اللهم صل علی محمد و آل محمد و عجل فرجهم

لایه‌های جو خورشید چیستند – دما و ارتفاع و دیگر ویژگی‌ها

لایه‌های جو خورشید

جو خورشید یا اتمسفر خورشید چیست

لایه‌های جو خورشید چیستند: خورشید نیز مانند زمین، جو یا اتمسفر دارد اما ساختار و ویژگی‌های جو خورشید متفاوت است. اتمسفر یا جو خورشید از سه بخش اصلی تشکیل شده است که آن‌ها را نورسپهر (فوتوسفر)، فام‌سپهر (کروموسفر) و تاج خورشیدی (کرونا) نامیده‌اند. نورسپهر تنها لایه مرئی جو خورشید است و لذا گاهی آن را سطح خورشید (و نه جزئی از جو خورشید) در نظر می‌گیرند. هر یک از این لایه‌ها دما و ویژگی‌های متفاوتی دارند. در ادامه، لایه‌های خورشید و دما و ویژگی‌های آن‌ها با جزییات بیشتری توضیح داده می‌شود.


لایه‌های جو خورشید چیستند

جو خورشید از سه لایه اصلی و یک ناحیه مرزی تشکیل شده است:

  • نورسپهر یا شیدسپهر یا فوتوسفر (Photosphere): ضخامتش حدود ۵۰۰ کیلومتر و دمای آن حدود ۶,۰۰۰ کلوین (۵۵۰۰ درجه سانتی‌گراد)  است.
  • فام‌سپهر یا کروموسفر (Chromosphere): ضخامتش حدود ۱۰,۰۰۰ کیلومتر و دمای آن حدود ۴,۰۰۰ تا ۸,۰۰۰ کلوین (۳۷۰۰ تا ۷۷۰۰ درجه سانتی‌گراد) است.
    • منطقه انتقال خورشیدی (transition zone): مرز فام‌سپهر و تاج خورشیدی است. در این منطقه دما ناگهان تا حدود ۵۰۰,۰۰۰ درجه سانتی‌گراد افزایش می‌یابد.
  • تاج خورشیدی (Corona): بیرونی‌ترین لایه اتمسفر خورشید و بسیار گسترده و شکلش ناپایدار است. دمای تاج خورشیدی بیش از ۱,۰۰۰,۰۰۰ کلوین (یک میلیون درجه سانتی‌گراد) است.

نورسپهر یا فوتوسفر خورشید

خورشید گوی بزرگی از پلاسما (گاز یونیزه شده) است. لذا برخلاف زمین سطح جامد و مشخصی ندارد. نور خورشید و تمام دیگر ستارگان، نتیجه فرآیندی موسوم به هم‌جوشی هسته‌ای است که پیوسته در هسته یا مرکز ستاره در جریان است. در این فرآیند، داغ بودن بیش از حد محیط سبب می‌شود تا اتم‌های گاز به‌شدت با هم برخورد کنند و با هم جوش بخورند. وقتی دو اتم با هم ترکیب می‌شوند، بخشی از جرم آن‌ها به انرژی تبدیل می‌شود و خورشید این انرژی را به‌شکل نور و گرما به فضا می‌پراکند. پس از سپری شده مرحله‌ای که یک میلیون سال طول کشیده است، پلاسما بسیار داغ و نتیجتاً چگالی آن بسیار کمتر می‌شود. در این مرحله فوتون‌ها یعنی ذرات نور، دیگر نمی‌توانند به درون اتم‌ها نفوذ کنند و لذا فرصت می‌یابند تا از محیط بگریزند و در فضا منتشر شوند. بدین سان، نور خورشید در فضا منتشر و مشاهده می‌شود. به‌همین علت سطح خورشید موسوم به نورسپهر یا فوتوسفر (Photosphere) می‌درخشد. نورسپهر یا فوتوسفر نخستین لایه جو خورشید و تنها لایه مرئی آن است و به همین علت، آن را سطح خورشید نیز در نظر می‌گیرند.

در نورسپهر، چگالی اتم‌های یونیزه شده هیدروژن چنان کاهش می‌یابد که فوتون‌ها می‌توانند بدون مانعی از آن بگریزند. همین پدیده سبب می‌شود تا نور خورشید در فضا منتشر شود و ما آن را همچون گویی درخشان ببینیم.

مطلب مرتبط: پلاسما چیست و با گاز چه تفاوتی دارد – نجوم و فیزیک

لایه‌های جو خورشید: نورسپهر (فوتوسفر)

تصویر ۱. عکسی از خورشید و چند لکه خورشیدی در سمت چپ و عکسی نزدیک از دانه‌های خورشیدی (گرانول خورشیدی) در نورسپهر یا فوتوسفر در سمت راست

مطبی مرتبط: هم‌جوشی هسته‌ای در خورشید و ستارگان چیست و چگونه انجام می‌شود؟

دانه‌های خورشیدی در نورسپهر

ضخامت نورسپهر تنها حدود ۵۰۰ کیلومتر و دمای آن حدود ۵۵۰۰ درجه سانتی‌گراد است. برخی از نواحی نورسپهر (فوتوسفر) موسوم به لکه‌های خورشیدی دمای کمتری در حدود ۴,۰۰۰ درجه سانتی‌گراد دارند. لکه‌های خورشیدی زمانی در سطح خورشید ظاهر می‌شوند که میدان‌های مغناطیسی خورشید، پلاسمای داغ را از برخاستن در ناحیه هم‌رفتی زیرین بازمی‌دارد. وقتی خطوط میدان مغناطیسی از هم بپاشند، مواد پلاسمایی که پیش‌ از آن محدود و محصور مانده بودند، با سرعت بسیار به‌شکل شراره‌های خورشیدی فوران می‌کنند و به‌شکل لکه‌هایی در سطح خورشید ظاهر می‌شوند.

ویژگی‌های نورسپهر یا فوتوسپهر سبب می‌شود تا هنگام رصد خورشید، سطح آن به‌شکل دانه‌های نارنجی‌رنگ دیده شود. دانه‌های نارنجی‌ سطح خورشید (گرانول خورشیدی) در اصل، سلول‌های هم‌رفتی هستند که زیر ناحیه هم‌رفتی خورشید (convection zone) جای دارند. ناحیه پایین‌تر از نورسپهر (فوتوسفر) را ناحیه هم‌رفتی می‌نامند که البته جزو اتمسفر خورشید محسوب نمی‌شود بلکه یکی از لایه‌های ساختاری خورشید به حساب می‌آید. بالاتر از نورسپهر، لایه دوم جو خورشید آغاز می‌شود که فام‌سپهر (کروموسفر) نام دارد.


فام‌سپهر یا کروموسفر خورشید

فام‌سپهر یا کروموسفر (chromosphere) دومین لایه اتمسفر خورشید است، یعنی جایگا‌ه آن بالاتر از نورسپهر (فوتوسفر) و پایین‌تر از تاج خورشیدی است. ضخامت فام‌سپهر حدود ۱۰,۰۰۰ کیلومتر است. در فام‌سپهر (کروموسفر)، پلاسما چگالی بسیار اندکی دارد. چگالی پلاسما در فام‌سپهر حدود ۱۰ هزار برابر کمتر از چگالی نورسپهر است. لذا فام‌سپهر لایه بسیار رقیقی است و به‌همین علت شفاف و نامرئی است. لایه بالاتر یعنی تاج خورشیدی نیز همین‌گونه است. نورسپهر تنها لایه رنگی و مرئی اتمسفر خورشید است و به همین علت به آن، سطح خورشید نیز می‌گویند. فام‌سپهر را فقط هنگام خورشید‌گرفتی یا توسط تلسکوپ‌های فضایی ویژه می‌توان دید.

لایه‌های جو خورشید: فام‌سپهر (کروموسفر)

تصویر ۲. عکسی از فام‌سپهر یا کروموسفر خورشید هنگام خورشیدگرفتگی


با خروج از نورسپهر و بالا رفتن در فام‌سپهر، دما نیز در ارتفاعات مختلف تغییر می‌یابد. ابتدا هرچه بالا می‌روید، دما کم می‌شود و دما از ۶۰۰۰ درجه سانتی‌گراد (در نورسپهر) به ۴۰۰۰ درجه سانتی‌گراد در نواحی پایینی فام‌سپهر کاهش می‌یابد. اما سپس هرچه در فام‌سپهر بالاتر می‌روید، دما به‌طرز عجیبی تا ۲۰,۰۰۰ و نهایتا تا صدها هزار درجه سانتی‌گراد نیز افزایش می‌یابد. دانشمندان هنوز به‌درستی نمی‌دانند که چرا با بالا رفتن در نواحی فوقانی فام‌سپهر دما افزایش می‌یابد. شاید انرژی حاصل از فعالیت‌های مغناطیسی در جو خورشید چنین گرمایی را پدید می‌آورد.

ویژگی ساختاری اصلی فام‌سپهر خورفشانه‌ها یا افشانه‌های خورشیدی آن (spicule) است که به‌شکل رشته‌های باریکی از گازهای درخشان از سطح خورشید (نورسپهر) برمی‌خیزد و حدود ۵ تا ۱۵ دقیقه بعد دوباره بر سطح خورشید فرود می‌آید. شبکه فام‌سپهری یا کروموسفری (chromospheric network) از دیگر پدیده‌های مرئی خورشید است که ساختار مغناطیسی خورشید بر فراز نورسپهر را مشخص می‌کند.

 

منطقه انتقال (Transition zone)، مرز فام‌سپهر و تاج خورشیدی

در مرز فام‌سپهر و لایه بالاتر از آن موسوم به تاج خورشیدی، ناحیه‌ای مرزی هست که آن را منطقه انتقال (transition zone) می‌نامند. در منطقه انتقال، دما ناگهان از چندده هزار درجه به  صدهاهزار درجه سانتی‌گراد افزایش می‌یابد. پس از گذر از منطقه انتقال و ورود به تاج خورشیدی، دما از یک میلیون درجه سانتی‌گراد نیز فراتر می‌رود.


تاج خورشیدی

بیرونی‌ترین لایه جو خورشید تاج خورشیدی (corona) نام دارد. تاج خورشیدی گسترده‌ترین لایه جو خورشید است که تا چندین هزار کیلومتر بالاتر از سطح خورشید (نورسپهر) امتداد دارد. بالاتر از تاج خورشید، بادهای خورشیدی آغاز می‌شوند. بادهای خورشیدی در تمام جهات به‌ منظومه شمسی می‌وزند. در تاج خورشیدی ماده به حالت پلاسمای بسیار داغ درمی‌آید. دمای پلاسما در تاج خورشیدی بیش از ۱,۰۰۰,۰۰۰ درجه سانتی‌گراد یعنی حتی از دمای سطح خورشید نیز بیشتر است. لذا همچون فام‌سپهر (کروموسفر)، در تاج خورشیدی نیز ذرات پلاسما فشار و چگالی اندکی دارند (حدود ۱۶-۱۰ گرم بر سانتی‌متر مکعب). به‌همین علت تاج خورشیدی نیز مانند فام‌سپهر شفاف و نامرئی است. درنتیجه، از ورای تاج خورشیدی و فام‌سپهر می‌توان نورسپهر (فوتوسفر) را که تنها لایه مرئی و رنگی اتمسفر خورشید است، دید.

لایه‌های جو خورشید: تاج خورشیدی

تصویر ۳. عکسی از تاج خورشیدی هنگام خورشیدگرفتگی


یکی از پدیده‌های خورشیدی، تاج خورشیدی سپید نام دارد که از عوامل مختلفی نشات می‌گیرد، از جمله:

  • هیلوم، آهن، نیکل و کلسیم یونیزه شده (E corona)
  • نور مستمر خورشید که الکترون‌ها را به نزدیک فام‌سپهر پخش می‌کند (K corona)
  • نور خورشید که غبارهای بین‌ سیارات را پراکنده می‌کند (F corona)

دمای تاج خورشیدی گاهی چندین میلیون درجه سانتی‌گراد، یعنی داغ‌تر از سطح خورشید است. در چنین دمایی تاج خورشیدی با طول‌موج پرتوهای ایکس می‌‌درخشد. لذا در تصاویری که با پرتو ایکس از خورشید ثبت شده‌ است، حفره‌های تاج خورشیدی و خروج جرم از تاج خورشیدی، طبیعت فعال خورشید را نشان می‌دهند.

مطلب مرتبط: جو زمین یا اتمسفر چیست و کجاست؟ ویژگی‌ها و ارتفاع جو یا اتمسفر زمین

مطلب مرتبط: لایه‌های مختلف جو زمین (اتمسفر) و ترتیب و ویژگی آن‌ها

سخن پایانی درباره لایه‌های جو خورشید

ارتفاع لایه‌های جو خورشید: سطح مرئی خورشید را نورسپهر (فوتوسفر) می‌نامیم. نورسپهر را می‌توان نخستین لایه از جو خورشید در نظر گرفت. ضخامت آن حدود ۵۰۰ کیلومتر و دمای آن حدود ۶,۰۰۰ درجه کلوین است. کروموسفر از ۴۰۰ تا ۲۱۰۰ کیلومتری سطح خورشید آغاز می‌شود. دمای آن نیز از ۴,۰۰۰ درجه در نواحی پایین تا ۸,۰۰۰ درجه کلوین در نواحی بالایی (۳,۷۰۰ تا ۷,۷۰۰ درجه سانتی‌گراد) و حتی بیشتر متغیر است. ناحیه انتقال (transition zone) لایه بسیار نازکی در حدود ۱۰۰ کیلومتر است و مرز کروموسفر و تاج خورشیدی محسوب می‌شود. دمای آن از حدود ۷,۷۰۰ درجه سانتی‌گراد تا ۵۰۰,۰۰۰ درجه سانتی‌گراد متغیر است. تاج خورشیدی بیرونی‌ترین لایه جو خورشید است که از ارتفاع حدودا ۲۱۰۰ کیلومتری از سطح خورشید آغاز می‌شود. دمای تاج خورشیدی حدود ۵۰۰,۰۰۰ درجه سانتی‌گراد و گاهی تا چند میلیون درجه سانتی‌گراد است. تاج خورشیدی مرز انتهایی مشخصی ندارد.