روی هم رفته چند نوع ذره از خورشید جدا و در فضا منتشر می‌شوند و جرم کلی آن‌ها (در هر ثانیه) چقدر است؟

پاسخ اختصاصی به کانوت:

کارشناس ارشد اخترفیزیک٬ پژوهشگر فیزیک خورشید و منجم آماتور باسابقه

view.html

چه چیزهایی از خورشید می‌­آید؟

آن­چه از خورشید به طرف زمین روانه می­‌شود می‌­توان در دو دسته­‌بندی عمده قرار داد: تابش (ذرات نور) و ذرات ماده. تابش شامل فوتون­‌های نور مرئی، پرتوهای فروسرخ و فرابنفش و ایکس و نیز امواج رادیویی است. تا آن­‌جا که به تابش مربوط است، این ذرات جرم ندارند و شدت انتشار  آن‌­ها را با کمیتی بنام تابندگی برآورد می­‌کنند.

ذرات مادی که از خورشید به سمت زمین روانه می­‌شوند عمدتاً از پدیده­‌ی باد خورشیدی سرچشمه می­‌گیرند. در کنار آن دسته­‌ی دیگری از ذرات وجود دارند که انرژی و سرعت­‌شان از ذرات باد خورشیدی بسیار بیشتر است و به دلیل ساختار، منشأ ایجاد و رفتار فیزیکی متفاوتی که دارند جزء این دسته­‌بندی قرار نمی­‌گیرند و خود گونه­‌ی مستقل از ذرات را تشکیل می­‌دهند.

ذرات پرانرژی خورشیدی

Giant_prominence_on_the_sun_erupted«ذرات پرانرژی خورشیدی» (Solar Energetic Particles, SEPs)، شامل پروتون­‌ها، الکترون­‌ها، یون­‌های هلیوم و یون­‌های مثبت سنگین­‌تر هستند که با سرعت­‌های بسیار بالا، که گاه تا ۸۰ درصد سرعت نور هم می­‌رسد، و انرژی  چندده کیلو تا چند گیگا الکترون­‌ولت از خورشید جدا شده و روانه­‌ی فضای میان­‌سیاره­ای می­‌شوند. حدود ۹۶ درصد از تعداد کل این ذرات از پروتون­ و ۳ درصد از هسته­‌های هلیوم و الکترون­‌ها تشکیل شده است و درصدِ باقیمانده شامل یون­‌هایی مانند کربن، اکسیژن، نیتروژن، نئون، منیزیوم، سیلیکون و آهن است. این ذرات به دو روش می­‌توانند از خورشید جدا شوند؛ یکی از طریق انفجارهای مغناطیسی عظیم موسوم به شراره­‌های خورشیدی، و دیگری از طریق امواج ضربه‌­­ای که در «فوران­‌های تاجی ماده» از خورشید ایجاد می­‌شوند.

باد خورشیدیsunwaves

باد خورشیدی طوفانی از ذرات باردار است که از لایه­‌های بالایی جّو و سطح خورشید به طرف زمین روانه می­‌شود. این باد بیشتر شامل الکترون­‌ها و پروتون­‌هایی است که انرژی از مرتبه­‌ی ۱/۵ تا ۱۰ کیلوالکترون ولت دارند (مقایسه کنید با انرژی مربوط به ذرات پر انرژی خورشیدی). سازوکارهای مغناطیسی مختلف، در کنار انرژی جنبشیِ گرماییِ ذرات باردار به آن­‌ها کمک می­‌کند تا بتوانند به چنان سرعت­‌های بالایی دست یابند که بر سرعت فرار از سطح خورشید (۶۲۰ کیلومتر بر ثانیه) فایق آمده و با غلبه بر گرانش، از خورشید بگریزند.

باد خورشیدی آرام، باد خورشیدی سریع

باد خورشیدی به دو نوع آرام و سریع طبقه­‌بندی می‌­شود. این دو دسته از نظر منشأ تولید، چگالی ذرات، سرعت، انرژی و نوع ذرات سازنده‌­شان متفاوت­‌اند. باد آرام از لایه­‌های بیرونی تاج خورشید وزیده می­‌شود و ذراتی با دمای ۱/۴ تا ۱/۶ میلیون کلوین را با سرعت ۴۰۰ کیلومتربرثانیه روانه‌­ی فضا می­‌کند. در مقابل، باد سریع از لایه­‌ی سطحی نورسپهر خورشید با سرعت ۷۵۰ کیلومتربرثانیه وزیده می­‌شود و دمای ذرات آن کمی پایین­‌تر است؛ ۸۰۰۰۰۰ کلوین! فراوانی هر نوع از بادهای خورشیدی بستگی به فاز چرخه­‌ی فعالیت مغناطیسی خورشید دارد.

تعداد و جرم ذرات

تعداد کل ذراتی که در هر ثانیه توسط باد خورشیدی از آن جدا می­‌شوند عبارت است از (به توان ۳۶) ۱۰ × ۱/۳ ذره. از این رو خورشید در هر سال کسری معادل (به‌توان منفی ۱۴) ۱۰× (۳-۲) برابر از جرم خود را از طریق انتشار باد خورشیدی از دست می­‌دهد، یعنی دست­‌کم یک میلیون تُن در هر ثانیه، و این برابر است با از دست دادن جرمی معادل کره­‌ی زمین در هر ۱۵۰ میلیون سال! با این همه تنها ۰/۰۱ درصد جرم خورشید از این طریق کم می­‌شود و با همین مقیاس ۱۰۰ میلیون سال طول می­‌کشد که کاهشی ۲۰ درصدی در جرم خورشید به­‌دلیل وزش باد خورشیدی مشاهده شود. البته باید در نظر داشت که همه­‌ی این ذراتی که در قالب باد خورشیدی رها می­‌شوند به سمت زمین حرکت نمی­‌کنند. باد خورشیدی در همه­‌ی قسمت‌­های سطح خورشید امکان وقوع دارد، از جمله در سوی مخالفِ زمین آن. فقط پدیده‌­هایی که در سمت روبه­‌زمین خورشید و بخشی از کناره‌­های آن به وقوع می­‌پیوندند قابل مشاهده­‌اند و از این میان، آن‌هایی که در راستای خط واصل زمین و خورشید ایجاد می­‌شوند ذراتی را به سمت زمین روانه می­‌کنند.

green-aurora-rosing_1417_600x450تأثیر ذرات باد خورشیدی بر زمین

میدان معناطیسی اطراف زمین بخش عمده‌­ی بادهای خورشیدی را که به زمین می­‌رسند منحرف و تضعیف می­‌کند و در واقع سپر محکمی در برابر نفوذ بسیاری از (و نه همه­‌ی) آن­‌ها فراهم می‌کند.

باد خورشیدی و ذرات سازنده­‌ی آن عامل ایجاد تغییرات موقت و مهم در میدان مغناطیسی اطراف زمین­‌اند و آثاری مانند تغییر شکل کلی میدان اطراف زمین، سرعت و نحوه­‌ی نوسان خطوط میدان، تغییر چگالی خطوط و راستای آن­‌ها ایجاد می­‌کنند و این به نوبه­‌ی خود تغییراتی را در الگوهای آب و هوای فضایی اطراف زمین سبب می­‌شود.

همچنین هنگامی که برخی از این بادهای خورشیدی بزرگ مقیاس (که تحت عنوان فوران تاجی ماده) شناخته می­‌شوند، در راستای زمین وقع شده به زمین می­‌رسند و میدان مغناطیسی اطراف زمین را به­‌صورت موقت مختل می­‌کنند، جریان­‌های الکترومغناطیسی در زمین ایجاد می­‌شود. این جریان اثراتی مانند اختلال در ارتباطات رادیویی و ماهواره­‌ای، تحمیل افت و خیز در امواج رادیویی رسیده از فضا، تغییر در ولتاژ خطوط انتقال نیرو، ایجاد اشکال در سیستم­‌های ناوبری و هدایت پرواز، اختلال در دستگاه­‌های الکتریکی و الکترونیکی، و نیز وقوع پدیده­‌ی نورانی موسوم به شفق قطبی دارد.

نوترینوهای خورشیدی

IMG_8608_0نوتروینوها ذراتی با جرم بسیار کم (ولی غیر صفر) و بدون بار هستند که در مراحل اولیه­‌ی چرخه­‌ی پروتون-پروتون در هسته­‌ی خورشید تولید می­‌شوند و به سبب اندرکنش بسیار ناچیزشان با ماده، مستقیماً از مرکز روانه­‌ی سطح خورشید و از آن‌جا رهسپار فضای اطراف، از جمله زمین می­‌شوند. در هر ثانیه میلیاردها عدد از این ذرات از مساحت مردمک چشم ما عبور می­‌کنند، بدون اینکه کوچک‌ترین ادراکی ایجاد کند. از این­‌رو ردیابی و آشکارسازی این ذرات بسیار مشکل است، اما دانشمندان توانسته‌اند با طراحی و انجام آزمایش­‌های خاص در آزمایشگاه­‌های پیچیده، نوترینوها را به دام بیاندازند و آشکار کنند. با این­‌حال تعداد و چگالی این ذرات دقیقاً بر مقادیری که از نظریه­‌های حاکم بر واکنش‎­های هسته­‌ای مرکز خورشید استخراج می­‌شود منطبق نیست و تفاوت تقریباً ۳۰ درصدی دارد. در واقع آهنگ به­‌دام‌­اندازی نوترینوها یک سوم مقدار پیش‌­بینی شده است. با اینکه نوترینوها به دلیل عدم واکنش با ماده ذرات مهم و تأثیرگذاری محسوب نمی­‌شوند اما موضوع تعداد و فراوانی آن­‌ها یکی از مسائل حل نشده و معماهای مطرح در زمین‌ه­ی فیزیک خورشید است که می­‌تواند اطلاعات مهمی در مورد چرخه­‌ی واکنش­‌های هسته­‌ای مرکز خورشید و فرآیند تولید انرژی در آن در بر داشته باشد. اطلاعاتی که در زمینه­‌ی انجام آزمایشگاهیِ فرآیند هم­جوشی هسته­‌ای و تولید انرژی از این طریق قطعاً راهگشا خواهد بود.

  • ریحانه

    لطفا در مورد میدان نقطه ی صفر و میزان انرژِ ی در این میدان مطلبی رو بگذارید …

  • اا

    سلام.خوب بود
    در مورد مقدار و جزئیات تولید ضد ماده درخورشید .. هم مطلب بذارید

تمام حقوق این سایت برای © 2018 پرسش و پاسخ محفوظ است. خدمتی از کانون نگارش و ترجمه کانوت
قدرت گرفته از وردپرس فارسی