الشمس
الشمس هي النجم المركزي للمجموعة الشمسية.تعد في التصنيف النجمي نجماً من نوع القزم الأصفر و تدور حولها الأرض و سبع كواكب أخرى و خمس كواكب قزمة على الأقل، و العديد من الكويكبات و المذنبات و السدم. تعد الشمس أقرب النجوم إلى الأرض، وان طبيعة شمسنا ككرة غازية ملتهبة بدلا من أن تكون جسما صلبا جعل لها بعض الحقائق منها: إنها تدور حول محورها بطريقة مغايرة تماما لطريقة دوران الكواكب الصلبة، فوسط الشمس " خط استوائها " يدور حول المحور دورة كاملة في 25 يوما بينما تطول هذه المدة في المناطق شمال وجنوب خط الاستواء حتى تصل إلى حوالي 37 يوما عند القطبين، أي أن الشمس في هذه الحالة تدور وكأنها تفتل فتلاً وطريقة دورانها تسمى الدوران التفاضلي. (Differential Rotation)، أي الدوران المغزلي ولعل هذه الحركة التي وصفها ابن عباس عندما قال عن الشمس إنها تدور كما يدور المغزل، وهذا بالتالي يؤدي إلى تداخل خطوط القوى المغناطيسية الموجودة على سطحها بطريقة معقدة جدا وهذه بدورها ومع مرور الزمن تؤثر بشكل قوي على ظهور بعض الظواهر الشمسية مثل الكلف الشمسي
وتنتفض الشمس وتهتز مثل " الجيلي " جاء هذا الاكتشاف في دراسة أعدت سنة 1973 عندما حاول العالم (R.H.Dicke) قياس قطر الشمس بين القطبين وعند خط الاستواء ليتأكد إذا كان هناك أي تفلطح للشمس، أي أن قطرها عند القطبين أقل منه عند خط الاستواء والعكس صحيح فأطلق التعبير أن الشمس تهتز مثل " الجيلي" إلا أن هذا الاهتزاز مسافته لا تزيد عن 5 كيلومتر وبسرعة 10 أمتار في الثانية وهذه بالطبع تحتاج إلى أجهزة بالغة في الدقة والتعقيد لاكتشافها ثم اكتشف بعد ذلك فريق من العلماء الروس والبريطانيين سنة 1976 بان هناك "اهتزازات " أخرى،(Oscillations) للشمس إحداهما تحدث كل خمسين دقيقة والأخرى تحدث كل ساعتين وأربعين دقيقة، وأصبح الآن ما يسمى بعلم " الزلازل الشمسية " ذا أهمية قصوى في علم الفلك لتعلم أسرار الشمس والتي ما زال هناك الكثير لفك اسرارها وخفاياها.
الشمس مصدر الدفء والضياء على الأرض وبدون الشمس تنمحى الحياة على الأرض. فالطاقة الشمسية لازمة للحياة النباتية والحيوانية، كما أن معظم الطاقات الأخرى الموجودة على الأرض مثل الفحم والبترول والغاز الطبيعى والرياح ما هي إلا صور مختلفة من الطاقة الشمسية. وقد يندهش القارئ إذا ما علم أن الشمس التي هي عماد الحياة على الأرض والتي قدسها القدماء لهذا السبب، ما هي إلا نجما متوسطا في الحجم والكتلة واللمعان، حيث توجد في الكون نجوم أكبر من الشمس تعرف بالنجوم العملاقة، كما توجد نجوم أصغر من الشمس تعرف بالنجوم الأقزام. وكون الشمس نجماً وسطاً يجعلها أكثر أستقراراً الأمر الذي ينعكس على استقرار الحياة على الأرض. فلو زاد الإشعاع الشمسى عن حد معين لأحترقت الحياة على الأرض ولو نقص الإشعاع الشمسي عن حد معين أيضاً لتجمدت الحياة على الأرض.
والشمس هي أقرب النجوم إلى الأرض، وهي النجم الوحيد الذي يمكن رؤية معالم سطحه بواسطة المقراب. أما باقى النجوم فيصعب حتى الآن مشاهدة تفاصيل أسطحها نظراً لبعدها السحيق عنا. فلوا أستخدمنا أكبر المناظير في العالم نرى النجوم كنقط لامعة وبدون تفاصيل، أما لو استخدمنا منظاراً متوسطاً في القوة لرأينا مساحات على سطح الشمس تساوي مساحة مصر تقربياً. وعلى سبيل المثال والمقارنة نجد أن متوسط بعد الشمس عن الأرض يساوى 93 مليون ميل ويعرف بالوحدة الفلكية لقياس المسافات في الكون وتساوي 147.6 مليون كم.
أما أقرب نجم أو شمس لنا بعد شمسنا يقدر بعده بحوالي 4.2 سنة ضوئية أى يعادل حوالي 42 مليون مليون كيلو متر، بينما المسافة الزمنية التي يقطعها الضوء ليصل إلينا من الشمس هو ثمانية دقائق ونصف وهذه المسافة إذا ما قورنت بأقرب نجم تعتبر قصيرة ولكنها بحساباتنا الأرضية هائلة وتبلغ ما مجموعه لو درنا حول الأرض أربعة آلاف مرة تقريباً.
وهذه الكرة الشمسية المستديرة تحوي كمية هائلة من الغاز الملتهب المتماسك والشديد الحرارة، وهناك في بعض الأحيان تبدو الشمس وكأنها تلبس حلقة وردية من النتوءات وهو عبارة عن ضوء شاحب وردي حول الشمس كالتاج، يسمى الشواظ الشمسية، يعلوه طبقة من الغاز الحار اللؤلؤي المنتشر يصورة رقيقة في الفضاء ويدعى الأكليل الشمسي.
وعلماء الفلك يستطيعون رؤية الشواظ الشمسية (نافورات) والأكليل وكذلك كلف الشمس التي هي على شكل بقع سوداء تظهر أحياناً على سطح الشمس باستخدام الآلات والمراصد فلكية.
السنتيمتر المربع من سطح الشمس يشع ضوءا يوازي قوة مليون شمعة.
المميزات العامة
الشمس تنتمي إلى نوع نجوم النسق الأساسي G, وتشكل كتلة الشمس حوالي 99.8632% من كتلة المجموعة الشمسية ككل. وشكلها تقريبا كروي كامل بحيث يختلف القطر عند القطب عن القطر عند الاستواء بعشرة كيلومتر فقط. بما أن الشمس هي في حالة البلازما وليس في الحالة الصلبة فإنها تدور بسرعة أكبر عند خط الاستواء منه عند القطبين ويعرف هذا السلوك بالدوران التفاضلي، ويتسبب هذا بالحمل الحراري وتحرك الكتلة بسبب التدرج الكبير في درجات الحرارة من النواة إلى الخارج. تحمل هذه الكتلة جزء من الزخم الزاوي بعكس جهة دوران عقارب الساعة لتظهر على أنها من القطب الشمالي لمسار الشمس، وهكذا يتم إعادة نوزيع السرعة الزاوية. فترة الدوران الحقيقي للشمس تستغرق 25.6 يوم عند خط استوائه و 33.5 يوم عند القطبين. بينما فترة الدوران الظاهري عند خط الاستواء 28 يوم. إن تأثير قوة الطرد المركزي لهذا الدوران البطئ أقل 18 مليون ضعف من قوة الجذب السطحي عند خط الاستواء. كما أن تأثير قوة المد والجزر للكواكب ذات تأثير ضعيف جدا، لذلك ليس لها تأثير يذكر على شكل الشمس.
يعتبر الشمس نجم غني بالمعادن. من الممكن أن تشكل الشمس قد تحفز نتيجة أمواج صدمية من مستعر أعظم أو أكثر كانا قريبين. أقترح هذا النموذج بسبب وفرة المعادن الثقيلة في النظام الشمسي، مثل الذهب واليورانيوم، نسبة إلى توفر المعادن الثقيلة في نجوم أخرى. ويحتمل نشأة هذه العناصر من التحفيز الذري عن طريق امتصاص طاقة والذي يحدث أثناء انفجار مستعر أعظم، أو أثناءالتحويل الذري نتيجة امتصاص النيوترونات ضمن النجم الثانوي المولد.
كيف تكونت الشمس
يوجد في الفراغ بين نجوم المجرة والمجرات أيضاً كميات هائلة من الغاز والغبار. وتبدأ النجوم الجديدة في التكوّن حينما تتلامس أجزاء من الغاز والتراب. وتبدأ تحت تأثير الجاذبية في التقلص. وتتولد الحرارة نتيجة للتقلص، وبازدياد التقلص تزداد الحرارة عند المركز حتى يبلغ حداً يسمح بحدوث تفاعلات حرارية نووية، فتحدث هذه التفاعلات طاقة تكون سبباً في توهج النجم. ويعتقد الفلكيون أن الشمس تكونت من كتلة من الغاز والغبار في حالة حركة دائرية. ويعتقدون أن الكواكب السيارة تشكلت من عقد وتجمعات من الغاز والتراب في أماكن مختلفة من مركز الكتلة الدوارة. ولايعرف العلماء الكثير من التفاصيل عن نشأة المجموعة الشمسية، إلا أن دراسة واستكشاف الفضاء، والقمر، والكواكب الأخرى تساعد على زيادة معرفتهم بها. ويعتقد الكثير من الفلكيين أن النجوم الأخرى، ربما تكونت حولها كواكب مماثلة عند بدء نشأتها.
إلى متى يمكن للشمس أن تضيء
تستمد الشمس طاقتها من التفاعلات الحرارية النووية قرب مركزها. هذه التفاعلات تحوِّل الهيدروجين إلى الهيليوم. وهي قادرة على إبقاء الشمس في نشاطها الإشعاعي دون ما تغير يذكر في حجمها أو إشعاعها إلى مايقرب من 10 بلايين سنة.
وكما يقدر العلماء أن الشمس تكوّنت منذ 4,6 بلايين سنة، فإنهم يعتقدون أنها ستستمر على هذا المنوال إلى 5 بلايين سنة أخرى.
وبدراسة النجوم الأخرى في مراحل تكوينها المختلفة أمكن الفلكيون أن يتنبؤوا بالتغيرات الممكن حدوثها للشمس. فهم يعتقدون أن مركز الشمس سيتقلص بعد انقضاء 5 بلايين سنة، ويصبح أكثر سخونة، وأن حرارة السطح ستنخفض. ويؤدي ارتفاع درجة الحرارة عند مركزها إلى تحول الهيدروجين بكميات أكثر إلى هيليوم منتجاً لطاقة أكثر. وسيزداد حجم الطبقات الخارجية للشمس من 50 إلى 60 مليون كم، أي قد تصل أسطحها الخارجية إلى مدار كوكب عطارد أقرب الكواكب لها، وتصبح الشمس حينئذ في عداد النجوم العملاقة الحمراء، وعندئذ سترتفع درجة حرارة الأرض بحيث لاتصبح صالحة للحياة عليها. وهذه ظنون والعلم عند الله. وبعد أن تستهلك الشمس طاقتها الحرارية النووية بوصفها نجمًا عملاقًا أحمر، يعتقد العلماء أنها ستبدأ في التقلص، فإذا ماوصل حجمها إلى مثل حجم الأرض، فإنها تصبح قزمًا أبيض. والنجم الذي يصبح قزمًا أبيض يكون قد دخل المراحل النهائية في حياته.
فبعد بلايين من السنين تقضيها الشمس قزمًا أبيض تكون استنفدت كل طاقتها، وفقدت كل حرارتها لتصبح كرة سوداء باردة، تسمى مثل هذه النجوم أقزاماً سوداء، وعندما تبلغ الشمس هذه المرحلة فإن الكواكب تصبح هي الأخرى سوداء باردة. ويتجمد الجو المحيط بالأرض على سطحها إذا قدر له أن يبقى.
داخل الشمس
يسمى الجزء الداخلي من الشمس جوف الشمس، حيث تبلغ درجة الحرارة فيه مايقرب من 15,000,000°م. ويتكون هذا الجزء من مادة تبلغ كثافتها قدر كثافة الماء 100 مرة، ولكنها ما زالت في حالة غازية؛ وفيه تحدث التفاعلات الحرارية النووية.
حجم الشمس
لاتبتعد الشمس عن الأرض كما تبتعد النجوم الأخرى، ولذا فهي تبدو لنا أكبر حجماً من النجوم. وبمقارنتها بالكواكب في المجموعة الشمسية نجدها كبيرة أيضًا. وعلى سبيل المثال، يبلغ قطر الشمس 1,392,000كم، وهذه المسافة تعادل 109 مرات قدر قطر الأرض، وتعادل في نفس الوقت 10 مرات قدر قطر المشتري، أكبر الكواكب في المجموعة، كما تعادل 400 مرة قدر قطر القمر. وبمقارنتها بالنجوم الأخرى، تُعد الشمس متوسطة الحجم بينها. وفي الواقع فإن الشمس واحدة من نجوم عديدة يطلق العلماء عليها اسم الأقزام الصفراء. وهناك نجوم لايزيد قطرها على 1/10 من قطر الشمس، كما أن هناك نجوماً تبلغ أقطارها 1000 مرة قدر قطر الشمس. ويطلق على هذا النوع الأخير من النجوم اسم فوق العمالقة، ومن أمثالها النجم المسمى منكب الجوزاء الذي يبلغ قطره 460 مرة قدر قطر الشمس. فإذا قُدِّر للشمس أن يزداد حجمها لتصبح في حجم هذا النجم، فإنها ستبتلع كلاً من عطارد والزهرة والأرض والمريخ.
تظهر الشمس من الأرض على شكل دائرة وغالباً مايطلق العلماء على مانراه منها اسم القرص. تبين من القياسات التي أجراها بعض العلماء أن هذا القرص قليل التفلطح عند القطبين ولو أن البعض الآخر يساوره الشك في ذلك.
التركيب الكيميائي
تتكون الشمس بصفة أساسية من عنصري الهيدروجين والهيليوم بنسبة 9و74 % و 8و23% على التوالي وهذا التكوين هو ما يبينه الغلاف الضوئي. [15] وتسمى العناصر الأثقل من ذلك "معادن" طبقا للمصطلح الفلكي، ونسبتها في الشمس أقل من 2% من كتلة الشمس. و المعادن تتكون من 1% من الأكسجين والكربون 3و0 % والنيون 2و0%، والحديد 2و0%، وذلك بحسب قياسات عام 2004. [16] وتكونت الشمس منذ نحو 5و4 مليار سنة من الهيدروجين والهيليوم مختلطا به قليل من المعادن (نحو 5و1 %) ناشيئ عن تخليق العناصر في أجيال من النجوم الأقدم أكملت مراحل تطورها ثم انفجرت كمستعرات عظمى وألقت محتوياتها في الوسط البيننجمي، ومنها تكونت الشمس. [17] ويعتبر التركيب الكيميائي للغلاف الضوئي مماثلا للتركيب الكيميائي للمجموعة الشمسة عند نشأتها. [18] وبعد نشأة الشمس وبدأ فيها تخليق العناصر المعدنية الأثقل فتنفصل هذه عن الغلاف الضوئي السطحي مترسبة في مركز الشمس. ولذلك فيحتوي الغلاف الضوئي حاليا على نسبة من الهيليوم أقل حيث كانت نسبته الأصلية عند نشأة الشمس 4و27 % وكانت نسبة الهيدروجين 1و71 % ونسبة المعادن 5و1%. [15]
وقد عمل الاندماج النووي للهيدروجين وتحوله إلى الهيليوم في قلب الشمس على تغيير نسب العناصر، فأصبح باطن الشمس يحتوي على 60% من الهيليوم كما تغيرت نسب العناصر الأخرى "المعادن". ونظرا لأن الطبقة الداخلية من باطن الشمس طبقة تنتقل فيها الحرارة بالإشعاع وليس بالحمل الحراري فإن المكونات الثقيلة الناتجة عن الاندماج النووي تتركز في قلب الشمس ولا تخرج إلى السطح (الغلاف الضوئي).[19]
مراحل عمر الشمس
استخدم علم التسلسل الزمني الكوني لتحديد عمر الشمس. تكونت الشمس من سديم أو سحابة غازية في مجرة درب التبانة منذ حوالي خمسة بلايين سنة وأخذت تشع باستمرار منذئذ مستهلكة حوالي 4 ملايين طن من الهيدروجين في الثانية حيث يتحول الهيدروجين في قلبها إلى هيليوم نتيجة الاندماج النووي (يكفى معرفة أن تحويل 1 جرام من المادة إلى طاقة يكفي لإنتاج طاقة مكافاة للقنبلة الذرية الملقاة على هيروشيما). وحاليا تعد الشمس في مرحلة النسق الأساسي من حياتها أي وصلت إلى نحو نصف العمر المقدر نظريا لها. ويمكن أن تستمر على هذا الحال يندمج فيها الهيدروجين إلى هيليوم وعناصر أخرى حتى يقترب الهيدروجين من النفاد بعد نحو 5 مليار سنة من الآن. بعد نفاذ الهيدروجين من قلب الشمس سينقبض تحت فعل الجاذبية وترتفع درجة الحرارة في قلبها وتبدأ عملية الاندماج النووي للهيليوم لتكوين عناصر أثقل مثل الكربون، فتنتفخ طبقاتها الخارجية ويتغير لونها. وبانتفاخها التدريجي مع تواصل ارتفاع حرارة قلبها فتصبح عملاقاً أحمرا. عندئذ يصل قطرها أفلاك الكواكب القريبة منها، وستبتلع كوكب عطارد وتكون الزهرة في مدار أبعد من مدار الأرض الحالى، وستكون الأرض في مدار مقارب لمدار الحالى، وأيضاً ستغير كل الكواكب من أماكنها جذرياً وستصبح أجسام هشة ميتة تدور حول نجمها المحتضر بلا حياة وستقل سرعة الدوران بسسب الانتقال إلى مدارات أبعد. في نفس الوقت يتقلص قلبها باستمرار تحت فعل قوى الجاذبية نظرا لضعف إنتاجه للطاقة، ثم ينهار قلبها ويصبح قزماً أبيضا منكمش وساخن ذى كثافة عالية جداً بعد 2 مليار سنة أخرى: سيكون الكربون الذي تكون في قلب الشمس قد تحول إلى الصورة الكريستالية أي أن الشمس ستتحول إلى ماسة كونية لامعة هائلة الحجم. نصب تذكارى ينعى عالماً كان ينبض بالحركة والحياة.
سبحان الخالق العظيم