مقدمه

خورشید یک راکتور هسته‌ای طبیعی بسیار عظیم است که ماده در آنجا بر اثر همجوشی هسته‌ای به انرژی تبدیل می‌شود و هر روز حدود 350 میلیارد تن از جرمش به تابش تبدیل می‌شود، دمای داخلی آن حدود 15 میلیون درجه سانتیگراد است. انرژیی که بدین ترتیب به شکل نور مرئی ، فرو سرخ و فرابنفش به ما می‌رسد 1 کیلو وات بر متر مربع است. خورشید به توپ بزرگ آتشین شباهت دارد که صد بار بزرگتر از زمین است.

این ستاره‌ها از گازهای هیدروژن و هلیوم تشکیل شده است. گازها انفجارهای بزرگی را بوجود می‌آورند و پرتوهای قوی گرما و نور را تولید می‌کنند. این پرتوها از خورشید بسوی زمین می‌آیند. در طول راه ، یک سوم آنها در فضا پخش می‌شوند و بقیه بصورت انرژی گرما و نور به زمین می‌رسند. می‌دانیم که سرعت نور 300000 کیلومتر در ثانیه است. از سوی دیگر ، 8 دقیقه طول می‌کشد که نور خورشید به زمین برسد، بنابراین می‌توان فاصله خورشید تا زمین را حساب کرد. در این مسیر طولانی ، مقدار زیادی از نور و گرمای خورشید از دست می‌رود، اما همان اندازه‌ای که به زمین می‌رسد، کافی است تا شرایط مناسبی برای زندگی ما و جانوران و گیاهان بوجود آید.


 

کوره خورشید

این دشواریهای حل نشدنی که هنگام بحث درباره ساختن کوره‌های حرارتی هسته‌ای بر روی زمین پیش می‌آید در مورد خورشید که خود به منزله یک کوره غول پیکری است وجود ندارد. این کوره فلکی عملا یک دیواره گازی دارد که همان قشرهای خارجی جرم خورشید است که در نتیجه نیروهای جاذبه موجود میان ذرات در مجاورت یکدیگر نگاه داشته شده‌اند. به علاوه نیروهای جاذبه وسیله آن بوده‌اند تا درجه حرارت ابتدائی خورشید بدان اندازه فزونی یابد تا فعل و انفعالات حرارتی هسته امکانپذیر باشد.

خورشید در آغاز زندگی توده عظیمی از گاز نسبتا سرد بوده است که به تدریج بر اثر انقباضات ثقلی پیوسته گرم و گرمتر شده است. به محض آنکه درجه حرارت مرکزی این خورشید در حال انقباض به اندازه‌ای رسید که برای آغاز شدن فعل و انفعلات هسته‌ای کافی بود. آزاد شدن انرژی هسته‌ای از انقباض بیشتر جرم خورشید جلوگیری کرد و خورشید به حالت پایدار فعلی خود در آمد.

منبع انرژی خورشیدی

با اندازه گیری شار خورشیدی تابشی در بالای جو زمین می‌توان قدرت دریافتی کل انرژی از خورشید را محاسبه کرد. که حدود 1.8x10¹¹ مگا وات است. البته تمام این انرژی به سطح زمین نمی‌رسد، مقداری از آن جذب لایه‌های اتمسفر می‌شود. ماده در عالم اساساً از هیدروژن و هلیوم تشکیل شده که قسمت اعظم آن بین ستاره ها و کهکشانها توزیع شده است. نیروی جاذبه متقابل بین ذرات سبب تراکم گاز و گرد غبار شده و این تراکم ابر ستاره‌ای را بوجود می آورند. انرژی پتاسیل گرانشی سبب ازدیاد دمای داخل ستاره شده و آن هم باعث افزایش چگالی ستاره شده ، در نتیجه دمای داخل آن افزایش می‌یابد تا یک حالت پلاسمای خورشیدی بخود بگیرد.


 

تعیین دمای خورشید

یک روش به نام قانون وین ، از طول موج تابش حداکثر _peak در طیف خطی نور خورشید ،استفاده می کند. دما به درجه کلوین برابر است با: 2.9x10⁶nonometers / _peak

روش دیگر از انرژی که به زمین می‌رسد و قانون عکس مربع استفاده می‌کند. شار انرژی مقدار انرژی عبوری از یک واحد سطح (مثلاَ یک متر مربع) در هر ثانیه می‌باشد. با استفاده از قانون عکس مربع درخشندگی نور ، داریم:

 

از آنجائی که نور کره خورشید ، تقریباَ یک رادیاتور حرارتی است:

 

شارژ انرژی در سطح آن = (دمای سطح خورشید) ⁴ ×

که ثابت استفان - بولترمن می‌باشد. با باز آرائی معادله

 

{دمای نور کره = (شعاع خورشید/فاصله خورشید تا زمین) ² ×( /شارژ خورشیدی در زمین)}^4/1

این دو روش دمای خشنی در حدود 5800K را می‌دهد. لایه‌های بالایی نور کره سردتر و کم چگالتر از لایه‌های عمیقتر می‌باشند، بنابراین در طیف خورشید ، طیف جذبی را می‌بینید که طیف جذبی عناصر ، موجود است و قدرت آنها ، بطور حساسی به دما بستگی دارند. می‌توان از قدرتهای طیف جذبی ، به عنوان یک ردیاب قوی دما استفاده کرده و دمائی حدود 5840k را اندازه گرفت.

چرا تاج خورشید از سطح گرمتر است؟

در حالت معمولی ، انرژی گرمایی از منطقه گرمتر منتقل می‌شود، در حدود نیم قرن ، اخترشناسان در پی دریافتن توجیهی برای این مطلب بودند. در حال حاضر کمیسیونی مشترک از آژانس فضایی اروپا و ناسا از طریق رصدخانه خورشیدی و فضاپیمای SOHO به دنبال حل این معما هستند. تجهیزاتی که بر روی فضاپیماها تعبیه شده است نشان می‌دهد که در سطح خورشید حلقه‌های مغناطیسی دچار تغییرات سریعی می‌شوند که با درخشندگی گازهای داغ تاج خورشید در ارتباطند.

آلن تایتل از انستیتوی تحقیقات فضایی کالیفرنیا می‌گوید: حدس می‌زنم که روند اساسی گرم شدن تاج خورشید را کشف کردیم، اما هنوز دقیقا نمی‌دانیم که به چه صورت عمل می‌کند. در طی چند روز ، میدانهای مغناطیسی در منطقه‌ای به وسعت کالیفرنیا ظاهر و سپس ناپدید می‌شوند. انرژی این میدانها برابر با انرژی حاصل از هزاران سد (Hoover Dams) در طی هزاران سال می‌باشد. زمانی که این میدانها از بین می‌روند، جریانهای الکتریکی وسیعی تولید می‌شود که بر روی تاجها مساعد عمل می‌کنند. این جریانها شبیه حرارتی هستند که توسط یک حباب روشنایی ایجاد می‌شود و این انرژی خیلی بیش از آن مقداری است که برای گرم کردن تاج لازم است.