يتكون نظامنا الشمسي من نجم رئيسي واحد يعرف بالشمس. بفضل الشمس يمكن لكوكب الأرض أن يحصل على ما يكفي من الطاقة على شكل ضوء وحرارة. كثير من الناس لا يعرفون جيدا ما هي الشمس حقًا. وهو النجم المسؤول عن مختلف الظروف المناخية والتيارات المحيطية وفصول السنة. وهو النجم المسؤول عن جعل الظروف المعيشية على كوكبنا ممكنة.
لذلك، سنخصص هذا المقال لشرح ما هي الشمس وما هي خصائصها وما هي الوظائف التي تؤديها في الكون وعلى كوكبنا.
ما هي الشمس
أول شيء هو أن نفهم ما هي الشمس وما هو أصلها. الشمس هي أهم جرم سماوي لظروف الحياة الموجودة على الأرض. تشكلت منذ حوالي 4.600 مليار سنة من سحابة جزيئية من الغاز والغبار. بدأت هذه المادة في التكتل تحت تأثير الجاذبية، وهي القوة التي جذبت المزيد والمزيد من المادة، مما أدى إلى ارتفاع درجة الحرارة.
وفي مرحلة ما، وصلت درجة الحرارة إلى ما يقرب من مليون درجة مئوية، مما أدى إلى اندماج الهيدروجين إلى الهيليوم، وهو تفاعل نووي يطلق كميات هائلة من الطاقة على شكل ضوء وحرارة. رد الفعل هذا هو ما يبقي الشمس مستقرة وتعمل كنجم قزم أصفر من نوع G2V.
وعلى عكس النجوم الأخرى، فإن الشمس صغيرة نسبيًا، لكن تأثيرها أساسي للحياة على الأرض. وبدون طاقتها، سيكون كوكبنا مكانا باردا وخاملا. على الرغم من أن البشر لا يستطيعون مراقبة الشمس مباشرة، فقد تم تطوير العديد من الأدوات مثل التلسكوبات والأقمار الصناعية لدراستها. وبفضلهم تمكن العلماء من تحديد بنيته وتكوينه ودورة حياته. كما اكتشفوا أن الشمس مسؤولة عن العديد من الظواهر الجوية والفضائية مثل الرياح الشمسية والعواصف الشمسية.
خصائص الشمس
تعتبر الشمس من أقرب النجوم إلى الأرض، حيث تبعد عنا حوالي 150 مليون كيلومتر. وعلى الرغم من وجود نجوم أخرى أكبر وأكثر سطوعًا، إلا أن الشمس هي نجم رئيسي داخل مجرتنا، درب التبانة. وفيما يلي نعرض بالتفصيل الخصائص الرئيسية للشمس:
- الحجم: يبلغ نصف قطر الشمس 695.500 كيلومتر، أي ما يعادل 109 أضعاف حجم الأرض. ولو كانت كرة مجوفة، لكان بداخلها أكثر من 1.300.000 كوكب مثل كوكبنا.
- التكوين: ويتكون بشكل رئيسي من الهيدروجين (74% من كتلته) والهيليوم (24%)، على الرغم من أنه يحتوي أيضًا على آثار لعناصر أثقل مثل الأكسجين والكربون والحديد.
- درجة الحرارة: تبلغ درجة حرارة سطح الشمس حوالي 5.500 درجة مئوية. ومع ذلك، في قلبها، حيث تحدث تفاعلات الاندماج النووي، يمكن أن تصل درجة الحرارة إلى 15 مليون درجة مئوية.
- سطوع: الطاقة الصادرة عن الشمس هائلة. فهو يحول كل ثانية حوالي 620 مليون طن من الهيدروجين إلى هيليوم، ويطلق كمية من الطاقة تعادل 3,8 × 10^26 واط، وهي كافية لتلبية احتياجات الأرض من الطاقة لملايين السنين.
وبالإضافة إلى هذه الخصائص، تتمتع الشمس بدورة نشاط تدوم حوالي 11 عامًا، تتعاقب خلالها فترات النشاط المرتفع والمنخفض. في أوقات النشاط الأقصى، تحدث المزيد من البقع الشمسية والانفجارات التي يمكن أن تؤثر على الأرض بظواهر مثل الأضواء الشمالية والعواصف المغنطيسية الأرضية.
الهيكل الداخلي للشمس
الشمس عبارة عن كرة غازية في حركة مستمرة. وعلى الرغم من أنه لا يتمتع بسطح صلب مثل الكواكب الصخرية، إلا أن العلماء تمكنوا من التعرف على عدة طبقات في تركيبه الداخلي، تتميز كل واحدة منها بخصائص مختلفة. هذه هي:
- جوهر: وهو الجزء الأعمق من الشمس، حيث تحدث تفاعلات الاندماج النووي التي تولد كل طاقة النجم. يشغل قلب الشمس حوالي 25% من نصف قطر الشمس، وتبلغ أعلى درجة حرارة له حوالي 15 مليون درجة مئوية.
- منطقة مشعة: عندما يتم إطلاق الطاقة في القلب، فإنها تنتشر إلى الخارج عبر هذه المنطقة. في المنطقة المشعة، يتم نقل الطاقة بشكل أساسي من خلال الإشعاع، مما يتسبب في امتصاص الجزيئات للفوتونات وإعادة إصدارها بشكل مستمر. تنخفض درجة الحرارة هنا تدريجياً من 7 ملايين درجة إلى 2 مليون درجة.
- منطقة الحمل الحراري: تبدأ هذه الطبقة على عمق 200.000 ألف كيلومتر تقريبًا تحت سطح الشمس. وهنا، يتم نقل الطاقة من خلال تيارات الحمل الحراري، حيث ترتفع البلازما الساخنة وتبرد ثم تهبط مرة أخرى. هذه العملية مسؤولة عن البقع الشمسية والتوهجات الشمسية.
- الغلاف الضوئي: وهي الطبقة المرئية من الشمس، ومنها يأتي الضوء الذي يصل إلى الأرض. للوهلة الأولى تبدو ناعمة، ولكن من خلال التلسكوبات يمكننا ملاحظة البقع الشمسية، وهي مناطق أكثر برودة وأكثر قتامة. تبلغ درجة حرارة الغلاف الضوئي حوالي 5.500 درجة مئوية.
- الكروموسفير: إنها طبقة أرق تقع فوق الغلاف الضوئي. يتميز الكروموسفير بمظهر محمر يمكن رؤيته أثناء كسوف الشمس وتتراوح درجة حرارته بين 6.000 و 36.000 درجة.
- الاكليل: وهي الطبقة الخارجية للغلاف الجوي الشمسي. على الرغم من بعده عن القلب، يمكن أن تصل درجة حرارة الإكليل إلى 2 مليون درجة. مظهره عبارة عن هالة خافتة من الغاز تُلاحظ أثناء الكسوف.
بفضل المراقبة المستمرة، تم اكتشاف أن النشاط الشمسي لا يؤثر فقط على عملياته الداخلية، بل يؤثر أيضًا على بيئته. تعد الانبعاثات الكتلية الإكليلية والتوهجات الشمسية والرياح الشمسية أمثلة على الظواهر التي يمكن أن يكون لها تداعيات على كوكبنا، مما يؤثر على الاتصالات والأنظمة الكهربائية.
أهمية الشمس للأرض
وبدون الشمس، لن تكون الحياة كما نعرفها ممكنة. تعتمد الكثير من العمليات الطبيعية التي تحافظ على ظروف الحياة على الأرض على الطاقة التي توفرها الشمس. فيما يلي الطرق الرئيسية التي تؤثر بها الشمس على كوكبنا:
- مصدر الطاقة: الشمس هي المصدر الرئيسي للطاقة للأنظمة البيئية للأرض. تقوم النباتات، من خلال عملية التمثيل الضوئي، بتحويل ضوء الشمس إلى طاقة كيميائية تغذي الحيوانات العاشبة، والتي بدورها تستهلكها الحيوانات آكلة اللحوم. وبهذه الطريقة، تدعم الشمس جميع سلاسل الغذاء تقريبًا على هذا الكوكب.
- المناخ والمواسم: الإشعاع الشمسي هو المسؤول عن تسخين سطح الأرض، مما يؤدي إلى ظهور الظواهر المناخية وفصول السنة. إن ميل محور الأرض والتباين في كمية الإشعاع الشمسي الذي يسقط على مناطق معينة هي العوامل التي تفسر، على سبيل المثال، الشتاء البارد في نصف الكرة الشمالي والصيف الحار في نصف الكرة الجنوبي.
- تنظيم دورة المياه: يحرك الإشعاع الشمسي أيضًا دورة المياه. تتسبب حرارة الشمس في تبخر الماء من المحيطات والأنهار والبحيرات. ويرتفع هذا الماء إلى الغلاف الجوي، ثم يبرد ثم يعود بعد ذلك إلى الأرض على شكل أمطار أو ثلج، ليغذي المسطحات المائية.
- حماية الغلاف الجوي: وعلى الرغم من أن الرياح الشمسية يمكن أن تسبب ظواهر مثل الأضواء الشمالية، إلا أنها تلعب أيضًا دورًا رئيسيًا في حماية الغلاف الجوي للأرض. ينحرف الغلاف المغناطيسي للأرض عن جزيئات الرياح الشمسية، مما قد يؤدي إلى تآكل الغلاف الجوي ويؤثر على الحياة على الكوكب.
على مر التاريخ، اعتبرت الشمس أحد الآلهة الرئيسية في مختلف الثقافات بسبب تأثيرها الواضح على الحياة على الأرض. وعلى الرغم من أننا نفهمه اليوم من وجهة نظر علمية، إلا أنه لا يزال نجمًا رئيسيًا ليس فقط لنظامنا الشمسي، بل لوجود كل ما نعرفه.