خورشید چیست؟ همه چیز درباره تنها ستاره منظومه شمسی

خورشید ستاره است یا سیاره؟

خورشید یک ستاره کوتوله زرد ۴.۵ میلیارد ساله، یک گوی درخشان و داغ از هیدروژن و هلیوم است که در مرکز منظومه شمسی قرار دارد. این ستاره در فاصله‌ای حدود ۱۵۰ میلیون کیلومتر از زمین واقع شده و تنها ستاره منظومه شمسی ماست. بدون انرژی خورشید، زندگی به شکلی که می‌شناسیم روی سیاره زمین امکان‌پذیر نبود.

از دیدگاه ما روی زمین، خورشید ممکن است به‌عنوان منبعی ثابت از نور و گرما در آسمان به نظر برسد، اما در واقع، خورشید یک ستاره پویا است که همواره در حال تغییر بوده و انرژی را به فضا می‌فرستد. علمی که به مطالعه خورشید و تاثیرات آن در سراسر منظومه شمسی می‌پردازد، هلیوفیزیک نام دارد.

خورشید بزرگ‌ترین جرم در منظومه شمسی ما بوده و قطر آن حدود ۱.۴ میلیون کیلومتر است. نیروی گرانش خورشید، منظومه شمسی را در کنار هم نگه می‌دارد و همه‌چیز، از بزرگ‌ترین سیاره‌ها گرفته تا کوچک‌ترین ذرات باقی‌مانده را در مدار خود حفظ می‌کند.

با وجود اینکه خورشید مرکز منظومه شمسی ماست و برای بقای ما حیاتی است، در مقایسه با دیگر ستارگان، اندازه‌ای متوسط دارد. ستاره‌هایی تا ۱۰۰ برابر بزرگ‌تر از خورشید نیز کشف شده‌اند. علاوه بر این، بسیاری از منظومه‌های سیاره‌ای بیش از یک ستاره دارند. با مطالعه خورشید، دانشمندان می‌توانند عملکرد ستارگان دوردست را بهتر درک کنند.

داغ‌ترین بخش خورشید، هسته آن است که دمای آن به بیش از ۲۷ میلیون درجه فارنهایت (۱۵ میلیون درجه سلسیوس) می‌رسد. بخشی از خورشید که ما آن را سطح آن می‌نامیم (فتوسفر) دمایی نسبتا خنک‌تر، در حدود ۱۰ هزار درجه فارنهایت (۵,۵۰۰ درجه سلسیوس) دارد. یکی از بزرگ‌ترین رازهای خورشید این است که جو بیرونی آن، یعنی تاج خورشیدی، هرچه از سطح فاصله بگیرد، داغ‌تر می‌شود. دمای تاج خورشیدی به ۳.۵ میلیون درجه فارنهایت (۲ میلیون درجه سلسیوس) می‌رسد که بسیار داغ‌تر از فتوسفر است.

نام‌گذاری خورشید

خورشید در طول تاریخ نام‌های زیادی داشته است. واژه لاتین برای خورشید، Sol است که صفت اصلی برای تمام اصطلاحات مرتبط با خورشید، مانند solar (خورشیدی)، محسوب می‌شود. در اساطیر یونان باستان، هلیوس، خدای خورشید، نام خود را به بسیاری از اصطلاحات علمی مرتبط با خورشید، مانند هلیوسفر و هلیوسایزمولوژی، بخشیده است.

امکان وجود حیات در خورشید

خورشید به دلیل دما و تشعشعات شدید خود نمی‌تواند میزبان حیات باشد. با این حال، حیات روی زمین تنها به دلیل نور و انرژی خورشید امکان‌پذیر شده است.

اندازه و فاصله خورشید

خورشید یک ستاره متوسط است که شعاع آن حدود ۷۰۰ هزار کیلومتر است. بسیاری از ستارگان بسیار بزرگ‌تر از خورشید هستند، اما خورشید از نظر جرم، بسیار عظیم‌تر از سیاره ماست: برای هم‌وزن شدن با خورشید، بیش از ۳۳۰ هزار زمین مورد نیاز است و برای پر کردن حجم خورشید، حدود ۱.۳ میلیون زمین لازم خواهد بود.

فاصله خورشید از زمین حدود ۱۵۰ میلیون کیلومتر است. نزدیک‌ترین همسایه ستاره‌ای آن، سامانه سه‌ستاره‌ای آلفا قنطورس است: پروکسیما قنطورس، یک ستاره کوتوله سرخ، ۴.۲۴ سال نوری از ما فاصله دارد و آلفا قنطورس A و B، دو ستاره شبیه به خورشید که به دور یکدیگر می‌چرخند و در فاصله ۴.۳۷ سال نوری از ما قرار دارند. یک سال نوری، مسافتی است که نور در یک سال طی می‌کند که معادل حدود ۹.۵ تریلیون کیلومتر است.

آیا خورشید حرکت می‌کند؟

خورشید در کهکشان راه شیری، در بازوی مارپیچی شکارچی قرار دارد که از بازوی قوس منشعب شده است.

خورشید در حال چرخش به دور مرکز کهکشان راه شیری است و همراه با خود، سیاره‌ها، سیارک‌ها، دنباله‌دارها و سایر اجرام منظومه شمسی را جابه‌جا می‌کند. سرعت حرکت منظومه شمسی به طور متوسط ۷۲۰ هزار کیلومتر بر ساعت است، اما حتی با این سرعت، حدود ۲۳۰ میلیون سال طول می‌کشد تا خورشید یک دور کامل به دور کهکشان راه شیری بچرخد.

خورشید علاوه بر حرکت مداری، به دور محور خود نیز می‌چرخد. محور چرخش خورشید ۷.۲۵ درجه نسبت به صفحه مداری سیارات انحراف دارد. از آنجا که خورشید یک جرم جامد نیست، بخش‌های مختلف آن با سرعت‌های متفاوتی دوران می‌کنند. در استوا، خورشید تقریبا هر ۲۵ روز زمینی یک دور کامل به دور خود می‌چرخد، در حالی که در قطب‌ها، این چرخش هر ۳۶ روز زمینی انجام می‌شود.

قمرهای خورشید

خورشید به عنوان یک ستاره، هیچ قمری ندارد، اما سیاره‌ها و قمرهایشان در مدار خورشید قرار دارند.

حلقه‌های خورشید

در مراحل اولیه شکل‌گیری منظومه شمسی، حدود ۴.۶ میلیارد سال پیش، خورشید توسط یک دیسک گازی و غبار احاطه شده بود. بخشی از آن غبار هنوز هم وجود دارد و به صورت چندین حلقه غباری، خورشید را احاطه کرده است. این حلقه‌ها مسیر مداری سیارات را دنبال می‌کنند، زیرا گرانش سیارات، غبار را در مدارهای خاصی پیرامون خورشید نگه می‌دارد.

شکل‌گیری خورشید

خورشید حدود ۴.۶ میلیارد سال پیش درون یک ابر بزرگ و چرخان از گاز و غبار به نام سحابی خورشیدی شکل گرفت. با فروپاشی سحابی تحت نیروی گرانش، سرعت چرخش آن افزایش یافت و به شکل یک دیسک تخت در آمد. بیشتر مواد این سحابی به سمت مرکز کشیده شد و خورشید را تشکیل داد که اکنون ۹۹.۸٪ از جرم کل منظومه شمسی را در اختیار دارد. باقی‌مانده مواد، سیارات و سایر اجرامی را که اکنون به دور خورشید می‌چرخند، شکل دادند. باقی‌مانده گاز و غبار پراکنده نیز توسط باد خورشیدی اولیه خورشید به بیرون رانده شد.

آینده خورشید

مانند همهٔ ستارگان، خورشید نیز در نهایت سوخت خود را تمام خواهد کرد. هنگامی که دوران پایانی زندگی‌اش آغاز شود، خورشید به یک غول سرخ تبدیل خواهد شد و آن‌قدر منبسط می‌شود که احتمالاً سیارات عطارد، زهره، و شاید زمین را در خود فرو خواهد برد. دانشمندان پیش‌بینی می‌کنند که خورشید اکنون کمتر از نیمی از عمر خود را پشت سر گذاشته است و حدود ۵ میلیارد سال دیگر دوام خواهد آورد، پیش از آنکه به یک کوتوله سفید تبدیل شود.

خورشید چه رنگی است؟

رنگ خورشید از دید انسان‌ها، سفید مایل به زرد به نظر می‌رسد، اما در واقع نور خورشید ترکیبی از تمام رنگ‌های طیف نور مرئی است. هنگامی که نور خورشید از جو زمین عبور می‌کند، رنگ زرد غالب می‌شود، زیرا نور آبی و بنفش بیشتر پراکنده می‌شوند. اگر نور خورشید را بدون اثر جو زمین مشاهده کنید، مانند مشاهده آن از فضا، خورشید سفید به نظر می‌رسد.

ساختار و ترکیبات خورشید

خورشید یک گوی عظیم از هیدروژن و هلیوم است که توسط نیروی گرانش خودش کنار هم نگه داشته شده است.

خورشید از چندین بخش تشکیل شده است. مناطق داخلی شامل هسته، منطقه تابشی و منطقه همرفتی هستند. با حرکت به سمت بیرون، فتوسفر (سطح قابل مشاهده خورشید) قرار دارد، سپس کروموسفر، پس از آن منطقه انتقالی و در نهایت تاج خورشیدی، یعنی جو بیرونی گسترده خورشید.

زمانی که مواد از تاج خورشیدی با سرعت مافوق صوت خارج می‌شوند، به باد خورشیدی تبدیل شده و یک حباب مغناطیسی عظیم در اطراف خورشید ایجاد می‌کنند که هلیوسفر نام دارد. هلیوسفر فراتر از مدار سیارات منظومه شمسی امتداد می‌یابد، به این معنی که زمین درون جو خورشید قرار دارد. خارج از هلیوسفر، فضای میان‌ستاره‌ای آغاز می‌شود.

هسته داغ‌ترین بخش خورشید است. واکنش‌های هسته‌ای در این بخش که در آن، اتم‌های هیدروژن با هم ترکیب شده و هلیوم تشکیل می‌دهند انرژی گرمایی و نوری خورشید را تامین می‌کنند. دمای این بخش به بیش از ۲۷ میلیون درجه فارنهایت (۱۵ میلیون درجه سلسیوس) می‌رسد و ضخامت آن حدود ۱۳۸ هزار کیلومتر است. چگالی هسته خورشید حدود ۱۵۰ گرم بر سانتی‌متر مکعب است، یعنی تقریبا ۸ برابر چگالی طلا (۱۹.۳ g/cm³) یا ۱۳ برابر چگالی سرب (۱۱.۳ g/cm³).

انرژی تولیدشده در هسته، توسط تابش به بیرون منتقل می‌شود. این تابش در منطقه تابشی بارها پراکنده شده و حدود ۱۷۰ هزار سال طول می‌کشد تا از هسته به بالای منطقه همرفتی برسد. در منطقه همرفتی، دما به کمتر از ۳.۵ میلیون درجه فارنهایت (۲ میلیون درجه سلسیوس) کاهش می‌یابد. در این بخش، حباب‌های بزرگ پلاسمای داغ به سمت فتوسفر، که همان لایه‌ای است که ما به‌عنوان سطح خورشید می‌شناسیم، حرکت می‌کنند.

سطح خورشید

خورشید مانند زمین و دیگر سیارات و قمرهای سنگی، سطح جامد ندارد. بخشی از خورشید که معمولا سطح خورشید نامیده می‌شود، فتوسفر است. واژه فتوسفر به معنی کره نورانی است، زیرا این لایه بیشترین نور مرئی را ساطع می‌کند و همان چیزی است که ما از زمین با چشم می‌بینیم. البته، هرگز نباید مستقیما به خورشید نگاه کرد، مگر با محافظت مناسب از چشم‌ها.

با وجود اینکه آن را سطح می‌نامیم، فتوسفر در واقع اولین لایه جو خورشید است. این لایه حدود ۴۰۰ کیلومتر ضخامت دارد و دمای آن به حدود ۱۰ هزار درجه فارنهایت (۵,۵۰۰ درجه سلسیوس) می‌رسد. این دما بسیار کمتر از دمای سوزان هسته است، اما هنوز آن‌قدر بالاست که کربن (مانند الماس و گرافیت) نه‌تنها ذوب شود، بلکه بجوشد. بیشتر تابش‌های خورشید از فتوسفر به فضا منتشر می‌شود.

جو خورشید

در بالای فتوسفر، کروموسفر، منطقه انتقالی و تاج خورشیدی قرار دارند. همه دانشمندان منطقه انتقالی را به عنوان یک بخش مجزا در نظر نمی‌گیرند؛ این ناحیه در واقع لایه‌ای نازک است که در آن، کروموسفر به‌سرعت گرم شده و به تاج خورشیدی تبدیل می‌شود. فتوسفر، کروموسفر و تاج خورشیدی همگی بخشی از جو خورشید هستند. گاهی تاج خورشیدی به‌طور غیررسمی جو خورشید نامیده می‌شود، اما در واقع، این لایه فوقانی جو خورشید است.

جو خورشید جایی است که پدیده‌هایی مانند لکه‌های خورشیدی، حفره‌های تاجی و شراره‌های خورشیدی رخ می‌دهند.

ویژگی‌های کلیدی خورشید

نور مرئی و کسوف خورشیدی

نور مرئی ساطع‌شده از لایه‌های بالایی خورشید معمولا به دلیل روشنایی بیشتر فتوسفر، دیده نمی‌شود. اما در هنگام خورشیدگرفتگی کامل، زمانی که ماه فتوسفر را می‌پوشاند، کروموسفر مانند یک حلقه نازک و قرمز رنگ در اطراف خورشید دیده می‌شود، در حالی که تاج خورشیدی مانند یک تاج سفید ظاهر می‌شود. جریان‌های پلاسمایی تاج خورشیدی به بیرون گسترش یافته و شکلی شبیه به گلبرگ‌های گل ایجاد می‌کنند.

یکی از بزرگ‌ترین رازهای خورشید این است که تاج خورشیدی بسیار داغ‌تر از لایه‌های پایینی آن است. تصور کنید که از کنار یک آتش دور شوید، اما گرم‌تر شوید! منشا گرمای تاج خورشیدی یکی از معماهای حل‌نشده در مطالعات خورشید است.

مغناط‌سپهر (مگنتوسفر)

خورشید میدان‌های مغناطیسی عظیمی تولید می‌کند که در فضا گسترش یافته و میدان مغناطیسی میان‌سیاره‌ای را تشکیل می‌دهند. این میدان توسط باد خورشیدی که جریانی از گازهای باردار الکتریکی که در تمام جهات از خورشید خارج می‌شود است در سراسر منظومه شمسی حمل می‌شود. هلیوسفر، حباب بزرگی از فضا است که تحت سلطهٔ میدان مغناطیسی خورشید قرار دارد.

چرخش خورشید باعث می‌شود که میدان مغناطیسی آن به شکل یک مارپیچ چرخشی بزرگ، موسوم به مارپیچ پارکر (Parker Spiral)، گسترش یابد. این الگو شبیه به الگوی پاشش آب از یک آب‌پاش دوار در باغ است.

چرخه خورشیدی

خورشید همیشه رفتار ثابتی ندارد و بین دوره‌های فعالیت بالا و پایین در حال تغییر است که به آن چرخه خورشیدی گفته می‌شود. تقریبا هر ۱۱ سال، قطب‌های مغناطیسی شمال و جنوب خورشید جابه‌جا می‌شوند. در طول این چرخه، فتوسفر، کروموسفر و تاج خورشیدی از وضعیت آرام به وضعیتی بسیار فعال تغییر می‌کنند.

در اوج این چرخه، فعالیت خورشید به بیشترین میزان خود می‌رسد که به آن حداکثر خورشیدی (Solar Maximum) گفته می‌شود. در این زمان، تعداد لکه‌های خورشیدی افزایش می‌یابد، شراره‌های خورشیدی فوران می‌کنند و فوران‌های تاج خورشیدی (CMEs) رخ می‌دهند.

آخرین چرخه خورشیدی (چرخه خورشیدی ۲۵) در دسامبر۲۰۱۹ آغاز شد، زمانی که حداقل خورشیدی رخ داد. بر اساس پیش‌بینی دانشمندان ناسا و اداره ملی اقیانوسی و جوی (NOAA) آمریکا، انتظار می‌رود که فعالیت خورشیدی تا اوج خود در ژوئیه۲۰۲۵ افزایش یابد.

تاثیر فعالیت خورشیدی بر زمین

فعالیت‌های خورشیدی مقادیر عظیمی از انرژی و ذرات باردار آزاد می‌کنند که برخی از آن‌ها به زمین برخورد می‌کنند. مانند وضعیت آب‌وهوای زمین، آب‌وهوای فضایی نیز تحت تاثیر فعالیت خورشیدی به‌طور مداوم تغییر می‌کند. این پدیده می‌تواند بر روی ماهواره‌ها، سامانه GPS و ارتباطات رادیویی تأثیر بگذارد. حتی می‌تواند شبکه‌های برق را مختل کرده و به لوله‌های انتقال نفت و گاز آسیب برساند.

قوی‌ترین طوفان ژئومغناطیسی ثبت‌شده، رویداد کارینگتون (Carrington Event) در سال ۱۸۵۹ بود. این طوفان که ناشی از یک شراره خورشیدی عظیم بود، سامانه‌های تلگراف را در سراسر جهان مختل کرد. جریان‌های الکتریکی در سیم‌ها، تلگراف‌چی‌ها را دچار شوک کرده و حتی برخی کاغذهای تلگراف را آتش زد.

در روز بعد، آسمان سراسر زمین با شفق‌های سرخ، سبز و بنفش درخشان شد که ناشی از تعامل انرژی خورشیدی با جو زمین بود. این شفق‌های قطبی به حدی روشن بودند که مردم می‌توانستند روزنامه‌ها را در نیمه‌شب بخوانند! این پدیده در مناطقی تا جنوب کوبا، باهاما، جامائیکا، السالوادور، و هاوایی نیز قابل مشاهده بود.

در ۱۳مارس۱۹۸۹، یک شراره خورشیدی دیگر باعث ایجاد طوفان ژئومغناطیسی شد که سامانه برق ایالت کبک در کانادا را مختل کرد. ۶ میلیون نفر به مدت ۹ ساعت در خاموشی فرو رفتند. این طوفان همچنین باعث شد ترانسفورماتورهای برق در نیوجرسی ذوب شوند.

در دسامبر۲۰۰۵، پرتوهای ایکس ناشی از یک طوفان خورشیدی، ارتباط بین ماهواره‌ها و ایستگاه‌های زمینی را مختل کرده و سیگنال‌های GPS را برای حدود ۱۰ دقیقه قطع کرد.

مرکز پیش‌بینی آب‌وهوای فضایی NOAA فعالیت خورشیدی را نظارت کرده و هشدارهایی درباره رویدادهای خطرناک فضایی صادر می‌کند.

اطلاعات سریع درباره خورشید

طول یک روز خورشیدی:

• ۲۵ روز زمینی در استوا
• ۳۶ روز زمینی در قطب‌ها

طول یک سال خورشیدی:

خورشید سال ندارد، اما هر ۲۳۰ میلیون سال زمینی، یک دور کامل به دور کهکشان راه شیری می‌چرخد.

نوع ستاره:

G2 V، کوتوله زرد در رشته اصلی

دمای سطح خورشید (فتوسفر):

۱۰ هزار درجه فارنهایت (۵,۵۰۰ درجه سلسیوس)

دمای تاج خورشیدی:
تا ۳.۵ میلیون درجه فارنهایت (۲ میلیون درجه سلسیوس)