مگر خورشید کره‌ای گازی نیست، پس چطور لکه‌های تیره‌ای روی آن شکل می‌گیرند و از بین می‌روند؟

پاسخ اختصاصی به کانوت:

کارشناس ارشد اخترفیزیک٬ پژوهشگر فیزیک خورشید و منجم آماتور باسابقه

بهتر است در ابتدا ببینیم منظور از «سطح» در یک کره­‌ی گازی (ستاره) چیست؟ خورشید کره­‌ای متشکل از گاز، و اگر دقیق­‌تر بگوییم متشکل از پلاسما است. یعنی گاز داغ یونیده، که به­‌خاطر دمای بالا یون­‌های مثبت و منفی آن از یکدیگر جدا شده­‌اند. اگر قرار باشد توده­‌ای از گاز در ناحیه­‌ای از فضا جمع شود و ستاره­‌ای مانند خورشید را تشکیل دهد، لازم است مقدار آن خیلی زیاد باشد تا اثرات گرانشی متقابل تک­‌تک ذراتش بتواند در نهایت جاذبه­‌ی گرانشی بزرگی ایجاد کند و ذرات  توده را کنار هم نگه دارد و شکل کروی به آن بدهد (جرم خورشید ۳۳۳۰۰۰ بار بیشتر از جرم زمین است). بنابراین در قسمت­‌های مرکزی این کره، به دلیل وزن لایه­‌های بالاتر، ماده بسیار فشرده و چگالی بالاست؛ ۱۶۰ گرم بر سانتی‌متر مکعب. (برای مقایسه، چگالی آب ۱ گرم بر سانتی‌متر مکعب است.) هر چه از مرکز فاصله بگیریم و به سطح نزدیک­‌تر شویم از تراکم ماده کاسته می­‌شود و در نزدیکی سطح به کم‌ترین مقدار می­‌رسد. یعنی گرم بر سانتی‌متر مکعب. با این توصیف متوجه می­‌شویم که نمی­‌توان مرز شفاف و روشنی بین ناحیه­‌ی داخلی (درون خورشید) و ناحیه­‌ی خارجی (جوّ آن) در نظر گرفت .

مثال زیر می­‌تواند به روشن­‌تر شدن مسئله کمک کند

4046-1350963583

تصویر تلسکوپ مداری «هینوده» از سطح خورشید

فرض کنید در یک جاده­‌ی کوهستانی در حال رانندگی هستید. تصاویر هوایی نشان می­‌دهند در فاصله­‌ی ده کیلومتری شما مه غلیطی در نزدیکی سطح وجود دارد. در این تصویر، مرز ناحیه­‌ی مه­‌آلود تقریباً مشخص است، زیرا تصویر از فاصله­‌ی زیادی گرفته شده است. برای شما که در اتومبیل خود نشسته­‌اید، ورود به این ناحیه به مرور و به آرامی صورت می­‌گیرد و ممکن است فاصله­‌ی محلِ مشاهده­‌ی نخستین اثرات مه تا ناحیه­‌ی متراکم توده­‌ی اصلیِ آن چند صد متر باشد. این را مقایسه کنید با ناظر فرضی که می­‌خواهد در امتداد خط شعاعیِ مستقیم به مرور به سطح خورشید نزدیک شود. این ناظری هم یک «لایه­‌ی سطحی ضخیم» خواهد دید نه یک «صفحه­‌ی سطحی مشخص». بنابراین فقط به دلیل فاصله­‌ی خیلی زیاد خورشید است که در تصاویر لبه‌ی آن تیز و مشخص دیده می­‌شود، در حالی که اگر در نزدیکی خورشید باشم سطح آن را مانند سطح آب جوشان خواهیم دید که دائماً در حال حباب زدن است و لایه­‌ی غلیطی از بخار آن را پوشانده و نمی­‌توان گفت سطحش واقعاً کجاست.

ماهیت لکه­‌های خورشید

با توجه به توضیحات بالا درمی­‌یابیم این تصور که لکه­‌های خورشید به­‌صورت خال­‌های سیاه چسبیده بر سطح آن هستند صحیح نیست. لکه­‌ها در واقع ساختارهای مغناطیسی­‌اند و در مناطقی شکل می­‌گیرند که خطوط میدان مغناطیسی به‌هم فشرده باشند و این تراکم (و فشارِ مغناطیسی حاصل از آن) اجازه­‌ی صعود ماده­‌ی پرانرژی از لایه­‌های پائین­‌تر را ندهد و چون در این مناطق انرژی به بیرون تحویل داده نمی­‌شود دما پایین می­‌ماند، در حالی که دمای نواحی اطراف بالاست. این اختلاف دمای حدود ۲۰۰۰ درجه­‌ای سبب می­‌شود تفاوت زیادی در تابندگی ایحاد شود و لکه­‌ها تاریک دیده شوند.

showspot

مدلی از میدان مغناطیسی در لکه‌های خورشیدی. ناحیه‌های کم‌رنگ‌تر میدان مغناطیسی قوی‌تری دارند. به محل شروع شکل‌گیری ساختار اصلی لکه در زیر سطح خورشید توجه کنید.

از طرفی، میدان مغناطیسی در لایه­‌های عمیق­‌تر خورشید ریشه دارد و تراکم اصلی خطوط میدان نیز در همان مناطق است و با نزدیک شدن به سطح به مرور خطوط از هم باز می­‌شوند. بر این اساس  ماده­‌ی به دام افتاده در داخل میدان مغناطیسی در لایه­‌های پایین­‌تر محبوس می­‌شود و به سطح نمی­‌رسد! پس محل واقعی لکه­‌ها حتی چندده کیلومتر پائین­‌تر از سطح است نه روی آن.

 با در نظر گرفتن تحول دائمی و تغییرات اندازه و جهت میدان مغناطیسی خورشید، تحول لکه­‌ها یعنی شکل‌گیری آن­‌ها، حرکتشان به سمت عرض­‌های خورشیدی پایین­‌تر، چرخش و تغییرشکل­‌های تصادفی و در نهایت محو شدن­شان نیز به سادگی درک می‌شود.

  • elham star

    خیلی ممنون از آقای الطافی بابت پاسخ خوب و دقیقشان. فقط من درست متوجه نشدم که چرا این لکه‌ ها تیره هستند و تفاوت زیاد در تابندگی چطور باعث آن می‌شود

    • سهراب

      البته من کارشناس نیستم اما می‌دونم که وقتی گازی که داغتر و درخشانتر است در زمینه گاز سردتر قرار بگیرد، گاز سردتر تیره دیده می‌شود. درست مثل تصاویر ضد نور که وقتی یک جسم نورانی در پشت قرار داشته باشد جسم کم نور جلویی سیاه دیده می‌شود.

    • حامد الطافی

      علت تاریکی لکه¬ها
      پاسخی که دوست عزیزمان سهراب دادند تا حدود زیادی درست است، اما بهتر است بگوییم لکه‌ها، گاز سرد در زمینه‌ای از گاز داغ نورسپهر (فوتوسفر) خورشید هستند. دمای لکه‌ها حدود ۴۰۰۰ درجه و دمای نورسپهر ۵۷۰۰ درجه است. با توجه به این‌که روشنایی یا تابندگی هر جسمی (بر اساس قانون تابش جسم سیاه) تابعی از دمای آن است، لکه‌ها نور کم‌تری نسبت به نورسپهر تابش می‌کنند و در مقابل نور شدیدتر محیط، تاریک جلوه می‌کنند.
      به‌عنوان مثال فرض کنید در یک کلبه‌ی کوچک صحرایی نشسته‌اید و بدون این‌که چراغی روشن باشد، نور طبیعی محیط که از پنجره‌ها وارد می‌شود به اندازه‌ای است که می‌توانید داخل کلبه را به‌خوبی ببینید و حتی در این نور مطالعه کنید. اما کسی که از چند صد متری به کلبه نگاه می‌کند، پنجره‌های آن را تاریک می‌بیند. چون نوری که از کلبه خارج و به بیرون بازتاب می‌شود در مقایسه با نور زیادتر محیط اطراف خیلی ضعیف است.
      پدیده‌ی مشابهی در مورد لکه‌ها اتفاق می‌افتد. لکه‌ها به دلیل ساختارشان تنها حدود یک چهارم نور محیط اطراف خود را منتشر می‌کنند و صرفاً به دلیل اینکه نور پیرامونشان خیلی بیشتر است، تاریک دیده می‌شوند. اگر بتوانیم لکه‌ها را از سطح خورشید جدا کنیم و در زمینه‌ی تاریک آسمان شب قرار دهیم خواهیم دید که مانند گاز بسیار داغ نارنجی رنگی می‌درخشند، یعنی تقزیبا مشابه ستاره‌هایی مثل سماک رامح در عوا یا دبران در ثور.

  • کاوه

    اولا از آقای الطافی تشکر می کنم جوابشون خیلی کامل بود. این خورشید عجب چیزیه آدم واقعا می مونه در برابر عظمتش.. ثانیا از سایت کانوت هم تشکر کنم که به این سرعت جوابمو دادید.پاینده و سر پناه حق باشین

  • اخترشناس جوان

    برای آقای الطافی و جمع کانوتی ها آرزوی سلامتی دارم.

  • پاسخ خوب و کاملی داده‌اید. من هم استفاده کردم. تنها در انتهای متن، پاراگراف دوم از آخر، محل واقعی لکه‌ها را چند ده کیلومتر پایینتر دانسته‌اید. با توجه به اینکه ریشه‌ی میدان‌های مغناطیسی را در لایه‌های عمیق‌تر خورشید بیان کرده‌اید و تراکم اصلی خطوط میدان را نیز در آنجا عنوان نمودید، مشخص نشده ماده در همان لایه‌های عمیق‌تر به دام می‌افتد یا خیر. و اینکه اگر چنین است آیا این لایه‌ها  تنها چند ده کیلومتر پایینتر از سطح خورشیدند؟

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