ظهر المقال لأول مرة في مجلة Young Galileo Youth Journal
عمي زوسيمان
ظاهرة الفصول
فلماذا يكون الجو حارا جدا في الصيف؟ في فصل الصيف نلاحظ أن الجو أكثر سخونة خلال النهار، كما أن هناك المزيد من ساعات النهار في النهار. من الأخطاء الشائعة أن معظم الناس يفترضون أن المدار الإهليلجي للأرض حول الشمس يجعل الأرض أقرب إلى الشمس وبالتالي ينشأ الصيف (الأقرب يعني أكثر دفئًا) وفي الشتاء تكون الأرض أبعد عن الشمس وبالتالي أكثر برودة. وعلى الرغم من صحة أن مدار الأرض بيضاوي الشكل، إلا أن هذا لا يكاد يذكر، وليس سببًا لوجود الفصول. ويكون التغير في المسافة صغيرًا نسبيًا، وأقصر مسافة، إن وجدت، هي في عز الشتاء.
السبب الذي يجعلنا نعيش الصيف والخريف والشتاء والربيع هو ميل الأرض حول محورها.
تميل الأرض حوالي 23.5 درجة عن محور الدوران (انظر الصورة التي توضح الفصول في إسرائيل حسب ميل الأرض بالنسبة للشمس) بحيث تتلقى النقاط البعيدة عن خط الاستواء المزيد من أشعة الشمس المباشرة في جزء واحد من العام وأقل بكثير في جزء آخر من العام.
في الواقع، تمتص إسرائيل الواقعة شمال خط الاستواء المزيد من أشعة الشمس المباشرة لأن ميل الأرض يجعل إسرائيل "أقرب" إلى الشمس من أجزاء أخرى من العالم التي تتلقى قدرًا أقل من ضوء الشمس المباشر في نفس الوقت. ومن ناحية أخرى، تميل إسرائيل في الشتاء نحو الاتجاه "الأبعد" من الشمس، وبالتالي تتلقى قدرًا أقل من أشعة الشمس المباشرة. (انظر الصورة المرفقة)
لذلك اتضح أنه في فصل الصيف تتلقى إسرائيل حرارة من الشمس، وهناك عدد أكبر من ساعات النهار. وفي الوقت نفسه، يوجد فصل الشتاء في الأماكن الواقعة في الجانب الجنوبي من الكرة الأرضية مثل أستراليا أو أمريكا الجنوبية.
بالنسبة لمعظم الناس، تعتبر الشمس شيئًا ثابتًا يوميًا وواضحًا تقريبًا. إلا أن العديد من العمليات التي اكتشفتها التلسكوبات العائمة في الفضاء فقط في السنوات الأخيرة تكشف لنا أشياء غامضة وخفية عن الشمس. عن ذلك وأكثر في وقت لاحق.
حجم الشمس.
تحتوي كتلة الشمس على أكثر من 99% من الكتلة الإجمالية للنظام الشمسي بأكمله. وهذا يعني أن بقية الكواكب تشكل جزءًا صغيرًا جدًا من الكتلة الإجمالية للنظام الشمسي. كتلة KDWA وحدها لديها نسبة أصغر من إجمالي هذه النسبة. (كتلة الشمس تساوي 330 ضعف كتلة الأرض).
يبلغ قطر الشمس ما يزيد قليلاً عن 100 مرة قطر الأرض، لذا يمكنك وضع 100 كرة أرضية في خط مستقيم وسيتم ابتلاعها داخل الشمس نفسها.
الشمس - ملايين القنابل النووية في الثانية.
تشكلت شمسنا من سديم غازي ضخم كان يتواجد في المنطقة منذ مليارات السنين. جمعت الجاذبية معظم كتلة هذا السديم ببطء في نقطة واحدة، ثم قلصتها في النهاية إلى كرة عملاقة من الغاز. مع زيادة الضغط، بسبب قوة الجاذبية القوية على النقطة الأكثر مركزية في كرة الغاز البدائية، يتم إنشاء حالة خاصة نسميها "الاندماج النووي". تسبب الضغط الهائل والحرارة الشديدة التي أثرت على نوى الهيدروجين في سلسلة من التفاعلات التي انتهت بتكوين نوى عنصر أكثر تعقيدًا - الهيليوم. خلال سلسلة التفاعلات، يتم إطلاق الكثير من الطاقة إلى عباءة النواة.
في هذه المرحلة الزمنية تشكلت الشمس (منذ ما يزيد قليلاً عن 4.5 مليار سنة). تحتوي الشمس على حوالي 92% هيدروجين، وحوالي 8% هيليوم، وبقايا غازات أخرى، والقليل من المعادن. تستخدم الشمس عملية الاندماج النووي بمعدل 5 ملايين طن من الهيدروجين في الثانية. وكل هذا في آخر 4 مليارات سنة على التوالي.
خلق هذا الوضع بين ضغط الجاذبية المتقلص إلى الداخل والغازات الساخنة المتوسعة توازنًا دقيقًا تم الحفاظ عليه حتى يومنا هذا.
بالنسبة لأولئك القراء الذين بدأوا يشعرون بالقلق قليلاً، يمكنكم أن تطمئنوا إلى أنه حتى بهذا المعدل، فإن الشمس سوف تستغرق مليار سنة أخرى حتى تستهلك كل "وقود الهيدروجين" الخاص بها.
وماذا سيحدث بعد ذلك؟ انتظر النهاية.
الرحلة المتعبة من قلب الشمس إلى كدفاه
وتمر الطاقة الخارجة من نواة الشمس على شكل إشعاع عبر "منطقة الإشعاع" الواسعة ولكنها لا تصل إلى السطح مباشرة، بل تنتقل من جسيم إلى آخر في عملية طويلة تدوم حوالي 2 مليون سنة.
فقط عندما تصل الطاقة بالقرب من الحافة، إلى "منطقة الحمل الحراري" الضيقة نسبيًا، يحدث الحمل الحراري للطاقة إلى السطح عن طريق صعود المادة الساخنة إلى السطح ونزول المادة الباردة إلى أسفل السطح (انظر المرفق صورة)
ويصل الغاز الساخن إلى طبقة رقيقة نسبياً تسمى الغلاف الضوئي ("الطبقة المرئية")، ومن هناك في خط مستقيم وبسرعة الضوء إلى جميع مساحات النظام الشمسي. عندما نرى الشمس، فإننا في الواقع نرى فقط ذلك الجزء الذي يتعرض لنا ويشع لنا باللون الأصفر والأبيض. ولمن تساءل عن سبب ظهور الشمس بهذا اللون بالفعل، مرفق الشرح التالي:
في لاغ بومر، نظر الفضوليون بيننا إلى الجمر. كان بعضها أسود ورمادي ولكن بعضها كان أحمر جدًا وحتى مصفر. هذا هو الفحم الأكثر سخونة ويمكن أن تصل درجة الحرارة في أعماق النار إلى مئات الدرجات. درجة حرارة الجسم الذي تشع حرارة تحدد لونه! وهكذا نعرف أن الشمس تشع عند درجة حرارة حوالي 6000 درجة مئوية لأنها تبدو لنا بيضاء مصفرة.
الطبقة العليا، ولكن غير المرئية هي "الهالة"، ("الإكليل"). وهي طبقة شديدة الحرارة يمكن أن تصل إلى مليون درجة مئوية ولكنها غير مرئية لأنها طبقة رقيقة جدًا بحيث لا يمكن رؤيتها على خلفية الشمس القوية. فقط في حالات كسوف الشمس، عندما يخفي القمر الشمس بأكملها بالضبط، يمكن رؤية شكل الهالة، التي يمكن أن يصل قطرها إلى 10 أضعاف قطر الشمس.
الإشعاع القاتل
تبلغ مسافة الأرض عن الشمس حوالي 150 مليون كيلومتر. ومن خلال هذه المسافة يمكن حساب أن الضوء الخارج من الشمس يصل إلى سرعة الضوء في حوالي 8 دقائق، مما يعني أننا نرى الضوء الذي خرج من الشمس منذ 8 دقائق.
جزء صغير جداً من الإشعاع يغسل الأرض لأنها نقطة صغيرة جداً في النظام الشمسي الضخم، بعض الكواكب الأخرى والباقي يصل إلى أطراف النظام الشمسي وتمتصه حتى النجوم البعيدة.
تخرج هذه الطاقة من الشمس على شكل إشعاع يكون جزئيًا خفيفًا وجزئيًا حارًا وجزئيًا إشعاعًا مميتًا.
ولحسن الحظ، فإن الغلاف الجوي للأرض يحجب معظم الإشعاعات القاتلة. وتشارك في هذا الإجراء طبقة مثل طبقة الأوزون، ومؤخراً يتم الحديث عن مدى أهمية الحفاظ عليها حتى لا يستمر تعرضها للتلف بسبب النشاط البشري.
يمر جزء كبير من الضوء والحرارة عبر الغلاف الجوي ويحرص على تدفئتنا أثناء النهار وذلك بفضل تشتيت الحرارة في الغلاف الجوي - حتى في الليل.
بالإضافة إلى ذلك، تنبعث من الشمس الإلكترونات والبروتونات، وهي جسيمات صغيرة جدًا وسريعة تصل إلى الأرض خلال 3 أيام من لحظة خروجها من الشمس. نحن نسمي هذه الظاهرة "الرياح الشمسية" وهذه الجسيمات خطيرة جدًا على أي شيء نرسله إلى الفضاء. ولحسن الحظ بالنسبة لنا، فإن المجال المغناطيسي لـ KDWA ينحرف ويقمع معظم الجسيمات، مما يؤدي إلى إنقاذ الحياة في KDWA بفضله. الجسيمات التي تصل إلى الأرض لا تفعل ذلك إلا من خلال القطبين وفي هذه العملية تخلق ظاهرة رائعة تسمى "الشفق القطبي الشمالي" أو "الشفق القطبي" (انظر الصورة المرفقة)
يمكن أن يكون اللون الأصفر الموحد للشمس خادعًا لأنه في الصور الأفضل نتمكن من رؤية العديد من النوى. (انظر الصورة المرفقة)
كل نواة من هذا القبيل بحجم الشرق الأوسط وهي في الأساس فقاعات من المواد تخرج من الأسفل باستخدام طريقة الحمل الحراري التي ذكرناها سابقًا (مثل غلاية الغليان). ولكل نواة لونها الخاص حسب مستوى حرارتها. وكما فهمنا سابقًا، فإن النوى الساخنة هي نوى لامعة، وعلى النقيض من ذلك فإن النوى الباردة نسبيًا تكون داكنة.
هكذا حصلنا على ظاهرة "البقع الشمسية". سيتم اكتشاف أن البقع الشمسية تأتي في أزواج وأن مظهرها له نمط يتكرر كل 11 سنة (انظر الرسم البياني المرفق الذي يصف دورة البقع الشمسية من بداية القرن الماضي). في عام 2001، على سبيل المثال، كان هناك عام تم فيه إحصاء الحد الأقصى لعدد البقع الشمسية لنفس الدورة. ومنذ ذلك الحين حدث انخفاض سيصل إلى الحد الأدنى في عام 2007، وبعد ذلك سيبدأ في الارتفاع مرة أخرى نحو عام 2011.
ويعود سبب ظهور البقع الشمسية إلى أن سرعة دوران الغازات الساخنة في الشمس أعلى في المنطقة الاستوائية من سرعة دورانها في الأجزاء الأقرب إلى القطبين. تنمو هذه التشوهات وتخلق ضغطًا مغناطيسيًا على الشمس ينفجر على شكل هذه البقع الشمسية.
وفي الحالات الأكثر شدة، تندلع هذه التشوهات بشكل أكثر عنفًا في ظاهرة تسمى "العاصفة الشمسية" (ربما في الصورة). إنه ثوران قوي، بقوة ملايين القنابل الهيدروجينية التي ترسل كميات هائلة من الغاز إلى الفضاء، إلى جانب الجسيمات.
وهذه الانفجارات قوية لدرجة أنها تؤثر على المجال المغناطيسي للأرض، ولوحظ أنها تتداخل في الماضي مع عمل الأقمار الصناعية وعمليات البث الإذاعي. سوف يزداد الأمر سوءًا، وقد تلحق الضرر بأسلوب حياتنا نظرًا لوجود المزيد من الأقمار الصناعية في الفضاء وحياتنا تعتمد عليها أكثر.
الشمس هي مصدر الحياة على الأرض.
طاقة الشمس التي تصل إلى الأرض تعمل على تسخين الغلاف الجوي والأرض وتمكن من درجات حرارة معقولة لوجود الحياة على كوكبنا. تستخدم النباتات ضوء الشمس للقيام بعملية التمثيل الضوئي. تستخدم مجمعات الطاقة الشمسية الموجودة على أسطح المنازل طاقة الشمس لتوليد الكهرباء التي تعمل على تسخين الغلايات الشمسية لتزويدنا بالمياه الساخنة للاستحمام. يستخدم جسم الإنسان ضوء الشمس لإنتاج فيتامين د الذي يساعد في الحفاظ على مستويات عالية من الكالسيوم والحديد في أجسامنا، لذلك من المهم قضاء بعض الوقت في الشمس للحفاظ على الصحة، ولكن من المهم أيضًا تجنب قضاء الكثير من الوقت في الشمس. الشمس دون حماية مناسبة (بسيطة جدًا: قبعة واسعة الحواف وملابس بأكمام طويلة وواقي من الشمس. واقي من الشمس كل بضع ساعات على المناطق المكشوفة). بالإضافة إلى ذلك، توفر الطاقة الشمسية الكهرباء للأقمار الصناعية في الفضاء، ومنها تلك التي تنقل لنا الصور الجميلة التي ترافق هذا المقال.
مستقبل الشمس
الشمس هي في الواقع نجم. تقريبا كل النقاط التي نراها في سماء الليل هي نجوم وهي شموس كواكب نظامها إن وجدت. نشاهد الفضاء ونرى النجوم تولد وتنضج وحتى تشيخ وتنتهي حياتها بانفجار كبير أو همهمة خافتة.
وشمسنا أيضًا سوف تجد موتها يومًا ما. وفي مليارات السنين سيتم استهلاك وقود الهيدروجين، ونتيجة لذلك سينخفض ضغط الغازات الساخنة المنتشرة. ستتغلب جاذبية الكتلة العظيمة للشمس على الضغط المتناقص، لكن هذه الظاهرة ستسبب بسرعة كبيرة ضغطًا آخر أقوى من ذي قبل. يمكن لمثل هذا الضغط أن يدمج الهيليوم في عناصر أثقل مثل الكربون والأكسجين. وبالتالي، سيستمر الاندماج النووي في توليد طاقة جديدة والمزيد. سوف تنفجر الطاقة الإضافية الناتجة عن مثل هذه العملية وتتسبب في زيادة حجم الشمس بشكل أكبر. ستتحول الشمس إلى "عملاق أحمر" - شمس ضخمة لونها أحمر ساطع. سيتم ابتلاع أقرب الكواكب إلى الشمس، عطارد والزهرة، في العملاق الجديد. سيكون الصيف في الشرق الأوسط في مثل هذا الوقت لا يطاق ولن تكون الحياة قادرة على البقاء. سترتفع درجة الحرارة في KDA بمئات الدرجات وسيصل حجم الشمس إلى مدار KDA تقريبًا. نأمل أن تكون البشرية بحلول ذلك الوقت قد تركت المهد منذ فترة طويلة ووجدت نجومًا أصغر سنًا لتعيش فيها.
وبعد أن تنتهي الشمس من احتواء كل ما لديها من وقود محتمل، فإن غلاف الغازات المحيط بالنواة سوف يهرب إلى الفضاء ويبقى النواة الصغيرة نسبياً وتستمر في التألق بضوء ساطع ولكنه ضعيف نسبياً، وهي ظاهرة تسمى "الضوء الأبيض". قزم".
وبعد مليارات السنين، ستتجمع عباءة الغازات التي ستتسرب إلى الفضاء مرة أخرى تحت ضغط الجاذبية وتشكل شمسًا جديدة مرة أخرى.
دودي زوسيمان مهندس يتعامل مع الفضاء والأقمار الصناعية. وعضو اللجنة في جمعية الفضاء الإسرائيلية
نُشر المقال لأول مرة في مجلة غاليليو يونغ، وهي صحيفة علمية للشباب.
