الوظائف الثلاث للشمس هي المشرقة، والدافئة، وإعطاء الحياة. نجم آخر في السماء

يعمل كل من الحمل الحراري والتوصيل الحراري من خلال جزيئات المادة. إن المساحات الشاسعة من الفضاء التي تفصل بين الأرض والشمس لا تحتوي تقريبًا على أي جزيئات، ومع ذلك يعلم الجميع أن الشمس تسخن. يسمى هذا النقل للحرارة بالإشعاع.
بفضل الإشعاع، يمكن الشعور بدفء النار حتى عندما تكون بعيدًا عنها. ولكن يصبح الجو باردًا على الفور إذا قام شخص ما بحجب اللهب عنا. وهذا يعني أن الهواء كان وسيظل باردا، ولكن الدفء جاء مباشرة من النار.
ويعتقد أن الحرارة في مثل هذه الحالات تنتقل باستخدام موجات حرارية خاصة تنبعث من مصدر إشعاعي مثل الشمس أو النار.
جميع الأجسام التي تكون درجة حرارتها أعلى من الصفر المطلق تتعرض للإشعاع. يتم التقاط هذه الموجات بشكل جيد بواسطة الأجسام المظلمة. لا يمكننا رؤية سوى جزء من هذه الموجات، فقط تلك التي تنبعث من الأجسام الساخنة جدًا، على سبيل المثال الشمس، ودوامة المصباح الكهربائي، والجمر المشتعل.

يمكن للأسطح المختلفة أن تعكس أو تمتص هذه الموجات. إذا امتص الجسم موجات الحرارة، فإنه يسخن بنفس الطريقة التي تسخن بها سترة سوداء في يوم مشمس. إذا ارتديت بدلة فضية في نفس اليوم، فستشعر بالبرودة لأن سطح الفضة يعكس الكثير من موجات الحرارة. جميع الأجسام تعكس وتمتص موجات الحرارة.
ليست كل المواد شفافة لموجات الحرارة. فالماء، على سبيل المثال، لا ينقل الإشعاع الحراري، بل ينقل الضوء بشكل جيد، ومحلول اليود يفعل العكس. في الدفيئة، يعمل الزجاج كمصيدة للحرارة، حيث يسمح بدخول ضوء الشمس ولكن لا يطلق الحرارة إلى الخارج.
تعتمد كمية الحرارة التي نتلقاها من خلال الإشعاع على المسافة. تتلقى الأرض حرارة شمسية أكثر بكثير من كوكب بلوتو، على سبيل المثال، وهو أبعد كوكب في النظام الشمسي. حتى المريخ، الكوكب التالي من الشمس بعد الأرض، يتلقى حرارة أقل مرتين من الأرض.

الشمس تنير الارض . إنه يضيء حتى عندما لا نستطيع رؤيته خلف السحاب. اليوم الأكثر غيومًا لا يزال يومًا. وفقط عندما تختفي الشمس خلف الأفق، يحل الليل والظلام.

الشمس تدفئ أرضنا بأشعتها. دفئها يخترق حتى من خلال السحب. وفي اليوم الأكثر غيومًا يكون الجو أكثر دفئًا من الليل. وعندما تختفي الشمس تحت الأفق، يبدأ الهواء بالانتعاش، وبحلول نهاية الليل عادة ما يبرد بشكل كبير. وهذا يعني أن ضوءنا وحرارتنا يعتمدان على الشمس. ولكن لماذا لا تسخن الشمس دائمًا بالتساوي؟ نعلم جميعا: في الصباح يسخن بشكل ضعيف، خلال النهار يخبز بقوة، وفي المساء يسخن مرة أخرى. ويمكن ملاحظة الشيء نفسه في أوقات مختلفة من السنة. في فصل الشتاء، توفر أشعة الشمس، حتى في أوضح يوم، القليل من الدفء. في الربيع، يبدأون في الاحماء بقوة أكبر، وفي الصيف يصبحون ساخنين للغاية لدرجة أن الناس يحاولون الاختباء في الظل.

ربما خلال النهار تكون الشمس أقرب إلى الأرض، ولهذا السبب ترتفع درجة حرارتها أكثر؟ ربما يقترب منا في الصيف ويبتعد في الشتاء؟ لا، هذا لا يمكن أن يكون. بعد كل شيء، تندفع الأرض حول الشمس على نفس المسافة تقريبا منها.

ليس هذا، بل ذلك كيف تسقط أشعة الشمس على الأرض.

تأتي أشعة الضوء والحرارة من الشمس في خط مستقيم. يمكن أن تسقط على الأرض وعلى الأشياء الموجودة على الأرض، أو عموديًا، أو بشكل غير مباشر، أو تنزلق على طول السطح. ليس من الصعب أن نرى. عندما تمشي أو تجلس في مواجهة الشمس في الصيف، لا يصبح وجهك ساخنًا جدًا. ارفع وجهك نحو الشمس وأغمض عينيك وقف هناك لبضع دقائق. سوف تشعر بمدى ارتفاع درجة حرارة وجهك. لماذا هذا؟ انظر إلى الشكل 5.

ويمكن ملاحظة هذا الاختلاف في التسخين في العديد من الظواهر الأخرى. لماذا، على سبيل المثال، يذوب الثلج الموجود على الأسطح تحت أشعة الشمس قبل أن يذوب على الأرض، وفي الربيع، عندما يكون الجو باردًا، تتدلى رقاقات ثلجية من الأسطح؟

الشكل 6 سيوضح لك ذلك: انظر كيف تسقط الأشعة على سطح الحظيرة وكيف تسقط على الثلج الموجود على الأرض.

من كل هذا يمكننا أن نستنتج: أشعة الشمس تسخن بقوة عندما تسقط عموديا (بزاوية قائمة)؛ فهي تسخن بشكل أقل إذا سقطت بشكل غير مباشر (بزاوية حادة). أنها توفر أقل قدر من الحرارة عندما تنزلق على سطح الأرض. ويحدث هذا في الصباح والمساء عندما تشرق الشمس يقف منخفضا فوق الأفق.

يعد ضوء الشمس من أهم الأشياء الموجودة على الأرض. إنه يدعم الحياة في كل كائن حي على كوكبنا، وبدونه ببساطة لن نكون موجودين. ولكن كيف يؤثر علينا؟ ولماذا تشرق الشمس أصلاً؟ دعونا نتعرف على كيفية عمل هذه العمليات.

نجم آخر في السماء

في العصور القديمة، لم يكن الناس يعرفون لماذا تشرق الشمس. ولكن حتى ذلك الحين لاحظوا أنه يظهر في الصباح الباكر ويختفي في المساء، وتحل محله النجوم الساطعة. كان يعتبر إله النهار، رمزا للضوء والخير والقوة. لقد تقدم العلم الآن إلى الأمام ولم تعد الشمس غامضة بالنسبة لنا. ستخبرك عشرات المواقع الإلكترونية والكتب بالكثير من التفاصيل عنه، كما ستعرض وكالة ناسا صورًا له من الفضاء.

اليوم يمكننا أن نقول بأمان أن الشمس ليست كائنًا خاصًا وفريدًا من نوعه، ولكنها نجم. نفس الآلاف من الآخرين الذين نراهم في سماء الليل. لكن النجوم الأخرى بعيدة جدًا عنا، لذلك تظهر من الأرض كأضواء صغيرة.

الشمس أقرب إلينا بكثير، وإشراقها مرئي بشكل أفضل بكثير. إنه مركز النظام النجمي. وتدور حوله الكواكب والمذنبات والكويكبات والنيازك وغيرها من الأجسام الكونية. يتحرك كل جسم في مداره الخاص. كوكب عطارد لديه أقصر مسافة من الشمس، ولم يتم استكشاف الأجزاء الأبعد من النظام. أحد الأجسام البعيدة هو سيدنا، الذي يقوم بدورة كاملة حول النجم كل 3420 سنة.

لماذا تشرق الشمس؟

مثل كل النجوم الأخرى، الشمس عبارة عن كرة ساخنة ضخمة. ويُعتقد أنه تشكل من بقايا نجوم أخرى منذ حوالي 4.5 مليار سنة. بدأ الغاز والغبار المنطلق منهم في الضغط في سحابة، حيث كانت درجة الحرارة والضغط تتزايد باستمرار. وبعد أن "سخنت" إلى حوالي عشرة ملايين درجة، تحولت السحابة إلى نجم أصبح مولدًا عملاقًا للطاقة.

فلماذا تشرق الشمس؟ كل هذا بسبب التفاعلات النووية الحرارية بداخله. في مركز نجمنا، يتحول الهيدروجين باستمرار إلى هيليوم تحت تأثير درجات حرارة عالية جدًا - حوالي 15.7 مليون درجة. ونتيجة لهذه العملية، يتم توليد كمية هائلة من الطاقة الحرارية، مصحوبة بتوهج.

تحدث التفاعلات النووية الحرارية فقط في قلب الشمس. ينتشر الإشعاع الناتج حول النجم، مكونًا عدة طبقات خارجية:

• منطقة النقل الإشعاعي
• منطقة الحمل الحراري
• الفوتوسفير.
• كروموسفير.
• تاج

ضوء الشمس

يتم إنتاج معظم الضوء المرئي في الغلاف الضوئي. هذه قشرة غير شفافة يتم تحديدها بسطح الشمس. تبلغ درجة الحرارة المئوية للغلاف الضوئي 5000 درجة، ولكن توجد أيضًا مناطق "أكثر برودة" عليه تسمى البقع. في الأصداف العليا ترتفع درجة الحرارة مرة أخرى.

نجمنا قزم أصفر. هذا ليس أقدم وليس أكبر نجم في الكون. لقد وصل في تطوره إلى منتصف الطريق تقريبًا وسيعيش على هذه الحالة لنحو خمسة مليارات سنة أخرى. ستتحول الشمس بعد ذلك إلى عملاق أحمر. وبعد ذلك سوف تتخلص من قشرتها الخارجية وتصبح قزمًا خافتًا.

الضوء الذي ينبعث منه الآن أبيض تقريبًا. لكن من سطح كوكبنا يظهر باللون الأصفر، حيث يتطاير ويمر عبر طبقات الغلاف الجوي للأرض. يصبح لون الإشعاع قريبًا من اللون الحقيقي في الطقس الصافي جدًا.

التفاعل مع الأرض

موقع الأرض والشمس بالنسبة لبعضهما البعض ليس هو نفسه. يتحرك كوكبنا باستمرار حول النجم في مداره. يقوم بثورة كاملة خلال عام واحد أو حوالي 365 يومًا. خلال هذا الوقت، يغطي مسافة 940 مليون كيلومتر. ولا توجد حركة محسوسة على الكوكب نفسه، على الرغم من أنه يسافر حوالي 108 كيلومترات كل ساعة. تتجلى عواقب مثل هذه الرحلة على الأرض في شكل تغير الفصول.

ومع ذلك، فإن الفصول لا تتحدد فقط من خلال الحركة حول الشمس، ولكن أيضًا من خلال ميل محور الأرض. ويميل بمقدار 23.4 درجة بالنسبة إلى مداره، لذا فإن الأجزاء المختلفة من الكوكب لا تضيء وتدفئ بشكل متساوٍ بواسطة النجم. عندما يتجه نصف الكرة الشمالي نحو الشمس، يكون الصيف، وفي نصف الكرة الجنوبي يكون الشتاء في نفس الوقت. وبعد ستة أشهر، تغير كل شيء إلى العكس تمامًا.

كثيرا ما نقول أن الشمس تظهر في النهار. ولكن هذا مجرد تعبير، لأنه يخلق يومنا هذا. تخترق أشعتها الغلاف الجوي، وتضيء الكوكب من الصباح إلى المساء. سطوعها قوي جدًا لدرجة أننا ببساطة لا نستطيع رؤية النجوم الأخرى أثناء النهار. في الليل، لا تتوقف الشمس عن السطوع، كل ما في الأمر هو أن الأرض تتجه إليها أولاً من جانب أو آخر، لأنها لا تدور في مدارها فحسب، بل تدور أيضًا حول محورها. يقوم بثورة كاملة خلال 24 ساعة. على الجانب المواجه للنجم يوجد نهار، وعلى الجانب الآخر يوجد ليل، ويتغيران كل 12 ساعة.

الطاقة التي لا يمكن تعويضها

المسافة من كوكبنا إلى الشمس هي 8.31 سنة ضوئية أو 1.496·10 8 كيلومتر، وهو ما يكفي لوجود الحياة. الموقع الأقرب من شأنه أن يجعل الأرض تبدو وكأنها كوكب الزهرة أو عطارد هامد. ومع ذلك، في غضون مليار سنة، يجب أن يصبح النجم أكثر سخونة بنسبة 10٪، وفي 2.5 مليار سنة أخرى، سيكون قادرا على تجفيف كل أشكال الحياة على هذا الكوكب حرفيا.

حاليًا، درجة حرارة النجم تناسبنا تمامًا. وبفضل هذا، ظهرت على كوكبنا مجموعة كبيرة ومتنوعة من أشكال الحياة، بدءًا من النباتات والبكتيريا وانتهاءً بالبشر. جميعها تحتاج إلى ضوء الشمس والدفء، وسوف تموت بسهولة إذا تركت لفترة طويلة. يعزز ضوء النجوم عملية التمثيل الضوئي في النباتات، مما ينتج الأكسجين الحيوي. تعمل الأشعة فوق البنفسجية على تعزيز جهاز المناعة، وتعزز إنتاج فيتامين د، وتساعد على تطهير الجو من المواد الضارة.

يؤدي التسخين غير المتكافئ للأرض بواسطة الشمس إلى حركة الكتل الهوائية، والتي بدورها تخلق المناخ والطقس على الكوكب. يؤثر الضوء المنبعث من النجم على إنشاء إيقاعات الساعة البيولوجية في الكائنات الحية. وهذا يعني أنه يتطور اعتماد صارم لنشاطهم على تغير الوقت من اليوم. لذلك، بعض الحيوانات تنشط فقط خلال النهار، والبعض الآخر فقط في الليل.

مراقبة الشمس

من بين الأنظمة النجمية الأقرب إلينا، فإن الشمس ليست الأكثر سطوعًا. وهي تحتل المرتبة الرابعة فقط في هذا المؤشر. على سبيل المثال، نجم سيريوس، الذي يمكن رؤيته بوضوح في سماء الليل، أكثر سطوعًا منه بمقدار 22 مرة.

ومع ذلك، فإننا لا نستطيع أن ننظر إلى الشمس بالعين المجردة. إنه قريب جدًا من الأرض ومراقبته بدون أدوات خاصة يضر بالرؤية. بالنسبة لنا، فهو أكثر سطوعًا بحوالي 400 ألف مرة من الضوء الذي ينعكس عن القمر. ولا يمكننا أن ننظر إليه بالعين المجردة إلا عند غروب الشمس والفجر، عندما تكون زاويته صغيرة ويقل لمعانه آلاف المرات.

بقية الوقت، لرؤية الشمس، تحتاج إلى استخدام التلسكوبات الشمسية الخاصة أو مرشحات الضوء. إذا قمت بعرض الصورة على شاشة بيضاء، فمن الممكن رؤية البقع والومضات على ضوءنا حتى مع المعدات غير المهنية. ولكن يجب أن يتم ذلك بعناية حتى لا تتلفه.

>> لماذا الشمس ساخنة؟

الشمس هي المكان الأكثر سخونةفي المجموعة الشمسية: وصف للأطفال، درجة الحرارة في الطبقات والنواة، الاندماج النووي، تسخين الغلاف الجوي، انتقال الحرارة إلى الأرض.

دعونا نتحدث عن سبب حرارة الشمس بلغة في متناول الأطفال. هذه المعلومات ستكون مفيدة للأطفال وأولياء أمورهم.

حتى للصغارليس سراً أن الحياة ممكنة على كوكبنا بفضل الشمس. نحن محظوظون لأن الأرض في الموضع الصحيح: ليست قريبة جدًا بحيث لا تحترق، ولكنها ليست بعيدة جدًا بحيث لا تتحول إلى جليد. الشمس عبارة عن كرة من الغازات الساخنة التي تطلق الحرارة، مما يؤدي إلى تدفئة كل شيء حولها. آباءأو المعلم في المدرسةيجب اشرح للأطفالأن هذه الحرارة تنتشر في جميع أنحاء. وبطبيعة الحال، كلما كانت الأجسام أبعد، كلما كانت بيئتها أكثر برودة. ولكن لماذا تولد الكثير من الحرارة؟

إذا كنت تحب الإعجاب بالنجوم، فعليك أن تعلم أنها الشمس من حيث تركيبها ومبدأ عملها. في بداية تكوينها، نرى فقط كتلة من الغازات الدوارة ذات النواة (المركزية) التي تضغط الذرات (الاندماج النووي). لكى يفعل شرح للأطفالوالأكثر تذكرًا هو أن هذا الضغط الشديد ينتج درجة حرارة تبلغ 15 مليون درجة. وهذا يعني أنك سوف تحترق قبل أن تقترب.

كلما اقتربت من المصدر، أصبح الجو أكثر دفئًا. علاوة على ذلك، فإن الشمس لها "غلاف جوي" خاص بها يحتفظ بالحرارة. يتم إطلاق الجزيئات الحرارية من القلب، وتتحرك حول الطبقة الأولى (من القلب) - منطقة الإشعاع. إنهم ينتقلون إلى هناك لملايين السنين، ثم يخرجون. الكرة التالية هي منطقة الحمل الحراري ودرجة حرارتها 2 مليون درجة. وتبقى هناك، وتنتج ببطء فقاعات ضخمة من الذرات المتأينة التي تخرج منها البلازما الساخنة. ثم تنتقل الجزيئات إلى الغلاف الضوئي.

ربما يكون الأطفال قد خمنوا بالفعل أنه مع كل طبقة خارجية تنخفض درجة الحرارة. وبالتالي تبقى درجة الحرارة 5500 درجة مئوية في الغلاف الضوئي. هذا هو ضوء الشمس. عندما نلاحظ وجود بقع على الشمس، فهي ببساطة مناطق أكثر برودة. يسخن مركزها حتى 4000 درجة مئوية.

المستوى التالي يسخن حتى 4320 درجة مئوية - الكروموسفير. وعادةً لا ترى ضوءه لأنه أضعف من الغلاف الضوئي. ولكن يصبح ملحوظا خلال كسوف الشمس. ثم يتداخل القمر مع الغلاف الضوئي، وتصبح الحافة الحمراء - الكروموسفير - ملحوظة.

تسخن الإكليل إلى درجات حرارة عالية، مما ينتج عنه تدفقات ضخمة من البلازما تصل إلى حدها الأقصى عند نقطة الإكليل. يمكن أن تقترب من 2 مليون درجة. عندما تبرد الهالة، تُفقد الحرارة وتنطلق على شكل رياح شمسية. بحاجة ل اشرح للأطفالأن حرارة الشمس يجب أن تنتقل 93 مليون ميل للوصول إلى الأرض. يستغرق هذا 8 دقائق.

الآن أنت تفهم لماذا تكون الشمس ساخنة وتحافظ على درجة حرارتها. استخدم الصور ومقاطع الفيديو والرسومات والنماذج المتحركة عبر الإنترنت لفهم وصف النجم وخصائصه بشكل أفضل. بالإضافة إلى ذلك، يحتوي الموقع على تلسكوبات إلكترونية تراقب الشمس في الوقت الفعلي، ونموذج ثلاثي الأبعاد للنظام الشمسي مع جميع الكواكب، وخريطة للشمس ومنظر للسطح.

تضيء الشمس كوكبنا وتدفئه؛ وبدون ذلك، لن تكون الحياة عليه ممكنة فحسب، بل حتى للكائنات الحية الدقيقة. الشمس هي المحرك الرئيسي (وإن لم يكن الوحيد) للعمليات التي تحدث على الأرض. لكن الأرض لا تتلقى فقط الحرارة والضوء من الشمس. تؤثر أنواع مختلفة من الإشعاع الشمسي وتدفقات الجسيمات باستمرار على حياة كوكبنا. ترسل الشمس موجات كهرومغناطيسية إلى الأرض من جميع مناطق الطيف - من موجات الراديو متعددة الكيلومترات إلى أشعة جاما. تصل أيضًا الجسيمات المشحونة ذات الطاقات المختلفة إلى المناطق المجاورة للأرض - سواء العالية (الأشعة الكونية الشمسية) أو المنخفضة والمتوسطة (تيارات الرياح الشمسية، والانبعاثات الناتجة عن التوهجات). أخيرا، تنبعث الشمس من دفق قوي من الجزيئات الأولية - النيوترينوات. ومع ذلك، فإن تأثير الأخير على العمليات الأرضية لا يكاد يذكر: بالنسبة لهذه الجزيئات تكون الكرة الأرضية شفافة، وتطير عبرها بحرية. فقط جزء صغير جدًا من الجسيمات المشحونة من الفضاء بين الكواكب يدخل الغلاف الجوي للأرض - أما الباقي فيرفضه المجال المغنطيسي الأرضي أو يحتفظ به. لكن طاقتها كافية لإحداث الشفق القطبي واضطرابات المجال المغناطيسي لكوكبنا.

طاقة ضوء الشمس. يخضع الإشعاع الكهرومغناطيسي لاختيار صارم في الغلاف الجوي للأرض. وهو شفاف فقط للضوء المرئي والأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء القريبة، وكذلك لموجات الراديو في نطاق ضيق نسبيًا (من سنتيمتر إلى متر). وتنعكس جميع الإشعاعات الأخرى أو يمتصها الغلاف الجوي، مما يؤدي إلى تسخين وتأيين طبقاته العليا. يبدأ امتصاص الأشعة السينية والأشعة فوق البنفسجية الصلبة على ارتفاعات 300 - 350 كيلومتراً؛ وعلى نفس الارتفاعات، تنعكس أطول موجات الراديو القادمة من الفضاء. أثناء الاندفاعات القوية من إشعاعات الأشعة السينية الشمسية الناتجة عن التوهجات الكروموسفيرية، تخترق كميات الأشعة السينية إلى ارتفاعات تتراوح بين 80 و100 كيلومتر، وتؤين الغلاف الجوي وتتسبب في تعطيل اتصالات الموجات القصيرة. يمكن للأشعة فوق البنفسجية الناعمة (طويلة الموجة) أن تخترق عمقًا أكبر، ويتم امتصاصها على ارتفاع يتراوح بين 30 و35 كيلومترًا. هنا، تتحلل الكمات فوق البنفسجية إلى ذرات (تتفكك) وجزيئات الأكسجين (O2)، يليها تكوين الأوزون (03). وهذا يخلق "شاشة الأوزون" التي لا تكون شفافة للأشعة فوق البنفسجية، مما يحمي الحياة على الأرض من الأشعة الضارة. يصل الجزء غير الممتص من الأشعة فوق البنفسجية ذات الطول الموجي الأطول إلى سطح الأرض. هذه الأشعة هي التي تسبب الاسمرار وحتى حروق الجلد عند الأشخاص أثناء التعرض لفترات طويلة لأشعة الشمس. يتم امتصاص الإشعاع في النطاق المرئي بشكل ضعيف. إلا أنها متناثرة في الغلاف الجوي حتى في حالة عدم وجود السحب، ويعود جزء منها إلى الفضاء بين الكواكب. تعمل الغيوم، التي تتكون من قطرات الماء والجزيئات الصلبة، على تعزيز انعكاس الإشعاع الشمسي بشكل كبير. ونتيجة لذلك، في المتوسط، يصل حوالي نصف الضوء الساقط على حدود الغلاف الجوي للأرض إلى سطح الكوكب. تسمى كمية الطاقة الشمسية التي تسقط على سطح مساحته 1 م2، والمنتشرة بشكل عمودي على أشعة الشمس على حدود الغلاف الجوي للأرض، بالثابت الشمسي. ومن الصعب جداً قياسه من الأرض، ولذلك فإن القيم التي تم العثور عليها لبداية أبحاث الفضاء كانت تقريبية جداً. من الواضح أن التقلبات الصغيرة (إذا كانت موجودة بالفعل) كانت "غارقة" في عدم دقة القياسات. فقط تنفيذ برنامج فضائي خاص لتحديد الثابت الشمسي هو الذي جعل من الممكن العثور على قيمته الموثوقة. وفقًا لأحدث البيانات، تبلغ 1370 وات/م2 بدقة 0.5%. ولم يتم اكتشاف أي تقلبات تتجاوز 0.2% أثناء القياسات. على الأرض، يتم امتصاص الإشعاع عن طريق الأرض والمحيطات. ويشع سطح الأرض الساخن بدوره في منطقة الأشعة تحت الحمراء ذات الموجة الطويلة. بالنسبة لمثل هذا الإشعاع، يكون النيتروجين والأكسجين في الغلاف الجوي شفافين. لكن بخار الماء وثاني أكسيد الكربون يمتصه بشراهة. وبفضل هذه المكونات الصغيرة، يحتفظ الغلاف الهوائي بالحرارة. هذا هو تأثير الاحتباس الحراري للغلاف الجوي. بشكل عام، هناك توازن بين وصول الطاقة الشمسية إلى الأرض وخسائرها على الكوكب: بقدر ما تأتي، بقدر ما يتم إنفاقه. وإلا فإن درجة حرارة سطح الأرض والغلاف الجوي إما أن ترتفع أو تنخفض باستمرار. لماذا تشرق الشمس ولا تبرد لمليارات السنين؟ ما هو "الوقود" الذي يمنحه الطاقة؟ لقد كان العلماء يبحثون عن إجابات لهذا السؤال لعدة قرون، ولم يتم العثور على الحل الصحيح إلا في بداية القرن العشرين. ومن المعروف الآن أنه، مثل النجوم الأخرى، يضيء بفضل التفاعلات النووية الحرارية التي تحدث في أعماقه. أي نوع من ردود الفعل هذه؟ فإذا اندمجت نوى ذرات العناصر الخفيفة في نواة ذرة عنصر أثقل، فإن كتلة العنصر الجديد ستكون أقل من الكتلة الإجمالية لتلك التي تكونت منها. ويتم تحويل ما تبقى من الكتلة إلى طاقة، والتي يتم حملها بعيدًا بواسطة الجزيئات المنطلقة أثناء التفاعل. يتم تحويل هذه الطاقة بالكامل تقريبًا إلى حرارة. لا يمكن أن يحدث تفاعل اندماج النوى الذرية إلا عند ضغط مرتفع جدًا ودرجة حرارة أعلى من 10 ملايين درجة. ولهذا السبب يطلق عليه اسم النووية الحرارية. المادة الرئيسية التي تشكل الشمس هي الهيدروجين، والذي يمثل حوالي 71٪ من الكتلة الإجمالية للنجم. ما يقرب من 27٪ ينتمي إلى الهيليوم، والباقي 2٪ ينتمي إلى عناصر أثقل مثل الكربون والنيتروجين والأكسجين والمعادن. "الوقود" الرئيسي للشمس هو الهيدروجين. من أربع ذرات هيدروجين، نتيجة لسلسلة من التحولات، يتم تشكيل ذرة هيليوم واحدة. ومن كل جرام من الهيدروجين المشارك في التفاعل، يتم إطلاق 6×1011 جول من الطاقة! على الأرض، ستكون هذه الكمية من الطاقة كافية لتسخين 1000 متر مكعب من الماء من درجة حرارة 0 درجة مئوية إلى نقطة الغليان. دعونا نفكر في آلية التفاعل النووي الحراري لتحويل الهيدروجين إلى هيليوم، والذي يبدو أنه الأكثر أهمية بالنسبة لمعظم النجوم. يطلق عليه بروتون بروتون لأنه يبدأ بالاقتراب الوثيق لنواة ذرة الهيدروجين - البروتونات. البروتونات مشحونة بشحنة موجبة، وبالتالي فهي تتنافر، ووفقًا لقانون كولومب، فإن قوة هذا التنافر تتناسب عكسيًا مع مربع المسافة ويجب أن تزداد بسرعة مع الاقتراب. ومع ذلك، في درجات الحرارة والضغوط المرتفعة جدًا، تكون سرعات الحركة الحرارية للجزيئات عالية جدًا، وتكون الجزيئات مزدحمة جدًا، بحيث لا يزال أسرعها يقترب من بعضها البعض ويجد نفسه في مجال تأثير القوى النووية. ونتيجة لذلك قد تحدث سلسلة من التحولات تنتهي بظهور نواة جديدة تتكون من بروتونين ونيوترونين - نواة الهيليوم. ليس كل تصادم بين بروتونين يؤدي إلى تفاعل نووي. على مدى مليارات السنين، يمكن للبروتون أن يصطدم باستمرار مع البروتونات الأخرى دون أن يخضع للتحول النووي. ولكن إذا حدث حدث آخر غير محتمل للنواة في لحظة الاقتراب الوثيق من بروتونين - وهو اضمحلال البروتون إلى نيوترون وبوزيترون ونيوترينو (تسمى هذه العملية اضمحلال بيتا)، فسوف يتحد البروتون والنيوترون في نواة مستقرة من الهيدروجين الثقيل الديوتيريوم. نواة الديوتيريوم (دايتون) تشبه في خصائصها نواة الهيدروجين، ولكنها أثقل فقط. ولكن، على عكس الأخير، لا يمكن أن توجد نواة الديوتيريوم لفترة طويلة في أعماق النجم. في غضون ثوانٍ قليلة، بعد اصطدامه ببروتون آخر، فإنه يربطه بنفسه، ويطلق كمية جاما قوية ويصبح نواة نظير الهيليوم، حيث لا يرتبط بروتونان بنيوترونين، كما هو الحال في الهيليوم العادي، ولكن مع واحد . مرة كل بضعة ملايين من السنين، تقترب نوى الهيليوم الخفيفة من بعضها البعض لدرجة أنها يمكن أن تتحد لتشكل نواة هيليوم عادية، و"تطلق" بروتونين. ونتيجة للتحولات المتعاقبة تتشكل نواة الهيليوم العادي. تعمل البوزيترونات وأشعة جاما المتولدة أثناء التفاعل على نقل الطاقة إلى الغاز المحيط، وتترك النيوترينوات النجم تمامًا، لأن لديها قدرة مذهلة على اختراق سماكات هائلة من المادة دون لمس ذرة واحدة. إن تفاعل تحول الهيدروجين إلى هيليوم هو المسؤول عن وجود هيليوم داخل الشمس أكثر بكثير من الموجود على سطحها. بطبيعة الحال، يطرح السؤال: ماذا سيحدث للشمس عندما يحترق كل الهيدروجين الموجود في قلبها ومتى سيحدث ذلك؟ اتضح أنه خلال حوالي 5 مليارات سنة، سينخفض ​​محتوى الهيدروجين في القلب كثيرًا بحيث يبدأ احتراقه في الطبقة المحيطة بالنواة. وسيؤدي ذلك إلى "تضخم" الغلاف الجوي الشمسي وزيادة حجم الشمس وانخفاض درجة حرارة السطح وزيادة في قلبها. وتدريجيا ستتحول الشمس إلى عملاق أحمر - نجم بارد نسبيا ذو قطر هائل بغلاف جوي يتجاوز حدود مدار الأرض. لن تنتهي حياة الشمس عند هذا الحد، بل ستخضع للعديد من التغييرات حتى تصبح في النهاية كرة غازية باردة وكثيفة، لا تحدث بداخلها أي تفاعلات نووية حرارية.

الرياح الشمسية والمجالات المغناطيسية بين الكواكب. في أواخر الخمسينيات من القرن العشرين، توصل عالم الفيزياء الفلكية الأمريكي يوجين باركر إلى استنتاج مفاده أنه بما أن الغاز الموجود في الإكليل الشمسي يتمتع بدرجة حرارة عالية، والتي تظل كما هي مع المسافة من الشمس، فيجب أن يتوسع باستمرار، ليملأ النظام الشمسي. أكدت النتائج التي تم الحصول عليها بمساعدة المركبات الفضائية السوفيتية والأمريكية صحة نظرية باركر. إن تدفق المادة الموجه من الشمس، والذي يسمى الرياح الشمسية، يندفع في الواقع عبر الفضاء بين الكواكب. وهو يمثل امتدادًا للهالة الشمسية المتوسعة؛ ويتكون بشكل أساسي من نواة ذرات الهيدروجين (البروتونات) والهيليوم (جسيمات ألفا)، بالإضافة إلى الإلكترونات. تطير جزيئات الرياح الشمسية بسرعة عدة مئات من الكيلومترات في الثانية، مبتعدة عن الشمس بعشرات الوحدات الفلكية - حيث يتحول الوسط بين الكواكب في النظام الشمسي إلى غاز بين النجوم المخلخل. ومع الرياح، تنتقل أيضًا المجالات المغناطيسية الشمسية إلى الفضاء بين الكواكب. يذكرنا المجال المغناطيسي العام للشمس قليلًا بالمجال المغناطيسي للأرض من حيث شكل خطوط الحث المغناطيسي. لكن خطوط المجال الأرضي القريبة من خط الاستواء مغلقة ولا تسمح بمرور الجسيمات المشحونة الموجهة نحو الأرض. وعلى العكس من ذلك، فإن خطوط المجال الشمسي مفتوحة في المنطقة الاستوائية وتمتد إلى الفضاء بين الكواكب، وتنحني مثل اللوالب. ويمكن تفسير ذلك من خلال بقاء خطوط القوة متصلة بالشمس التي تدور حول محورها. تشكل الرياح الشمسية مع المجال المغناطيسي "المجمد" فيها ذيول الغاز للمذنبات وتوجهها بعيدًا عن الشمس. عندما تلتقي الرياح الشمسية بالأرض في طريقها، فإنها تشوه غلافها المغناطيسي بشكل كبير، ونتيجة لذلك يكون لكوكبنا "ذيل" مغناطيسي طويل، موجه أيضًا من الشمس. يستجيب المجال المغناطيسي للأرض بحساسية لتدفق المادة الشمسية التي تهب فوقه.

القصف بالجزيئات النشطة. بالإضافة إلى الرياح الشمسية "تهب" باستمرار، يعمل نجمنا كمصدر للجسيمات المشحونة النشطة (أساسا البروتونات ونواة ذرات الهيليوم والإلكترونات) بطاقة تتراوح بين 106 و 109 إلكترون فولت. يطلق عليهم الأشعة الكونية الشمسية. تبلغ المسافة من الشمس إلى الأرض 150 مليون كيلومتر - وتغطي أكثر هذه الجسيمات نشاطًا في 10 إلى 15 دقيقة فقط. المصدر الرئيسي للأشعة الكونية الشمسية هو مشاعل الكروموسفير. وفقا للمفاهيم الحديثة، فإن التوهج هو إطلاق مفاجئ للطاقة المتراكمة في المجال المغناطيسي للنواة. على ارتفاع معين فوق سطح الشمس، تظهر منطقة يتغير فيها المجال المغناطيسي على مسافة قصيرة بشكل حاد من حيث الحجم والاتجاه. في مرحلة ما، يتم "إعادة الاتصال" فجأة بخطوط المجال، ويتغير تكوينها بشكل كبير، والذي يصاحبه تسارع الجسيمات المشحونة إلى طاقة عالية، وتسخين المادة وظهور الإشعاع الكهرومغناطيسي الصلب. في هذه الحالة، يتم إطلاق جزيئات عالية الطاقة في الفضاء بين الكواكب ويتم ملاحظة إشعاع قوي في النطاق الراديوي. على الرغم من أن العلماء فهموا على ما يبدو "مبدأ عمل" التوهجات بشكل صحيح، إلا أنه لا توجد نظرية مفصلة عن التوهجات حتى الآن. التوهجات هي أقوى العمليات الشبيهة بالانفجار التي يتم ملاحظتها على الشمس، وبشكل أكثر دقة في غلافها اللوني. يمكن أن تستمر لبضع دقائق فقط، ولكن خلال هذا الوقت يتم إطلاق الطاقة، والتي تصل أحيانًا إلى 1025 جول. تقريبًا نفس الكمية من الحرارة تمر من الشمس إلى كامل سطح كوكبنا خلال عام كامل. إن تيارات الأشعة السينية الصلبة والأشعة الكونية الشمسية المتولدة أثناء التوهجات لها تأثير قوي على العمليات الفيزيائية في الغلاف الجوي العلوي للأرض والفضاء القريب من الأرض. إذا لم يتم اتخاذ تدابير خاصة، فقد تفشل الأدوات الفضائية المعقدة والألواح الشمسية. بل إن هناك خطرًا جسيمًا من التعرض للإشعاع على رواد الفضاء في المدار. ولذلك، يجري العمل في بلدان مختلفة على التنبؤ العلمي للتوهجات الشمسية بناء على قياسات المجالات المغناطيسية الشمسية. ومثل الأشعة السينية، لا تصل الأشعة الكونية الشمسية إلى سطح الأرض، بل يمكنها تأين الطبقات العليا من غلافها الجوي، مما يؤثر على استقرار الاتصالات الراديوية بين النقاط البعيدة. لكن عمل الجزيئات لا يقتصر على هذا. وتسبب الجسيمات السريعة تيارات قوية في الغلاف الجوي للأرض، وتؤدي إلى اضطرابات في المجال المغناطيسي لكوكبنا، بل وتؤثر على دوران الهواء في الغلاف الجوي. المظهر الأكثر إثارة للإعجاب والأكثر إثارة للإعجاب لقصف الغلاف الجوي بالجزيئات الشمسية هو الشفق القطبي. هذا هو توهج في الطبقات العليا من الغلاف الجوي، إما أن يكون له أشكال ضبابية (منتشرة)، أو ظهور تيجان أو ستائر (ستائر)، تتكون من العديد من الأشعة الفردية. عادة ما يكون التوهج أحمر أو أخضر: هكذا تتوهج المكونات الرئيسية للغلاف الجوي - الأكسجين والنيتروجين - عند تشعيعها بجزيئات نشطة. إن مشهد الخطوط والأشعة الحمراء والخضراء التي تظهر بصمت، واللعب الصامت للألوان، والتلاشي البطيء أو شبه الفوري لـ "الستائر" المتمايلة يترك انطباعًا لا يُنسى. من الأفضل رؤية مثل هذه الظواهر على طول الشفق البيضاوي، الواقع بين خطي عرض 10° و20° من القطبين المغناطيسيين. خلال فترة النشاط الشمسي الأقصى في نصف الكرة الشمالي، ينتقل الشكل البيضاوي نحو الجنوب، ويمكن ملاحظة الشفق القطبي عند خطوط العرض المنخفضة. من الواضح أن تواتر وشدة الشفق القطبي يتبعان الدورة الشمسية: عند الحد الأقصى للنشاط الشمسي، يمر يوم نادر بدون الشفق القطبي، وعلى أقل تقدير يمكن أن يغيب لعدة أشهر. وبالتالي فإن وجود أو عدم وجود الشفق القطبي يعد بمثابة مؤشر جيد للنشاط الشمسي. وهذا يسمح لنا بتتبع الدورات الشمسية في الماضي، إلى ما بعد الفترة التاريخية التي تم فيها إجراء عمليات رصد منهجية للبقع الشمسية.

النشاط الشمسي وصحة الإنسان. قدم ألكسندر ليونيدوفيتش تشيزيفسكي مساهمة كبيرة في دراسة تأثير الشمس على حدوث الأمراض الوبائية. نتائج هذه الدراسات لها قيمة خاصة: فهو عمل بمواد من تلك العصور عندما لم يكن الطب يعرف بعد كيفية محاربة الطاعون أو الكوليرا أو التيفوس. أعطت الطبيعة العفوية لظهور الأوبئة وانتشارها الأمل في تحديد علاقتها بالنشاط الشمسي "في شكله النقي". وباستخدام مواد واسعة النطاق، أظهر العالم أن الأوبئة الأكثر خطورة وفتكًا تتزامن دائمًا مع الحد الأقصى للنشاط الشمسي. وتم العثور على نفس النمط بالنسبة للدفتيريا والتهاب السحايا وشلل الأطفال والدوسنتاريا والحمى القرمزية. وفي أوائل الستينيات، ظهرت منشورات علمية حول العلاقة بين أمراض القلب والأوعية الدموية والنشاط الشمسي. وأظهروا أن الأشخاص الذين أصيبوا بالفعل بنوبة قلبية واحدة هم الأكثر عرضة للتعرض لأشعة الشمس. اتضح أن أجسادهم لا تتفاعل مع القيمة المطلقة لمستوى النشاط، ولكن مع معدل تغيره. من بين المظاهر المتنوعة للنشاط الشمسي، تحتل مشاعل الكروموسفير مكانا خاصا. تؤثر هذه العمليات الانفجارية القوية بشكل كبير على الغلاف المغناطيسي والغلاف الجوي والمحيط الحيوي للأرض. يبدأ المجال المغناطيسي للأرض بالتغير بشكل عشوائي، وهذا هو سبب العواصف المغناطيسية. في الثلاثينيات من القرن العشرين في مدينة نيس (فرنسا)، لوحظ بالصدفة أن عدد حالات احتشاء عضلة القلب والسكتات الدماغية لدى كبار السن زاد بشكل حاد في تلك الأيام التي حدثت فيها اضطرابات شديدة في الاتصال بمقسم الهاتف المحلي، حتى إلى توقفها التام. وكما تبين لاحقا، فإن انقطاع الاتصالات الهاتفية كان سببه العواصف المغناطيسية. كانت المعلومات حول تأثير المجال المغناطيسي على جسم الإنسان متاحة في العصور القديمة. تم وصف الخصائص العلاجية للمغناطيس من قبل أرسطو وبليني الأكبر وباراسيلسوس وويليام جيلبرت. لقد ثبت الآن أن المجال المغناطيسي يؤثر بشكل أساسي على أجهزة الجسم التنظيمية (العصبية والغدد الصماء والدورة الدموية). تأثيره يثبط ردود الفعل المشروطة وغير المشروطة ويغير تكوين الدم. يتم تفسير هذا التفاعل للمجال المغناطيسي في المقام الأول بالتغيرات في خصائص المحاليل المائية في جسم الإنسان. في عام 1934، افترض العالمان الإنجليزيان جون برنال ورالف فاولر أن الماء يمكن أن يظهر خصائص متأصلة في البلورات الصلبة. بعد ذلك، تم إثبات هذه الفرضية تجريبيا، وفي الوقت الحاضر تنتشر البلورات السائلة على نطاق واسع في الحياة اليومية: فهي تستخدم في الساعات الإلكترونية والآلات الحاسبة وأجهزة الاستدعاء وغيرها من الأجهزة (ظهرت شاشات الكريستال السائل مؤخرًا). في ظل الظروف العادية، يكون التركيب البلوري للماء غير مستقر للغاية ويظهر تأثيرًا ضئيلًا. ولكن إذا تم تمرير الماء من خلال مجال مغناطيسي ثابت، يصبح هذا الهيكل ملحوظا، والماء نفسه يكتسب عددا من الخصائص غير العادية. وبالتالي، فإن الماء "الممغنط" ينتج حجمًا أقل بكثير، ويتغير ثابت العزل الكهربائي، ويمتص الضوء بشكل مختلف، كما أن إنبات البذور ونمو النباتات المعالجة بهذه المياه يحدث بشكل أسرع بكثير. يحتوي أي كائن حي على أكثر من 70% من الماء، وهو جزء لا يتجزأ من الخلايا والأنسجة. إذا افترضنا أنه حتى مجال الأرض الضعيف نسبيًا يكفي "لمغنطة" الماء داخل الجسم، فيجب أن نتوقع خلال فترات العواصف المغناطيسية تغيرًا حادًا في العمليات الحيوية. وبما أن هذه العمليات تحدث على المستوى الخلوي، فإن العاصفة المغناطيسية ستسبب تغيرات في سلوك جميع الكائنات الحية، من البشر إلى الميكروبات. هذا هو السبب في أنه خلال سنوات الإشعاع النشط للشمس، يمكن أن تحدث أحداث مختلفة مثل ليلة القديس بارثولوميو أو غارات الجراد المدمرة.