الطاقة الشمسية

تعد الشمس أقرب النجوم إلى الأرض، وان طبيعة شمسنا ككرة غازية ملتهبة بدلا من أن تكون جسما صلبا جعل لها بعض الحقائق العجيبة 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 الإستواء 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 الإستواء ليتأكد إذا كان هناك أي تفلطح للشمس، أي أن قطرها عند القطبين أقل منه عند خط الإستواء 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 الشمسي 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
محتويات
[أخف]

* 1 المميزات العامة
* 2 مراحل حياة الشمس
* 3 حرارة الشمس
* 4 المجال المغناطيسي
* 5 جيران الشمس
* 6 وصلات خارجية
* 7 أقرأ أيضا
* 8 وصلات خارجية
* 9 مراجع

[عدل] المميزات العامة

الشمس تنتمي إلى نوع نجوم النسق الأساسي G, و تشكل كتلة الشمس حوالي 99.8632% من كتلة المجموعة الشمسية ككل. و شكلها تقريبا كروي كامل بحيث يختلف القطر عند القطب عن القطر عند الاستواء بعشرة كيلومتر فقط.[3]بما أن الشمس هي في حالة البلازما و ليس في الحالة الصلبة فإنها تدور بسرعة أكبر عند خط الإستواء منه عند القطبين و يعرف هذا السلوك بالدوران المحتلف، و يتسبب هذا بالحمل الحراري و تحرك 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 الإستواء 28 يوم.[4] إن تأثير قوة الطرد المركزي لهذا الدوران البطئ أقل 18 مليون ضعف من قوة الجذب السطحي عند خط الإستواء. كما أن تأثير قوة المد والجزر للكواكب ذات تأثير ضعيف جدا، لذلك ليس لها تأثير يذكر على شكل الشمس.[5]

يعتبر الشمس نجم غني بالمعادن.[6] من الممكن أن تشكل الشمس قد تحفز نتيجة أمواج صدمية من مستعر أعظم أو أكثر كانا قريبين.[7] أقترح هذا النموذج بسبب وفرة المعادن الثقيلة في النظام الشمسي، مثل الذهب و اليورانيوم، نسبة إلى توفر المعادن الثقيلة في نجوم أخرى. ويحتمل نشوء هذه العناصر من التحفيز الذري الماص للطاقة و الذي ينتج أثناء المستعر الأعظم، أو أثناءالتحويل الذري نتيجة امتصاص النترونات ضمن النجم الثانوي المولد.[6]
[عدل] مراحل حياة 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 الإندماج 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 الأسـاسي من حياتها أي وصلت إلى نحو نصف العمر المقدر نظريا لها . ويمكن أن تستمر على هذا الحال يندمج فيحا الهيدروجين إلى هيليوم و عناصر أخرى حتى يفترب الهيدروجين من النفاد بعد نحو 5 مليار سنة . بعد نفاذ الهيدروجين من قلب الشمس سينقبض وترتفع درجة الحرارة في قلبها نتيجة عملية الإندماج النووي لغاز الهليوم وتتنفخ طبقاتها الخارجية ويتغير لونها. وبانتفاخها تصبح عملاقاً أحمرا ، يصل قطرها أفلاك الكواكب القريبة منها، وستبتلع كل من كوكبي عطارد والزهرة وتكون الأرض ضمن جوها. وعندما يبدأ الهيليوم بالتحول إلى كربون سيتغير لون الشمس من الأحمر إلى الأصفر وتدخل مرحلة أخرى من حياتها فاقدة طبقاتها الخارجية من المواد نتيجة لاستمرار تمددها ، ويتقلص داخلها باستمرار تحت فعل قوى الجاذبية ، ثم تنهار طبقاتها الداخلية ، و تصبح قزماً أبيضا. وقد استـُخدم علم التسلسل الزمني الكوني لتحديد عمر الشمس .
[عدل] حرارة الشمس

اقرأ أيضاً: غلاف شمسي

الشمس هي أحد النجوم المتوسطة الحجم . وهي عبارة عن فرن عظيم يقوم على التفاعل النووي الالتحامي حيث يتحول الهيدروجين إلى الهيليوم . ولا توجد تلك المواد في صورة غازية بسبب درجة الحرارة العظيمة وإنما في صورة البلازما. ويبلغ قطر البلازما 1390 مليون كيلومتر ، وتبلغ كتلتها أكبر 333.000 من كتلة الأرض. ولا نستطيع رؤية ما بداخلها ولكن توجد جسيمات أولية تصل إلينا وتنتشر في الفضاء تنشأ في قلب الشمس . وتسمى تلك الجسيمات نيوترينو ، وهي تؤيد أن درجة حرارة قلب الشمس يصل إلى 7و15 مليون درجة مئوية. وتتحول كل ثانية واحدة 564 مليون طن من الهيدروجين إلى 560 مليون طن من الهيليوم . ويتحول فرق الكتلة إلى طاقة تشع إلى الخارج في صورة الضوء. ونظرا لكثافة باطن الشمس العظيمة تتصادم الجسيمات باستمرار ولا تستطيع الخلاص من القلب والخروج إلى السطح إلا بعد نحو 170.000 سنة . وهذا مايعانية الضوء الذي يصل إلينا ويمنحنا الحرارة والحياة. وعلى عكس درجة الحرارة الهائلة في باطن الشمس ، تبلغ درجة حرارة الغلاف الشمسي نحو 5600 درجة مئوية فقط . ومن العجيب أن درجة الحرارة خارج الشمس لا تستمر في الانخفاض ، وإنما تبدأ ثانيا في الزيادة إلى نحو 2 مليون درجة مئوية في هالة الشمس .


[عدل] المجال المغناطيسي

يمكن وصف المجال المغناطيسي للشمس الهادئة بالتقريب كما لو كان مغناطيسا ذو قطبين. وينقلب بالقطبين المغناطيسيين للشمس كل 11 سنة (وهذا يعادل دورة البقع الشمسية ) أي أن اتجاه القطبين تعو بعد 22 سنة إلى وضعها الأصلي. وتبلغ شجة المجال المغناطيسي على سطح الشمس نحو ضعف شدة المجال المغناطبسي للأرض ، ويبلغ تقريبا 100 ميكرو تسلا (أي 1 جاوس) . وهو يتشأ من تيارات كهربائية قدرها نحو 1012 أمبير ، تحفساعد على وجودها البلازما الشديدة التوصيل في باطن الشمس. وبهذا يشبه داخل الشمس دينامو عظيم يحول طاقة الحركة إلى طاقة كهربائية وهذا ينشأ عنه المجال المغناطيسي. ويغلب الاعتقاد حاليا أن تأثير الدينامو ذلك يحدث في طبقة رقيقة في الشمس تحت طبقة الحمل الحراري.

وتتغير شدة المجال المغناطيسي للشمس طبقا لمعادلة قطبي المغناطيس ، أي تقل أسيا بزيادة المسافة من المغناطيس طبقا للعلاقة ~ 1/(المسافة)³ ، وتبلغ عن الأرض نحو 0,01 نانو تسلا. ولكن المجال المغناطيسي الشائع بين الكواكب يبلغ عدة نانو تسلا. ويرجع السبب في ذلك إلى الريح الشمس ، وهو ينشأ من مجال المغناطيسي محلي غير عادي يعود إلى تحرك غازات ، وهي بدورها تنشأ من تأينات شديدة توصل للكهرباء.
[عدل] جيران الشمس
ملف:Milchstrasse lokale blase 25 lj.jpg
جيران الشمس الأقربين.

تجوب الشمس حاليا منطقة في المجرة تبلغ 30 سنة ضوئية وهي تتميز بزايدة في كثافة النجوم فيها . من ضمن تلك النجون النسر الطائر و النسر الواقع Wega و أركتوروس و فم الحوت و رجل القنطور (ألفا سنتوري) . وتتوسط تلك المجموعة الوسطية منطقة من الفراغ خالية من الغبار الكوني وتتميز بكثافة منخفضة للجسيمات فيها ، وتسمى الفقاعة المحلية. ويبلغ اتساع الفقاعة المحلية نحو 300 سنة ضوئية في اتجاه مستوي المجرة . وهي توجد بالقرب من الحافة الداخلية لذراع أوريون للمجرة . وهي تبعد عن الذراع الآخر المجاور وهو ذراع برسيوس نحو 6500 سنة ضوئية.

وتجوب الشمس أيضا ما يسمى بحزام جولدشن ، وهو تجمع يشغل منطقة أكبر وأوسع من المجموعة الوسطية ويتكون من نجوم ناشئة ، يقدر أعمارها من 20 مليون إلى 60 مليون سنة. ومنطقة أخرى تتولد فيها نجوم يبلغ قطرها نحو 2000 سنة ضوئية . ونظرا لكون تلك النجوم في مرحلة النشأة وأعمارها اقصر كثيرا من عمر الشمس فهي لا تنتمي إلى أجرام حزام جولشن .