پخش زنده
امروز: -
سن خورشید چگونه محاسبه میشود؟
سیارات، دنباله دارها و قمرها همزمان با خورشید تشکیل شده اند. اطلاعات سنگهای آسمانی به ما میگویند که خورشید ۴.۵ میلیارد سال سن دارد. اما این عدد چه مفهومی دارد؟ آیا خورشید ما جوان است؟ یا در میان سالی و یا سال خوردگی به سر میبرد؟
به گزارش وب گردي خبرگزاري صدا وسيما؛ وجود ما به خورشید وابسته است. وقتی ابرها جلویش را میگیرند و یا وقتی به سمت دیگر زمین، جایی که شب است میرویم، خورشید همچنان هست و در همه جهات به تابش خودش ادامه میدهد و باعث حیات روی زمین میشود. اما منبع انرژی خورشید چیست؟ خورشید میتابد، اما تا چه زمانی تابش آن ادامه دارد؟ و از چه زمانی بوده است؟
در نجوم بیشتر تحقیقات با تلسکوپ انجام میشود. اما نه همیشه بیش از ۴۰ تن ماده روزانه وارد جو زمین میشود و گاهی اوقات به قدری این اجرام بزرگ هستند که از سفر آتشین خود در جو زمین نجات مییابند و روی زمین میافتند. این سنگهای آسمانی که شهاب سنگ نامیده میشوند، حاوی اطلاعاتی هست که برای تخمین سن منظومه شمسی به آنها نیاز داریم.
اگر ما بخواهیم عصر مومیاییان مصری را بدانیم از تکنیکی استفاده میکنیم که به آن تاریخ گذاری کربنی میگویند. البته تا جایی که ما میدانیم شهاب سنگها حاوی مواد آلی نیستند بنابراین از شیوه دیگری برای تخمین سن شان استفاده میکنیم که به آن تاریخ گذاری روبیدیمی میگویند.
میتوانیم واپاشی عنصر روبیدیم را بررسی کنیم و سن آنها را کشف کنیم، اما چگونه این اطلاعات به ما کمک میکند تا سن خورشید را بدانیم؟
سیارات، دنباله دارها و قمرها همزمان با خورشید تشکیل شده اند. اطلاعات سنگهای آسمانی به ما میگویند که خورشید ۴.۵ میلیارد سال سن دارد. اما این عدد چه مفهومی دارد؟ آیا خورشید ما جوان است؟ یا در میان سالی و یا سال خوردگی به سر میبرد؟ برای پاسخ، ما نیاز داریم داخل خورشید را کنکاش کنیم.
مواد لازم برای ساخت یک عدد خورشید
خورشید یک کُرهٔ کامل است که از پلاسمای داغ ساخته شدهاست و در میانهٔ آن میدان مغناطیسی برقرار است. این ستاره که قطری نزدیک به ۱٬۳۹۲٬۰۰۰ کیلومتر دارد، سرچشمهٔ اصلی نور، انرژی، گرما و زندگی بر روی زمین است. خورشید نخستین جسم در سامانهٔ خورشیدی بر پایهٔ جرم و حجم میباشد. قطر خورشید نزدیک به ۱۰۹ برابر قطر زمین و جرم آن ۳۳۰ هزار برابر جرم زمین برابر با ۲×۱۰۳۰ کیلوگرم است. این مقدار ۹۹٫۸۶٪ کل جرم سامانهٔ خورشیدی است.
خورشید در درجهٔ نخست از عنصرهای هیدروژن و هلیم ساخته شدهاست. این عنصرها به ترتیب ۷۴٫۹٪ و ۲۳٫۸٪ از جرم خورشید را در شیدسپهر میسازند. در ستارهشناسی به همهٔ عنصرهای سنگینتر فلز میگوییم، فلزها کمتر از ۲٪ جرم خورشید را میسازند. فراوانترین این فلزها عبارتند از: اکسیژن (نزدیک به ۱٪ جرم خورشید)، کربن (۰٫۳٪)، نئون (۰٫۲٪) و آهن (۰٫۲٪).
خورشید ترکیب شیمیایی خود را از محیط میانستارهای به ارث بردهاست؛ و خود هلیم و هیدروژن هم به جای مانده از هستهزایی انفجار بزرگ هستند. فلزها از هستهزایی ستارهای پدید آمدهاند. ستارههایی که دورهٔ تکامل خود را به پایان رساندهاند و مواد خود را به محیط میان ستارهای پیش از ساخت خورشید بازگرداندهاند. ساختار شیمیایی شیدسپهر نمایانگر ساختار اساسی سامانهٔ خورشیدی است. البته از هنگامی که خورشید ساخته شده، بخشی از هلیم و عنصرهای سنگین از شیدسپهر گریختهاند برای همین هماکنون شیدسپهر دارای هلیم کمتری نسبت به گذشته دارد و عنصرهای سنگین هم نسبت به پیشستارهٔ خورشید ۸۴٪ اندازهٔ گذشته را دارند. ۷۱٪ پیشستارهٔ خورشید از هیدروژن، ۲۷٫۴٪ از هلیم و ۱٫۵٪ از فلزها ساخته شده بود.
در بخشهای درونی خورشید به دلیل همجوشی هستهای، هیدروژنها به هلیم دگرگون میشوند. برای همین میتوان گفت درونیترین بخش خورشید نزدیک به ۶۰٪ هلیم دارد، ولی درصد فلزها ثابت است. از آنجایی که بخش درونی خورشید تنها پرتوزایی میکند و همرفتی ندارد (نگاه کنید به بخش ناحیهٔ تابشی در بالا) برای همین هیچیک از دستاوردهای همجوشی در هسته به سوی بالا و شیدسپهر نمیآید.
فراوانی عنصرهای سنگین خورشیدی که در بالا توضیح داده شد را با کمک طیفسنجی نجومی شیدسپهر خورشید و اندازهگیری فراوانیها در شهابسنگهایی که هرگز آن قدر داغ نشدهاند که به دمای ذوب برسند، بدست میآوریم. گمان آن میرود که این شهابسنگها ساختار پیشستارهٔ خورشید را نگه داشته باشند و عنصرهای سنگین بر آنها اثر نگذاشته باشند. نتیجهٔ هر دوی این روشها با هم همخوانی دارد.
درون قلب آتش گرفتهی خورشید چه میگذرد؟
دمای قلب ستاره ما به طور غیرقابل تصوری، ۱۵ میلیون درجه سیلسیوس است. جایی که ذرات هیدروژن همجوشی کرده و هلیم و انرژی را تولید میکنند. در این واکنش میزان اندکی از جرم ماده، به انرژی تبدیل میشود. این تبدیل از فرمول معروف انیشتین پیروی میکند: E = MC۲. در اینجا E انرژی آزاد شده، M جرمی که به انرژی تبدیل شده و C سرعت نور است. اما خورشید، منبع نامحدودی از سوخت ندارد و در نهایت هیدروژنش را تمام میکند، اما چه زمانی (کی)؟
برای فهمیدن این موضوع اول از همه باید بدانیم جرم خورشید چه قدر است؟ که برای محاسبه آن، به سراغ دو منجم برجسته یعنی یوهانس کپلر و ایزاک نیوتن میرویم. کپلر حرکت سیارات را مطالعه کرد، اما علت حرکت سیارات به دور خورشید را درست نمیفهمید، تا اینکه در طول ۸۰ سال بعد، نیوتن جاذبه را فرمول بندی کرد. با استفاده از قوانین کپلر و جاذبه نیوتن، جرم خورشید محاسبه میشود که معادل ۴ هزار تریلیون تریلیون اسب آبی است!
بنابراین ۲۰۰ سال جلو میاییم زمانی که هم فرمول E=MC۲ و هم جرم خورشید را میدانیم. حالا ابزار لازم برای اینکه بدانیم خورشید چه مقدار انرژی تابش میکند را داریم. با این حال هنوز باید به جزییات درون ستارهها پی ببریم.
مدلهای ستارهای فرض میکنند که ۱۰ درصد از هیدروژن خورشید به اندازه کافی داغ است که بتواند همجوشی هستهای را تحمل کند. در هر واکنش ۷ دهم درصد از جرم هیدروژن به انرژی تبدیل میشود. در نهایت این انرژی از ستاره ما در فضا منتشر شده و خودش شبیه بادکنکی نازک و نازکتر میشود. ما کل این تابش را حس نمیکنیم، زیرا فاصله ما از خورشید ۱۵۰ میلیون کیلومتر است. ما میتوانیم مقدار انرژیای که به زمین میرسد را اندازه گیری کنیم و اگر فاصله مان از خورشید را بدانیم میتوانیم بفهمیم که از خود خورشید چقدر انرژی ساطع میشود. در نهایت اگر مقدار سوخت خورشید را بدانیم، میتوانیم محاسبه کنیم که خورشید تا چه زمانی عمر میکند.
همه این اطلاعات بیانگر این است که خورشید ما یک ستاره میان سال است و به اندازهای سوخت دارد که میتواند ۵ میلیارد سال دیگر هم ادامه بدهد، اما بعد از آن ستارهای که ما میشناسیم و دوستش داریم تغییر بسیاری خواهد کرد.
امیدواریم تا موقعی که کلونیهایی در سیارات دیگر داشته باشیم، انسانها آینده در سیاره زمین_صفر ممیز دو، شاهد دوره دیگری از حیات خورشید باشند.
