في الليلة من 1 سبتمبر إلى 2 سبتمبر 1859 ، تميزت بأكبر شفق في تاريخ الملاحظات الفلكية بالكامل - يمكن ملاحظتها في جميع أنحاء الأرض. يمكن للمرء أن يقرأ في المناطق القطبية من خلال نوره ، كان ساطعًا جدًا لدرجة أنه أيقظ المنقبين عن الذهب في
جبال روكي . لاحظ معظم الشهود التلغراف في أوروبا وأمريكا الشمالية ، وفي أعمدة التلغراف ، لاحظ الشهود شرارات. إن تقييم عواقب مثل هذا الحدث (إذا حدث في العالم الحديث ، مع شبكات كهربائية مركزية) ينتج عنه قيمة ضرر تبلغ 0.6-2.6 تريليون دولار ،
فقط للولايات المتحدة . كان هذا هو المظهر الأكثر تدميرا لطقس الفضاء في الوقت الحالي ، الذي سجلته البشرية.
في الجزء الأول من المقالة - سأصف ظاهرة النشاط الشمسي التي تكمن وراء
"طقس الفضاء" ، ولهذا السبب ، نحتاج إلى الخوض في هيكل الشمس ، الذي يبدو كالتالي:
النواة الشمسية - تحتل منطقة من المركز إلى 0.25 من نصف قطر الشمس. هنا منطقة ذات درجة حرارة قصوى (حوالي 15 مليون كلفن) ، ضغط (حوالي 250 مليار غلاف جوي) ، وكثافة (تصل إلى 150 جم / سم
3 ). نظرًا لأن سرعة التفاعلات النووية الحرارية تعتمد بشكل كبير على درجة الحرارة - يحدث الجزء الرئيسي من إطلاق الطاقة في الشمس في هذه المنطقة. ومع ذلك ، حتى مع هذه المؤشرات - سرعة التفاعلات النووية الحرارية ليست عالية جدًا (حوالي 275 واط / م
3 ) ، لذلك تتطلب المفاعلات النووية الحرارية ، مثل
ITER -
ترتيب درجات حرارة أعلى من
أجل الحصول على مؤشرات معقولة لنسبة الحجم / الطاقة.
منطقة الانتقال المشع - تمتد من عمق 0.25 إلى حوالي 0.7 من نصف قطر الشمس. يطلق عليه ذلك - لأن الطريقة الرئيسية لنقل الطاقة فيها هي الإشعاع التسلسلي وامتصاص الفوتونات. هذه منطقة هادئة إلى حد ما حيث يكون النوع الرئيسي من الحركة هو الدوران: تقوم الشمس بحركة واحدة في 25.6 يومًا على طول خط الاستواء (للمراقب على الأرض ، مع مراعاة دوراننا حول الشمس ، يستغرق حوالي 28 يومًا) ، وفي 33.5 أيام على مستوى القطب. المنطقة المشعة ، في هذه الحالة ، لها متوسط تقريبًا (بين السرعتين).
Tachocline هي منطقة انتقالية تقع بين منطقتي الإشعاع والحمل الحراري ، ويبلغ سمكها حوالي 0.04 من نصف قطر الشمس. في هذه المنطقة ، هناك انتقال من انتقال الحرارة المشع (الهادئ) إلى الحمل الحراري (المضطرب) ، ومن "دوران الحالة الصلبة" (عندما تدور الطبقات بتردد منتظم) إلى التفاضلي (تختلف في المناطق القطبية والاستوائية).
أسباب هذا التحول هي كما يلي: عند حدود حوالي 0.7 من نصف قطر الشمس ، يؤدي الانخفاض التدريجي في درجة حرارة وضغط الطبقات الشمسية إلى حقيقة أن الظروف المادية لم تعد تدعم ذرات البلازما بدون إلكترونات (مرة واحدة - ذرات الهيدروجين ، ومرتين - الهليوم). وفقًا لذلك ، يبدأ
التأثير الضوئي في العمل ، وتتوقف المادة عن الشفافية. يفقد النقل الإشعاعي فعاليته ، ويأتي نقل الحرارة بالحمل أولاً.
إن شرح مصدر التأثير الثاني هو مهمة أكثر تعقيدًا بكثير ، ولم يتمكن العلماء من حلها لفترة طويلة. ولكن في عام 2013 ، باستخدام بيانات من
"مرصد الديناميكيات الشمسية" ،
ظهرت أيضًا
علاقة بين حركة الحمل الحراري على الشمس (التي تكون فوضوية على نطاق صغير)
ودوران الشمس المستقر
والتفاضلي :
العوامل الرئيسية في فهم العمليات التي تحدث في الشمس هي كما يلي:
1) مصدر الطاقة لحدوث جميع العمليات التي سجلناها على الشمس هو الحمل الحراري المضطرب (ومصدرها هو التدرج في درجة الحرارة بين النواة الشمسية ، حيث تحدث التفاعلات النووية الحرارية ، وسطح الشمس التي تنبعث منها هذه الطاقة).
2) جميع المواد الموجودة في الشمس تقريبًا (باستثناء جزء معين من الهيدروجين في الغلاف الضوئي) تكون في حالة
بلازما . لهذا السبب ، يحدث نقل الطاقة بسبب الطاقة الحركية لتدفقات الحمل الحراري ، وبسبب
المجال الكهرومغناطيسي . في هذه الحالة ، يمكن أن تنتقل الطاقة بحرية من نوع إلى آخر (يمكن لحركة البلازما أن تولد مجالًا مغناطيسيًا ، وفي حالة أخرى ، يمكن للحقل المغناطيسي تسريع تدفقات البلازما).
منطقة الحمل الحراري - منطقة تقع على مسافة حوالي نصف القطر ، ومباشرة إلى السطح الأكثر وضوحًا. في غياب احتمالات أخرى ، يبدأ نقل الحرارة من هذا المستوى في الحدوث بسبب اختلاط الطبقات (أي الحمل الحراري ، وهذا هو السبب في الواقع ، سميت هذه المنطقة). هذه المنطقة هي المسؤولة عن جميع الظواهر التي تسمى عادة
"النشاط الشمسي" .
يتكون الهيكل الأساسي لمنطقة الحمل الحراري (و "سطح" الشمس المرئي) من
حبيبات (يبلغ قطرها النموذجي 1000 كم وعمرها من 8 إلى 20 دقيقة) ،
والحبيبات الفائقة (30 ألف كيلومتر في الحجم ، وعمرها حوالي يوم واحد) . بنية حبيبية - تتكون من مناطق مشرقة (حيث ترتفع المادة من أعماق الشمس) ومساحات مظلمة بينها (حيث تسقط المادة وفقًا لذلك). السرعة الرأسية للمادة هي 1-2 كم / ثانية ، وعمق الحبيبات مئات وآلاف الكيلومترات.
البقع الشمسية هي المناطق التي تعوق فيها المجالات المغناطيسية القوية حركة الحمل الحراري للمادة. على الرغم من الاسم ، يمكن أن يطلق عليها "البقع" مع التمدد: درجة الحرارة داخلها هي 3000-4500 كلفن ، ويتم تفسير سوادها المرئي من خلال درجة حرارة المادة المحيطة (بمتوسط 5780 كلفن) ، وبالتالي ، فإن "بقع" انبعاث الضوء الأقل بشكل ملحوظ على الخلفية الخارجية. تقريبًا من بداية عمليات المراقبة المنهجية للبقع الشمسية في عام 1749 ، أصبحت الدليل الرئيسي على وجود
دورة من النشاط الشمسي
لمدة 11 عامًا (لذلك ، تم اختيار الدورة التي كانت تعمل في تلك اللحظة كدورة الصفر ، والتي تم حسابها منها - بدأت في عام 1745):
لكي نكون أكثر دقة ، يبلغ متوسط مدة الدورة حوالي 11.2 سنة ، وتختلف في النطاق من 7 إلى 17 سنة (كلما كانت الدورة أقصر ، زادت قوتها). تستغرق مرحلة النمو في الدورة فترة زمنية أقصر (4.6 سنوات مقابل 6.7 سنوات - في المتوسط في مرحلة التراجع). في بداية الدورة ، تظهر البقع عند خطوط العرض بترتيب ± 35-40 ° ، ثم تنتقل إلى منطقة ± 15 ° في الفترة القصوى ، وبنهاية الدورة ، يحدث معظمها عند خطوط العرض ± 5-8 ° (ما يسمى
بقانون Spörer ):
يرتبط مثل هذا السلوك الدوري وعدد البقع بدورة 11 عامًا لتغيير الأقطاب المغناطيسية للشمس (بينما تستغرق الدورة الكاملة لتغيير القطبية الشمالية / الجنوبية 22 سنة ، على التوالي). ومع ذلك ، فإن هذه الفترة التي تبلغ 22 عامًا (
دورة هيل ) لم تحظى بشعبية واسعة ، لأنه بالإضافة إلى تغيير القطبية ، فإنه لا يظهر عمليًا.
يشير وجود إحصاءات لأكثر من 400 سنة إلى وجود دورة علمانية للنشاط الشمسي (ما يسمى بدورة جليسبيرج - تستمر في الفترة من 70-100 سنة ، بمتوسط قيمة 87 سنة). ولكن لإثبات وجودها حقًا - كان ذلك ممكنًا فقط مع ظهور تحليل الكربون المشع: الحقيقة هي أنه خلال فترات الحد الأقصى للطاقة الشمسية تصبح الرياح الشمسية أكثر كثافة ويتوسع
الغلاف الشمسي
الشمسي قليلاً (كان هذا هو الأساس لسلسلة من التقارير حول خروج فوييجر -1 خارج حدود النظام الشمسي:
1 ،
2 ،
3 ،
4 ) ، في حين يتم تقليل تدفق
الأشعة الكونية المجرية ، ومعه يتم تقليل إنتاج
الكربون المشع
14 في الطبقات العليا من الغلاف الجوي. تم العثور على آثار هذه التغييرات على مدى 11 ألف سنة الماضية في
النوى الجليدية وحلقات الأشجار :
غالبًا ما تتشكل البقع الشمسية في مجموعات ، مع وجود بقعة رائدة لها نفس القطبية مثل القطبية الحالية لهذا النصف من الكرة الأرضية ، والعكس هو عكس ذلك. يمكن أن توجد مجموعة من البقع من عدة ساعات إلى عدة أشهر (هذا هو الأساس للتنبؤ طويل الأجل لمدة 27 يومًا - عندما تعود البقع التي تصنع ثورة واحدة إلى نفس الوضع كما هو الحال الآن).
المشاعل الشمسية هي نوع من "البقع لكل ثورة": في هذه الحالة ، يعمل المجال المغناطيسي كمضخم للحمل الحراري ، والذي بدوره يرفع درجة حرارة وإضاءة "سطح" الشمس.
البروز هي تكوينات غريبة في حالة مستقرة تشبه نصف
الطارة ، وتستقر على "سطح" الشمس:
يدينون بهذا الشكل إلى المجال المغناطيسي ، الذي هو مصدرهم: تدفق المادة المتحركة على طول الخطوط المغناطيسية في البداية يرتفع من أعماق الشمس ، ثم يصف القوس ، ويسقط مرة أخرى على الشمس. هذه النوافير من المادة - يمكن أن توجد حتى شهور. يمكن أن تحتوي على طاقة هائلة ، والتي يمكن إطلاقها في ظاهرتين فيزيائيتين ، سيتم مناقشتهما أدناه.
الشمس والشهرة الكبيرة والمشتري مع الأرض - على نطاق
التوهجات الشمسية هي انبعاثات ضخمة للطاقة (يتم وصف أكبرها في بداية هذه المقالة). في الفاشية النموذجية ، يمكن إطلاق طاقة بترتيب 10
20 J (حوالي 10 جيجا طن بمكافئ TNT) ، بشكل كبير - حوالي 10
25 J (حوالي 1 مليار ميغا طن). مصدرها هو
إعادة ربط الحقول المغناطيسية على الشمس (عندما تلامس "حلقتان" مغناطيسيتان بعضهما البعض وتغير هيكلهما بشكل كبير):
تم الحصول على أدلة دقيقة على مثل هذه العملية في
الآونة الأخيرة . أثناء التوهج الشمسي ، يتم إطلاق الطاقة في مجموعة كاملة من الإشعاع الكهرومغناطيسي ، وينبعث معظمها في الأشعة فوق البنفسجية الصلبة ، بالإضافة إلى الأشعة السينية وأشعة غاما (وهذا يرجع إلى حقيقة أن المجالات المغناطيسية أثناء عملية إعادة التوصيل تسخن البلازما إلى عشرات الملايين من الدرجات). يتم إطلاق جزء صغير فقط من الطاقة في نطاق الضوء المرئي ، لذلك في الوضع الطبيعي - فهي غير مرئية. ولكن في حالة
كارينغتون ، يمكن ملاحظة الفلاش حتى بالعين المجردة.
تنقسم ومضات الشدة إلى خمس فئات: A ، B ، C ، M ، X. كل فئة لاحقة أقوى بعشر مرات من الفئة السابقة. تنقسم كل فئة إلى مقياس خطي من 1.0 إلى 9.9 ، ولا تحتوي الفئة X على حد أعلى: في الوقت الحالي ، تم تسجيل أقوى فلاش منذ عام 1957 (عندما بدأت عمليات المراقبة خارج الغلاف الجوي ، وأصبح من الممكن إنشاء الطاقة الكاملة على طيف الإشعاع بأكمله) - حدث
4 نوفمبر 2003 ، ووفقًا للبيانات المحدثة - كان لديها الفئة X45.
| فئة فلاش | كثافة أشعة جاما 0.5-8 Å ، W \ m 2 |
|---|
| أ | حتى 10 -7 |
|---|
| ب | من 10 -7 إلى 10 -6 |
|---|
| ج | من 10 -6 إلى 10 -5 |
|---|
| م | من 10 -5 إلى 10 -4 |
|---|
| X | أكثر من 10 -4 |
|---|
عمليات طرد الكتلة الإكليلية هي الانفجارات المصاحبة (ولكن ليس دائمًا) ، وهي عملية طرد الكتل الضخمة من المادة (والتي تنعكس في اسم هذه العملية). في المتوسط ، تبلغ الانبعاثات حوالي مليار طن ، وتتقدم بسرعة عالية (حوالي 500 كم / ثانية). مصدر هذه الجماهير هو بروز. في عملية إعادة توصيل المجال المغناطيسي ، تندفع الخطوط المغناطيسية من الشمس إلى ما لا نهاية ، تليها كتل البلازما تتحرك على طولها:
تصف أحدث
طرازات الكمبيوتر العمليات التي تجري على الشمس بدقة عالية - وهذا يسمح لنا أن نأمل أن لا يمكن الحصول على فترة التنبؤات الدقيقة لطقس الفضاء قريبًا في غضون 3 أيام ، ولكن في فترة أطول بكثير.
مقارنة النموذج بالقذف الاكليلي الحقيقي الغلاف الضوئي هو "سطح" الشمس المرئي. يبلغ سمكها حوالي 300 كم ، وفيها يحدث إشعاع جزء كبير من الطيف المرئي. كثافة هذه الطبقة من 10
-8 إلى 10
-9 جم \ سم
3 . هنا يتم الوصول إلى درجة الحرارة الدنيا للشمس (4300 كلفن) ، ولكن متوسط درجة الحرارة في هذه المنطقة قريب من درجة حرارة 5777 كلفن:
في الواقع كونها استمرارًا لمنطقة الحمل ، فإن الغلاف الضوئي هو انعكاس مرئي (بالنسبة لنا) لتلك الظواهر والهيكل الموجود في منطقة الحمل (الموصوف أعلاه).
طبقة
الكروموسفير عبارة عن طبقة يبلغ سمكها حوالي 10 آلاف كيلومتر ، وتقع بين الغلاف الضوئي والهالة. هنا يبدأ الضغط في الانخفاض بشكل حاد ، وتبدأ درجة الحرارة في الارتفاع مرة أخرى:
نظرًا لأن الضغط في هذه الطبقة منخفض جدًا ، فإن لمعانها (على الرغم من زيادة درجة الحرارة) أقل مئات المرات من تلك الموجودة في الغلاف الضوئي. لهذا السبب ، تم اكتشافه لأول مرة بسبب خسوف القمر (عندما لم يتداخل الضوء من الغلاف الضوئي مع ملاحظة هذه الطبقة). تم اكتشاف الهيليوم لأول مرة في هذه المنطقة من الشمس.
يتكون الغلاف الصبغي بشكل رئيسي من أشواك - أشياء ذات شكل مستطيل ، يبلغ قطرها عدة آلاف من الكيلومترات ، وحوالي ألف في العمق:
ترتفع من الغلاف الضوئي ، تنقل المادة إلى الطبقات العليا من الشمس. المكون الآخر للكروموسفير هو الألياف. وهي حلقات رأسية للمادة تحمل بواسطة مجال مغناطيسي (مشابه للبروز).
التاج - يبدأ من نصف قطر الشمس المرئي ، ويمتد إلى 10-20 من أقطاره. وتتكون من مادة متناثرة للغاية وموزعة بشكل غير متساو ، مع درجة حرارة تتجاوز مليون كلفن.
ووفقًا
لأحدث البيانات ، فإن مصدر هذه الدرجة العالية من الإكليل هو حبيبات الكروموسفير التي تغذيها بجزيئات عالية الطاقة. يعتمد هيكل الإكليل بقوة على فترة النشاط الشمسي: خلال الحد الأقصى ، يكون له شكل كروي ، خلال الحد الأدنى يتم إطالة في اتجاه خط الاستواء:
الرياح الشمسية هي تيار من المواد الشمسية شديدة الندرة ، مع درجة حرارة قريبة من الشريان التاجي ، تتحرك بسرعة عالية (في مدار الأرض - سرعتها 300-400 كم \ ثانية):
يتم تسريع هذه المادة من خلال المجالات المغناطيسية للشمس (وهذا يجعل مثل هذا الاختلاف العالي في السرعة بين خط الاستواء والأقطاب). الضغط الذي تنتجه هو 1-6 nPa في مدار الأرض (اعتمادًا على فترة دورة 11 عامًا ووجود انبعاثات الاكليلية). بفعل الرياح الشمسية - تفقد الشمس حوالي 10-14 م M (وهذا أقل بعدة مرات مما تفقده بسبب الإشعاع).
ملاحظة الجزء الثاني من المقالة عن طقس الفضاء ، مركبة فضائية تستكشف الشمس ، والخدمات التي تراقب حالتها.