جدیدترین مطالب را دنبال کنید

تاج خورشید

علت گرمای تاج خورشید چیست؟

09:00650
FavoriteLoadingافزودن به علاقمندی

تاج بيرونی‌ترین لايه جو خورشيد است كه به علت نور بسيار درخشنده‌ی لايه شیدسپهر، تاج در حالت عادی قابل رؤيت نيست و تنها در مدت یک گرفتگی كلی خورشید همانند مروارید سفيدی كه سطح خورشيد را احاطه كرده است ديده می‌شود.

دمای خورشید بطور پيوسته از 15 میلیون كلوين در مركز تا 6000 کلوین در فتوسفر تغيير می‌كند. هرچه از فتوسفر دور می‌شويم و به سمت تاج نزديك می‌شويم برخلاف انتظار، دما افزايش پيدا می‌كند و در يك ناحيه‌ی 3000 كيلومتری بين فتوسفر و تاج به نام ناحيه‌ی گذار دما از 6000 کلوین به یک ميليون کلوین افزايش می‌یابد. دمای تاج در ناحيه‌ی داخلی آن به 2 ميليون کلوین می‌رسد. طبق يك قانون ساده در ترمودينامیک هرچه فاصله از منبع گرما افزايش می‌يابد دما كاهش می‌يابد، اما اين مسأله در مورد منبع اصلی گرم كننده‌ی سياره‌ی ما، خورشيد صدق  نمی‌كند. دمای تاج حدود 2 ميليون کلوین است. يعنی 100۰ برابر داغ‌تر از سطح خورشيد! اين چيزی است كه دانشمندان به دنبال حل معمای آن هستند.

مكانيزم‌های مختلفی برای منبع اين گرما تا به حال پيشنهاد شده‌اند ولی هيچ كدام از اينها و يا تركيبی از آنها هنوز به صورت معتبر برای اين منبع تأييد نشده است. نظريه‌های اصلی و عمده در 3 قسمت دسته‌بندی می‌شوند:

  1. شراره‌های ظريف خورشيد (ريزشراره‌ها): يك شراره مشخص خورشيد در هر ثانيه ۱027 ارگ انرژی آزاد می‌كند. كه اين معادل است با اين كه 100 مگاتن بمب هيدروژنی در یک لحظه منفجر شود. اگرچه اين شراره‌ها بسيار قدرتمند هستند ولی انرژی آزاد شده از آن‌ها برای نگه داشتن دمای تاج در اين حد كافی نيست.
  2. موج‌های اتمسفری: این موج‌ها که به سه دسته امواج: مغناطیسی، آلفن و صوتی تقسیم بندی می‌شوند طی فرآیندهایی گرما را از لایه‌های پایین‌تر، به سطوح بالاتر یعنی تاج خورشید انتقال می‌دهند.
  3. پراكندگی يا جريان‌های الكتريكی: حركت‌های فتوسفر موجب تاب خوردن خطوط نيروی مغناطيسی می‌شوند كه به درون تاج بالا می‌روند چنين تاب خوردن‌ها و باز شدن‌های آهسته‌ای (نوسان‌های ميدان مغناطيسی) جريان الكتريكی توليد می‌كنند. جريان‌های الكتريكی نيز ميدان‌های مغناطيسی ايجاد می‌كنند كه جريان‌ها را فشرده می‌كنند و بصورت كانال‌های باريکی در می‌آورند. در نتيجه اين جريان‌ها رشته‌های باريك درون تاج را به خوبی گرم می‌كنند.

توضیح بیشتر

گفتیم که نظریه‌های ارائه شده در مورد علت گرمای غیر عادی تاج خورشید به سه دسته‌بندی کلی تقسیم می‌شوند: ریزشراره‌ها، امواج اتمسفری و پراکندگی یا جریان‌های الکتریکی.

در این بخش با هر یک از این دسته نظریه‌ها به تفصیل آشنا می‌شویم:

ریز شراره‌ها

يك شراره مشخص خورشيد در هر ثانيه ۱027 ارگ انرژی آزاد می‌كند. كه اين معادل است با اين كه 100 مگاتن بمب هيدروژنی در یک لحظه منفجر شود. اگرچه اين شراره‌ها بسيار قدرتمند هستند ولی انرژی آزاد شده از آن‌ها برای نگه داشتن دمای تاج در اين حد كافی نيست.

در عوض برخی از دانشمندان همچون: Ron Moore و Jason Porter در مركز فضایی NASA گمان می‌کنند که یک سری شراره‌های ظريف و كوچک كه ريزشراره‌ها(۱) ناميده می‌شوند. و معتقدند كه اين شراره‌ها می‌توانند منبع گرمای تاج باشند.

در تاج دائماً شراره‌های كوچك توليد می‌شوند. در سال 1970 ثابت شده كه پايه‌ی حلقه‌های تاج در فتوسفر فرورفته است. و جريان‌های همرفتی باعث می‌شوند كه محل اين پايه‌ها به صورت تصادفی به هم بريزند. حلقه‌های تاج در ضمن اين فرآيند تاب می‌خورند و به هم بافته می‌شوند.

در سال 1972 دانشمندی به نام پاركر نشان داد كه یک حلقه‌ی تاب خورده، ناپايدار خواهد بود مگر اينكه تاب در سراسر حلقه يكنواخت باشد. و چون تحقق همچنين پديده‌ای در تاج بعيد است در نتيجه انرژی اضافی ذخيره شده در ميدان‌های تاب خورده بصورت شراره‌های كوچک سريعاً از بين می‌روند. اين ريزشراره‌ها انفجارهای كوچكی دارند و آن‌ها در هر انفجار كمتر از 1 درصد از انرژی را كه حتی كوچكترين شراره شناخته شده آزاد می‌كند، آزاد می‌كنند. اما هرچند انرژی آزاد شده از اين ريزشراره‌ها مقدار كمی است ولی تعداد اين ریزشراره‌ها ممكن است خيلی زياد باشد كه بتوانند بطور گروهی انرژی را كه برای نگه داشتن تاج در اين دما مورد نياز است فراهم كنند.

امواج اتمسفری

موج‌های اتمسفری خود به سه دسته تقسیم می‌شوند:

  1. امواج مغناطیسی
  2. امواج Alfven
  3. امواج صوتی

امواج مغناطیسی

تاج خورشيد یک ناحيه‌ی بسيار داغ است و گازهایی كه دارای بارالكتريكی هستند بصورت طوفان از سطح خورشيد می‌وزند.

حلقه‌های مغناطيسی كه شبيه نعل اسب هستند از سطح خورشيد به طرف تاج گسترش می‌يابند طول اين حلقه‌ها بين رنج چند هزار مايل تا دهها هزار مايل تغيير می‌كند. اين حلقه‌ها نواحی سفيد و سياه (قطب‌ها) روی سطح خورشيد را به هم وصل می‌كنند و حوزه‌های مغناطيسی را بوجود می‌آورند كه تجمع اين حوزه‌ها ميدان مغناطيسی را بوجود می‌آورد كه اين می‌تواند به عنوان پاسخی برای دمای زياد تاج باشد. اين مطلب به فرش مغناطيسی نيز موسوم است.

امواج Alfven

جو خورشيد از ميدان‌های مغناطيسی كه بخصوص در اطراف لكه‌های خورشيد فراوانند پر شده است. خطوط ميدان مغناطيسی در جو خورشيد به طور پيوسته به عقب و جلو حركت می‌كنند اين نوسان، امواجی از پلاسمای مغناطيسی ( گازهاي يونيده ) را به طرف تاج می‌فرستد.

اين امواج آلفون از هر دو قطب حوزه‌های مغناطيسی (پايه‌های حلقه‌ها) به طرف بالا خارج می‌شوند. وقتی كه دو پرتو خارج شده از پايه‌ی حلقه‌ها در بالای تاج به هم برخورد می‌كند یک ناپايداری قوی و یک آشفتگی در پلاسمای خورشيد بوجود می‌آيد. گرمای ناشی از آشفتگی پلاسما می‌تواند منتقل شود و انرژی را از منبع آشفتگی به همه‌ی ذرات پخش كند. در ناحيه‌ای كه اين آشفتگی بوجود آمده به سرعت دما افزايش پيدا می‌كند و اين می‌تواند به عنوان یک منبع اصلی برای دمای تاج مطرح باشد.

امواج صوتی

امواج صوتی با سرعت‌های مشخصی منتشر می‌شوند كه به دمای گاز بستگی دارد وقتی يك موج صوتی در جو بالا می‌رود انرژی آن تقريباً ثابت می‌ماند ولی چگالی گاز برحسب ارتفاع كاهش می‌يابد پس برای ثابت ماندن انرژی موج بايد دامنه حركت‌های نوسانی درونی‌اش افزايش يابد. در ارتفاع معينی سرعت ارتعاشات داخلی موج برابر سرعت پيشرفت خود موج می‌شود. تحت اين شرايط انتقال يكنواخت انرژی از نقطه‌ای به نقطه‌ی بعدی ديگر وجود ندارد و موج به يك ضربه تبديل می‌شود كه در آن تمام كميات فيزيكی دما، فشار و چگالی از نقطه‌ای به نقطه‌ی ديگر تغييرات فوق العاده سريعی خواهند داشت. از بين رفتن انرژی از طريق اصطكاک بين يك لايه گاز با لايه‌ی ديگر يا بصورت هدايت يا تابش يعنی انتقال انرژی موج به محيط مجاور صورت می‌گيرد و در اين‌صورت ضربه انرژی‌ای را كه توسط موج منتقل می‌شد از بين می‌برد و اين می‌تواند به عنوان منبعی برای دمای تاج محسوب شود.

پراکندگی یا جریان‌های الکتریکی

حركت‌های فتوسفر موجب تاب خوردن خطوط نيروی مغناطيسی می‌شوند كه به درون تاج بالا می‌روند. چنين تاب خوردن‌ها و باز شدن‌های آهسته‌ای (نوسان‌های ميدان مغناطيسی) جريان الكتريكی توليد می‌كنند. تاج خورشيد هادی الكتريكی بسيار خوبی است. ولی به هر حال مقاومت الكتريكی آن هم صفر نيست. وقتی كه جريان الكتريكی از يك مقاومت عبور می‌كند مقداری از انرژی به گرما تبديل می‌شود. يك لامپ معمولی در اين مورد مثال خوبی است وقتی كه الكتريسيته از تارهای هادی لامپ عبور می‌كند اين تارها درخشان و بسيار گرم می‌شوند. بنابراين با عبور جريان‌های الكتريكی از درون تاج مقداری از جريان بصورت گرما تلف می‌شود.

در اين مورد جريان‌های الكتريكی نيز ميدان‌های مغناطيسی ايجاد می‌كنند كه جريان‌ها را فشرده می‌كنند و بصورت كانال‌های باريكی در می‌آورند. اين جريان‌ها در مسيرهایی كه بيشترين مقاومت را دارا هستند جريان می‌يابند. در نتيجه اين جريان‌ها رشته‌های باريك درون تاج را به خوبی گرم می‌كنند.

نتیجه‌گیری

با توجه به آن‌چه كه گفته شد نظريه‌های مختلفی مربوط به دمای تاج وجود مطرح است. ريزشراره‌ها، امواج مغناطيسی و صوتی و یا پراكندگی الكتريكی كانديداهای خوبی هستند. ولی انرژی جاری شده از هر كدام از اين مكانيزم‌ها در تاج خيلی كمتر از مقداری است كه بتوان به عنوان منبع عمده‌ی گرمای تاج از آن نام برد و داده‌های بهتر و بيشتری نياز است تا بتوان دليل واقعی دمای زياد تاج را معين كرد.

اين منبع ممكن است كه تركيبی از همه‌ی مكانيزم‌های ارائه شده باشد ولی وقتی كه اين مسأله حل شود يكی از بزرگترين معماهای نجومی حل شده است.

منبع برای مطالعه بیشتر

کتاب کسوف نوشته: جک ب. زیرکر ، مترجم: مهدی جهانمیری


(۱) microflares

0 0 vote
Article Rating
لینک کوتاه
https://sciencetoday.ir/?p=5246

3 نوشته
کارشناس ارشد نجوم، پژوهشگر و مدرس نجوم، علاقمند به ترویج علم محور فعالیت: کیهانشناسی و خورشید مدیر کافه کتاب، کافه نجوم و کتابخانه تخصصی مرکز نجوم ادیب اصفهان
مشترک شوید
آگاه شوید
guest
0 Comments
Inline Feedbacks
View all comments
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x
کانال علم روز