7 میلیون کلوین به 2 میلیون کلوین می‌رسد اما همچنان این مقدار کمتر از مقدار پیش بینی شده برای کاهش دما نسبت به افزایش ارتفاع است. پس این کاهش دما نمی‌تواند از راه همرفت صورت گیرد.^[43] در این بازه انرژی از راه تابش فوتون توسط یون‌های هیدروژن و هلیم روی می‌دهد. که البته این فوتون‌ها هم مسافت بسیار کوتاهی را پیش می‌روند و خیلی زود توسط یون‌های دیگر دوباره جذب می‌شوند.^[54] چگالی هم از 0?25 شعاع خورشید تا بالای بازه? تابشی نزدیک به 100 برابر افت می‌کند و از 20 g/cm³ به 0?2 g/cm³ می‌رسد.^[54]

میان ناحیه? تابشی درونی و گردش اختلافی بیرونی ناحیه? همرفتی یک لایه? گذار به نام Tachocline پدید می‌آید، این ناحیه در یک سوم بیرونی شعاع خورشید جای دارد. در این ناحیه میان ناحیه? تابشی با گردش یکنواخت و گردش اختلافی در ناحیه? همرفتی یک شکاف بزرگ (دگرگونی ناگهانی در رفتار) پدید می‌آید. شرایطی که در آن لایه‌های افقی پی در پی بر روی یکدیگر لیز می‌خورند.^[55] جریان سیال در ناحیه? همرفتی در بالا، از بالا تا پایین لایه به آرامی کم می‌شود تا در پایین ترین نقطه ناپدید شود. تا به این ترتیب با ویژگی‌های آرام ناحیه? تابشی در پایین، هماهنگ شود. امروزه چنین گمان می‌شود که یک پویایی مغناطیسی در میانه? این لایه باعث پدید آمدن میدان مغناطیسی خورشید شده‌است.^[43]

ناحیه? همرفتی

در لایه? بیرونی خورشید، یعنی از سطح آن تا عمق نزدیک به 200?000 کیلومتری (یا 70? شعاع خورشید) پلاسمای خورشید به اندازه? کافی چگال یا داغ نیست تا بتواند انرژی گرمایی لایه‌های درونی را از راه تابش به بیرون برساند. به عبارت دیگر بجای ناحیه‌ای تابنده، ناحیه‌ای مات است. درنتیجه انرژی گرمایی از راه همرفت و ستون‌های داغ جابجا می‌شود و به سطح خورشید می‌رسد. هنگامی که مواد در سطح خورشید کمی خنک می‌شود به عمق خورشید جایی که رفت و برگشت‌های همرفتی آغاز شده بود، فروبرده می‌شود تا دوباره از بالای ناحیه? تابشی گرما دریافت کند. در لایه‌ای از خورشید که با چشم می توان آن را دید، دما تا 5?700 کلوین افت می‌کند و چگالی تنها 0.2 g/m³ است (نزدیک به 1/60000 چگالی هوا در سطح دریاها).^[43]

ستون‌های داغ همرفتی بر روی سطح خورشید جا می‌اندازند این ستون‌ها از دور به صورت جودانه یا یک سری نقطه دیده می‌شود. آشفتگی پدید آمده در اثر رفت و برگشت‌های همرفتی در بیرونی ترین لایه? بخش درونی خورشید، باعث ایجاد یک پویایی در «اندازه? کوچک» می‌شود که درنتیجه? آن یک شمال و جنوب مغناطیسی در سراسر سطح خورشید پدید می‌آید.^[43] ستون‌های داغ خورشید به شکل سلول‌های بنارد است درنتیجه هندسه? منشوری شش ضلعی به خود می‌گیرد.^[56]

شیدسپهر

دمای موثر یا جسم سیاه خورشید (5777 کلوین) دمایی است که یک جسم سیاه هم اندازه? خورشید باید داشته باشد تا به اندازه? خورشید توان تولید داشته باشد.

سطح دیدنی خورشید یا شیدسپهر، لایه‌ای است که در زیر آن خورشید در برابر نور دیدنی، کدر می‌شود.^[57] بالای شیدسپهر، نور سفید خورشید است که آزادانه در فضا تابیده می‌شود و همه? انرژی اش را از خورشید بیرون می‌برد. تغییر اندازه? کدری خورشید به کاهش مقدار یون‌های H⁻ بستگی دارد چون این یون است که نور مرئی را به آسانی جذب می‌کند.^[57] در مقابل نوری که ما می‌بینیم در اثر واکنش الکترون‌ها با اتم هیدروژن برای تولید یون H⁻ تولید شده‌است.^[58][59] شیدسپهر ده‌ها تا صدها کیلومتر ضخامت دارد و گاهی کدری آن اندکی از هوای زمین هم کمتر می‌شود. چون بخش بالایی شیدسپهر از بخش‌های پایینی خنک تر است، در یک تصویر خورشید می‌بینیم که مرکز خورشید روشن تر از لبه‌های آن است. به این پدیده تیرگی مرکز-لبه می گویند.^[57] نور سفید خورشید یک ناحیه? طیفی مربوط به جسم سیاه دارد که نشان می‌دهد دمای آن نزدیک به 6000 کلوین است و البته همراه با آن خط‌های جذبی اتمی پراکنده دارد که به لایه‌های نازک روی شیدسپهر مربوط است. چگالی ذره‌ها در شیدسپهر نزدیک به 10²³ m⁻³ است. این مقدار 0?37? شمار ذره‌ها در یکای حجم جو زمین در تراز دریاها است. ذره‌های شیدسپهر را الکترون‌ها و پروتون‌ها تشکیل می‌دهد که میانگین ذره‌های هوا 58 برابر از آن سنگین تر است.^[54]

در آغاز طیف سنجی شیدسپهر، خط‌های جذبی پیدا شده بود که با هیچ یک از عنصرهای شیمیایی شناخته شده همخوانی نداشت. در 1868 نورمن لاکیر حدس زد که این خط‌های جذبی مربوط به یک عنصر تازه‌است. او این عنصر تازه را هلیم نامید، این نام، یادآور خورشیدخدای یونان، هلیوس بود. پس از 25 سال، دانشمندان برای نخستین بار توانستند هلیم را در زمین درون ظرفی جمع آوری کنند و از دیگر عنصرها جدا کنند.^[60]

جو خورشیدی

همچنین ببینید: تاج خورشیدی و حلقه? تاج خورشیدی

از تمام خورشید فقط جو آن قابل مشاهده‌است ناحیه‌ای که از لحاظ فعالیت نیز غنی است پایه جو خورشیدی شید سپهر است لکه‌های خورشیدی بر روی شید سپهر ظاهر می‌شوند لایه خارجی بعدی رنگین سپهر است تاج آخرین لایه جوی خورشید می‌باشد.

شید سپهر یک لایه نازک گاز که بیشترین عمقی که می‌توانیم آن را مشاهده کنیم و تابش قابل رویت از آن منتشر می‌شود وبر این سطح دانه‌های گذرا با عمر متوسط 5 تا دهها دقیقه را مشاهده می‌کنیم شکل گیری‌های روشن نا منظم که بوسیله رگه‌های تاریک احاطه شده‌اند این دانه دار شدن خورشیدی لایه بالایی ناحیه جا به جایی خورشید است لایه گازی به ضخامت حدود 0/2r زمینی که درست زیر پایه شید سپهر قرار می‌گیرد در این منطقه انرژی گرمایی توسط جا به جایی منتقل می‌شود توده‌های گرم

لکه‌های سطح خورشید در نقشه ساموئل دان (1794)

گاز(سلول‌های جا به جایی) بالا می‌روند و به صورت دانه‌های روشن ظاهر می‌شوند و انرژیشان را در شید سپهر تخلیه می‌کنند گازهای سرد تر پایین می‌آیند. طیف پیوستار سرار قرص خورشیدی یک دمای موثر _استفان بولتزمن_ 5800k را برای شید سپهر تعریف می‌کند از میان شید سپهر به سمت بیرون دما به شدت پایین می‌آید و سپس مجدداً در حوالی 500km داخل رنگین سپهر شروع به بالا رفتن می‌کند تا این که به دماهای بسیاربالا درتاج می‌رسد. شید سپهریک طیف یوسته جسم سیاه گسیل می‌دارد لذا بایستی در طول موجهای مرئی کدر باشد اماچگالیها در اینجا بسیار کمتر از مقداری است که گاز برای کدر بودن و تولید تابش پیوسته جسم سیاه لازم دارد.^[61]