دمای خورشید چه مقدار است؟ بستگی به این دارد که درمورد کدام قسمت این ستاره سخن بگویید کنیم. خورشید ما از قسمت‌های مختلفی راه اندازی شده که هرکدام دمای مخصوص به خودشان را دارند. دما در لایه‌های گوناگون خورشید از 15 میلیون درجه سانتیگراد در هسته تا 5 هزار و 500 درجه سانتیگراد سطح خورشید متغیر است. در این مقاله تصمیم داریم به این سوال جواب بدهیم که «دمای سطح خورشید چه مقدار است؟» با دیجیاتو همراه باشید.

دمای سطح خورشید چه مقدار است؟

طبق معمولً هنگامی سخن بگویید از دمای خورشید می‌بشود، دمای سطح آن مورد نظر است. این دما که «دمای مؤثر» نیز خوانده می‌بشود، 5 هزار و 500 درجه سانتیگراد یا 5773.15 کلوین یا 9 هزار و 932 درجه فارنهایت است.

دمای مؤثر ستاره برابر با دمای جسم سیاهی است که به‌ اندازه همان ستاره تابش الکترومغناطیسی ساطع می‌کند. این دما که به ترکیب شیمیایی ستاره بستگی دارد، به دانشمندان پشتیبانی می‌کند ویژگی‌های حرارتی و طیفی ستاره‌ها را فهمیدن کنند.

براین‌مبنا، دانشمندان باتوجه‌به درجه حرارت مؤثر خورشید و درخشندگی آن، خورشید را در دسته ستارگان «رشته مهم» و از کلاس G در نمودار هرتسپرونگ-راسل دسته‌بندی کرده‌اند. این نمودار ابزار مهمی برای طبقه‌بندی و مطالعه سن ستاره‌ها است. خورشید در گروه ستارگان کوتوله زرد قرار دارد.

دمای خورشید بر حسب کلوین

دمای خورشید و دیگر ستارگان طبق معمولً برحسب کلوین گفتن می‌بشود. کلوین مقیاس استاندارد دماست که زیاد تر در فیزیک و برای کاربردهای علمی ازجمله نجوم، منفعت گیری می‌بشود؛ در ادامه مقاله دما را برحسب کلوین گفتن کرده‌ایم. برای تبدیل کلوین به درجه سانتیگراد کافی است عدد 273.15 را از دمای کلوین کم کنید.

خورشید چه مقدار داغ است؟ دمای لایه‌های گوناگون

خورشید از لایه‌های گوناگون درونی و بیرونی -هسته، لایه میانی و اتمسفر- راه اندازی شده است. بدیهی است هسته خورشید که منبع مهم تشکیل انرژی این ستاره سوزان است، دمای زیاد بالایی دارد؛ به این علت، بسته به این که چه مقدار از مرکز خورشید فاصله بگیریم، دما متفاوت خواهد می بود. دانشمندان 7 منطقه یا لایه برای خورشید در نظر گرفته‌اند که هریک بازه دمایی مشخصی دارد.

دمای لایه‌های درونی خورشید

1. هسته خورشید

دما: نزدیک به 15 میلیون کلوین

از مرکز خورشید تا نزدیک به 25 درصد شعاع آن هسته خورشید در نظر گرفته می‌بشود. (شعاع خورشید نزدیک به 696 هزار کیلومتر است.) هسته درونی‌ترین و داغ‌ترین لایه خورشید است که در آن همجوشی هسته‌ای با تبدیل هیدروژن به هلیوم، رخ می‌دهد و انرژی گرمایی و نورانی تشکیل می‌کند.

2. منطقه تابشی

دما: از 7 میلیون کلوین در عمق تا 2 میلیون کلوین

این لایه که چگالی کمتری نسبت به هسته دارد، به انتقال انرژی از هسته به لایه‌های دیگر پشتیبانی می‌کند. ناحیه تابشی از 25 درصد شعاع خورشید تا 70 درصد آن ضخامت دارد. دما در این ناحیه به‌مرور زمان تا ناحیه همرفت افت می‌یابد.

3. منطقه همرفت

دما: از 2 میلیون تا 6500 کلوین

در این ناحیه، انرژی از طریق اتفاق همرفت به لایه‌های بیرونی منتقل می‌بشود؛ پلاسمای داغ به‌سمت بالا حرکت می‌کند و در نزدیکی سطح خورشید سرد شده و به سمت پایین بازمی‌گردد. این حرکت چرخشی و جریان‌های همرفتی علتانتقال انرژی از هسته به سطح شده و تبدیل تشکیل میدان‌های مغناطیسی می‌بشود. این میدان‌ها نقش مهمی در فعالیت‌های خورشیدی دارند. این لایه از 70 درصد شعاع خورشید اغاز شده و تا سطح گسترش می‌یابد. دما در ناحیه همرفت به‌طور تدریجی تا فتوسفر افت می‌یابد.

دمای لایه‌های بیرونی خورشید

1. فوتوسفر

دما: از 6 هزار و 500 کلوین تا 4 هزار کلوین در بالا

اولین و عمیق‌ترین لایه از اتمسفر خورشید است که از زمین دیده می‌بشود. این لایه نزدیک به 500 کیلومتر ضخامت دارد. تقریباً همه انرژی خورشیدی که به زمین می‌رسد، از فوتوسفر تابش می‌بشود. لکه‌های خورشیدی روی این لایه قرار دارند. این لایه این چنین خنک‌ترین لایه خورشید محسوب می‌بشود. (در ادامه مقاله علت این نوشته شرح داده می‌بشود.) سطح خورشید در این لایه تعریف می‌بشود و دمای مؤثر آن 5 هزار و 780 کلوین است.

2. کروموسفر

دما: از 4 هزار تا 8 هزار کلوین

این لایه محل وقوع تعداد بسیاری از اتفاق‌های خورشیدی همانند شعله‌های خورشیدی است و نزدیک به 2 هزار و 100 کیلومتر ضخامت دارد. کروموسفر در واقع همان لبه قرمز قابل‌مشاهده زمان خورشیدگرفتگی است. هرچه از خورشید دورتر می‌شویم، دمای کروموسفر زیاد تر می‌بشود.

3. منطقه انتقال

دما: از 8 هزار تا 500 هزار کلوین

لایه باریکی بین کروموسفر و لایه تاج است که ضخامتی نزدیک به 100 کیلومتر دارد. دما در این منطقه نیز با دور شدن از خورشید به‌شدت افزایش می‌یابد.

4. کرونا یا تاج خورشیدی

دما: 500 هزار تا یک‌میلیون کلوین

بیرونی‌ترین لایه است که از انتهای لایه انتقال اغاز می‌بشود و میلیون‌ها کیلومتر در فضا گسترش می‌یابد. تاج خورشیدی داغ‌ترین لایه در اتمسفر خورشید است. بادهای خورشیدی از این لایه انتشار خواهد شد.

در این قسمت دیدیم که دمای خورشید به‌مرور زمان از هسته تا سطح افت سپس از سطح تا تاج خورشیدی افزایش می‌یابد. علت چیست؟

چرا دمای تاج خورشید از سطح آن زیاد تر است؟

این چالش در دهه 1930، نقل شد که دانشمند طیف‌نگار سوئدی، «بنگت ادلن» و اخترفیزیک‌دان آلمانی، «والتر گروترین»، با پشتیبانی طیف‌سنجی، خطوط خاصی را در طیف تاج خورشیدی مشاهده کردند که نشان‌دهنده وجود عناصر به‌شدت یونیزه‌شده می بود. دانشمندان دریافتند دمای معمولی سطح خورشید نمی‌تواند عناصر را تااین‌حد یونیزه کند؛ به این علت، این خطوط طیفی باید در دمای زیاد بالاتری تشکیل شده باشند. این کشف بلافاصله دیدگاه‌ها درمورد خورشید و اتفاق‌های مربوط به آن را تحول داد و تبدیل پژوهش‌های زیاد تر در عرصه فیزیک خورشید و دیگر ستارگان شد.

برای توضیح این اتفاق، نظریات مختلفی نقل شد که با اهمیت ترین آن‌ها نظریه «موج‌های آلفون» است. مطابق این نظریه، هرگونه حرکت ذرات باردار در پلاسمای خورشید میدان‌های مغناطیسی در سطح آن را مختل می‌کند و جهت تشکیل امواج آلفون می‌بشود. انرژی تولیدشده در خورشید از طریق این امواج از سطح به تاج منتقل می‌بشود و دمای تاج را بالا می‌برد.

اگرچه این نظریه سال 1970 به‌علت مدل‌سازی برهم‌کنش بین ذرات باردار و میدان‌های الکترومغناطیسی جایزه نوبل را از آن خود کرد، هم چنان امکان رصد واقعی امواج آلفون تا زمان‌ها وجود نداشت. پیشرفت‌های تازه در عرصه طیف‌سنج‌ها و تداخل‌سنجی و نیز همانند‌سازی‌های کامپیوتری، این امکان را فراهم آورده است که وجود امواج آلفون در اتمسفر خورشید قبول بشود.

بااین‌حال، دانشمندان دلایل فرد دیگر را نیز برای این اتفاق نقل کرده‌اند:

نظریه بازپیوند مغناطیسی: این نظریه می‌گوید خطوط میدان مغناطیسی در تاج خورشیدی به‌مرور زمان به‌ هم نزدیک خواهد شد، یک دفعه به هم می‌پیوندند و انرژی مغناطیسی آزادشده ناشی از درهم‌تنیدگی میدان‌ها دمای تاج را افزایش می‌دهد.

باوجود همه توضیحات علمی و دستاوردها در نجوم، تا این مدت قضیه این که چرا دمای تاج خورشید از سطح آن زیاد تر است، کامل حل نشده و این قضیه هم چنان یکی از موضوعات فعال در مطالعات اخترفیزیک است.

دمای خورشید ناشی از چیست؟

انرژی گرمایی و تابشی خورشید عمدتاً از طریق فرایند همجوشی هسته‌ای در هسته آن فراهم می‌بشود. همجوشی هسته‌ای از اساسی‌ترین عکس العمل‌های فیزیکی جهان است و منبع مهم انرژی خورشید و تعداد بسیاری از ستارگان دیگر به حساب می اید. به‌علت گرانش بالا در هسته خورشید، دما و سختی زیاد بالاست و این شرایط جهت می‌بشود هسته‌های اتم‌های هیدروژن (پروتون‌ها) با تسلط بر نیروی دافعه الکتریکی، با هم ترکیب شوند و اتم‌های هلیوم را راه اندازی دهند.

همانند آنچه در رآکتورهای هسته‌ای اتفاق می‌افتد، با راه اندازی اتم‌های پایدار هلیوم، مقدار عظیمی انرژی آزاد می‌بشود که سطح دمای هسته را تا 15 میلیون کلوین بالا می‌برد. انرژی تولیدشده در هسته به‌سمت لایه‌های بیرونی حرکت می‌کند و درنهایت به‌شکل گرما، نور مرئی و نامرئی (پرتوهای گاما، ایکس و…) به فضا گسیل می‌بشود.

از کل جرمی که تحت این فرایند همجوشی قرار می‌گیرد، فقط نزدیک به 0.7 درصد آن به انرژی تبدیل می‌بشود؛ اگرچه این عدد کم به‌ نظر می‌رسد، برابر است با 4.26 میلیون تن ماده که در هر ثانیه به انرژی تبدیل می‌بشود. با پشتیبانی رابطه هم‌ارزی جرم-انرژی، انرژی تولیدشده در هر ثانیه معادل 3.8×10²⁶ ژول می‌بشود.

دانشمندان چطور دمای خورشید را اندازه‌گیری می‌کنند؟

دانشمندان با پشتیبانی ترکیبی از راه حلهای طیف‌سنجی و تحلیل طیف نوری خورشید پیرومترها که شدت تابش گرمایی را اندازه می‌گیرند، مدل‌سازی‌های کامپیوتری، منفعت گیری از ماهواره‌ها و تلسکوپ‌های خورشیدی این چنین با منفعت گیری از تحلیل امواج صوتی که در تاثییر فرایندهای همرفت درون خورشید تشکیل خواهد شد، دمای لایه‌های گوناگون خورشید را تخمین می‌زنند.

کاوشگر پارکر که سال 2018 مأموریت خود را اغاز کرد، یکی از فضاپیماهای پیشگام ناساست که برای بازدید اتمسفر بیرونی خورشید به فضا پرتاب شده است.

سردترین نقاط روی خورشید

لکه‌های خورشیدی سردترین نقاط در لایه‌های خورشیدی می باشند. این لکه‌ها که در لایه فوتوسفر قرار دارند، تأثیر میدان‌های مغناطیسی خورشید بر دما را نشان خواهند داد. در لکه‌ها، فوران‌های شدید میدان‌های مغناطیسی مانع از حرکت آزادانه پلاسما و درنتیجه مانع جریان‌یافتن انرژی از لایه داخلی (ناحیه همرفت) به لایه بیرونی (فوتوسفر) خواهد شد. در واقع این میدان‌های قوی از انتقال گرما به‌وسیله جریان‌های همرفتی به سطح جلوگیری می‌کنند و این قضیه جهت افت دما تا نزدیک به 3500 کلوین در لکه‌ها می‌بشود. به‌علت سرد بودن این نقاط، لکه‌های خورشیدی به رنگ تیره دیده خواهد شد.

چرا باوجود گرمای خورشید، فضا هم چنان سرد است؟

در فیزیک، 3 روش برای انتقال گرما و حرارت نقل می‌بشود: رسانش، همرفت و تابش. بر پایه تعاریف فیزیک، انتقال گرما به روش رسانش و همرفت نیازمند وجود ماده و ارتعاشات و حرکت مولکول‌های آن است. باتوجه‌به این که در فضا خلأ تقریباً کامل وجود دارد، تنها راه انتقال گرمای خورشید در فضا از طریق تابش است.

تابش خورشید توسط زمین، تجهیزات فضایی، سیارک‌ها و درکل هر جسمی که سر راه آن قرار بگیرد، جذب می‌بشود و این جذب انرژی، جهت گرم‌ شدن جسم می‌بشود اما در فاصله‌های دور و جایی که جسمی برای جذب این انرژی تابشی وجود نداشته باشد، دما زیاد پایین می‌ماند.

آیا ستارگان داغ‌تر از خورشید نیز وجود دارند؟

به‌طورکلی، دمای ستاره به جرم، ترکیب شیمیایی و مرحله عمر آن بستگی دارد و در جهان ستارگان بیشماری وجود دارند که داغ‌تر از خورشید می باشند.

در نجوم، ستارگان بر پایه طیف نوری رده‌بندی شده‌اند. همان گونه که پیشتر حرف های شد، دانشمندان ستارگان را بر پایه درخشندگی و دمای مؤثر آن‌ها دسته‌بندی می‌کنند. براین‌مبنا، در رده‌بندی دمایی، ستارگان از داغ‌ترین به سردترین به‌ترتیب در گروه‌های O و B و A و F و G و K و M دسته‌بندی خواهد شد. خورشید از گروه G است و ستارگان گروه‌های O و B با دمای مؤثر 10 هزار تا بیشتر از 30 هزار کلوین، بیشترین دماها را دارند.

اکنون، داغ‌ترین ستاره فهرست‌شده، ستاره WR ۱۰۲ در صورت فلکی قوس است که دمای سطح آن 210 هزار کلوین تخمین زده می‌بشود. (برای قیاس، دمای سطح خورشید 5780 کلوین است.)

جمع‌بندی

در این مقاله درمورد دمای خورشید گفت. دمای خورشید در لایه‌های گوناگون را بازدید کردیم و گفتیم این دما از 15 میلیون کلوین در درون هسته تا 4 هزار کلوین در فوتوسفر خورشید، متغیر است. این چنین از امواج آلفون گفتیم و بازدید کردیم چرا دمای تاج خورشید از سطح آن زیاد تر است.

در ادامه، به منشأ انرژی گرمایی و تابشی خورشید پرداختیم و گفتیم این انرژی عمدتاً از طریق فرایندهای همجوشی هسته‌ای در هسته خورشید فراهم می‌بشود. علاوه‌براین، درمورد راه حلهایی که دانشمندان با منفعت گیری از آن‌ها، دمای ستاره‌ها را اندازه‌گیری می‌کنند و درمورد سردترین نقاط خورشید توضیحاتی اراعه دادیم.

سؤالات متداول