ما هو لون الشمس؟ | شبكة رائج

لون الشمس هو أحد تلك الأسئلة التي تبدو بسيطة والتي يمكن لأي طفل أن يطرحها، ومع ذلك يصبح الأمر أكثر تعقيدًا عندما يشارك الفيزيائيون. وإليكم السبق الصحفي: ضوء الشمس أبيض في الأساس، لكنه أصفر قليلاً أيضاً، ويعتبر قريباً مما يعرف في الفيزياء بالجسم الأسود.

مشوش؟ لنبدأ بحقيقة أن شمسنا عبارة عن كرة عملاقة تتكون أساسًا من الهيدروجين والهيليوم (إلى جانب عدة أنواع أخرى من الذرات بنسب منخفضة جدًا). ويبلغ نصف قطره 700 ألف كيلومتر، أي أكبر من الأرض بـ 100 مرة.

في أعماق قلب الشمس، تتجاوز درجات الحرارة عشرة ملايين درجة مئوية، وهو المكان الذي يخضع فيه الهيدروجين للاندماج النووي لإنتاج الهيليوم، مما يؤدي إلى إطلاق كميات هائلة من الطاقة.

تنتقل هذه الطاقة بعد ذلك إلى الخارج، عبر مئات الآلاف من الكيلومترات من الغاز الساخن، لتصل في النهاية إلى سطح الشمس، حيث تنبعث على شكل أنواع مختلفة من الإشعاع، بما في ذلك الضوء المرئي، والأشعة تحت الحمراء، والأشعة فوق البنفسجية. تبلغ درجة حرارة سطح الشمس حوالي 5000 درجة مئوية، وتبعث الغازات الساخنة الموجودة على سطحها الإشعاع الذي نلاحظه.

وفي ضوء ذلك ما هو اللون الحقيقي للشمس؟ بشكل عام، تبعث الشمس الضوء الأبيض، أي الضوء الذي يشتمل على جميع ألوان الطيف. يمكن ملاحظة هذه الظاهرة بسهولة عندما نستخدم منشورًا ثلاثيًا لتشتيت ضوء الشمس أو التحديق في قوس قزح. عندما يمر ضوء الشمس من خلال منشور أو قطرة مطر، فإنه ينكسر، مما يتسبب في انحناء الألوان المختلفة بزوايا مختلفة قليلاً، وبالتالي يكشف عن الطيف الكامل للضوء المرئي.

تبعث الشمس أيضًا إشعاعًا بأطوال موجية تتجاوز نطاق الرؤية البشرية. عند الأطوال الموجية الأطول، بعيدًا عن اللون الأحمر، نواجه الأشعة تحت الحمراء؛ عند الأطوال الموجية الأقصر، بخلاف اللون البنفسجي، نجد الأشعة فوق البنفسجية، والتي يمكن أن تسبب الحروق والسرطان عندما تضرب بشرتنا

في حين أن ضوء الشمس يشمل جميع الألوان، إلا أنها لا تأتي جميعها بكميات متساوية. تبعث الشمس إشعاعًا من خلال عملية تعرف باسم إشعاع الجسم الأسود. في الفيزياء، الجسم الأسود هو جسم لا يعكس أي ضوء ولكنه يصدر إشعاعًا فقط بسبب طاقته الحرارية.

على سبيل المثال، في درجة حرارة الغرفة، لا تنتج قطعة الحديد أي ضوء مرئي. ومع ذلك، إذا تم تسخينه، فإنه سيتحول من الأحمر إلى الأصفر، وأخيرا إلى الأبيض. عند درجات حرارة تصل إلى آلاف الدرجات، يمكن لقطعة الحديد أن تبعث طاقة مشابهة جدًا لتلك المنبعثة من الشمس.

في إشعاع الجسم الأسود، يتم تحديد شدة كل لون منبعث فقط من خلال درجة حرارة الجسم. ولا يؤثر شكل المادة أو تركيبها أو حالتها على هذا الانبعاث. تبعث كل من سبيكة الحديد وكرة عملاقة من غاز الهيدروجين إشعاعات متطابقة، على الرغم من شدتها المتفاوتة. ومن خلال معرفة درجة الحرارة، يمكننا حساب الكثافة النسبية لكل لون منبعث من الجسم الأسود بدقة.

وفي حالة شمسنا، فإن اللون الأصفر هو اللون السائد المنبعث. ومن خلال قياس شدة الألوان المختلفة يمكننا تحديد درجة حرارة الشمس بدقة دون الحاجة إلى الهبوط عليها بمركبة فضائية مجهزة بمقياس حرارة.

وبصرف النظر عن الضوء المنبعث من الجسم الأسود، تمتص الذرات المختلفة أو تبعث ألوانًا معينة، بطريقة فريدة لكل مادة، وذلك بسبب انتقال الإلكترونات بين مستويات الطاقة الذرية. كل نوع من الذرات له مستويات طاقة فريدة خاصة به، مما يؤدي إلى امتصاص أو انبعاث الضوء عند أطوال موجية محددة. كما أن القياس الدقيق لانبعاث أو امتصاص هذه الألوان يجعل من الممكن التعرف على العناصر التي تتكون منها الشمس.

عند قياس لون الشمس (أو بتعبير أدق، تركيبتها الطيفية) من الفضاء، فإنه يختلف قليلاً عن القياسات المأخوذة على سطح الأرض، داخل الغلاف الجوي. فطبقة الأوزون، على سبيل المثال، تقوم بتصفية الكثير من الأشعة فوق البنفسجية، في حين أن الغلاف الجوي (الذي يحتوي على جزيئات الغبار التي تشتت الضوء) يشتت أيضًا بعض الضوء المرئي. ينثر الهواء الضوء الأزرق بسهولة أكبر من الضوء الأحمر، من خلال عملية تعرف باسم تشتت رايلي، مما يعطي السماء مظهرها الأزرق أثناء النهار.

تبدو الشمس من الأرض أكثر احمرارًا قليلاً منها من الفضاء، على الرغم من صعوبة تمييز هذا الاختلاف بالعين المجردة (وفي كل الأحوال فإن النظر مباشرة إلى الشمس أمر خطير). أثناء شروق الشمس وغروبها، عندما تكون الشمس قريبة من الأفق، يسافر ضوءها مسارًا أطول عبر الغلاف الجوي، ويواجه المزيد من جزيئات الهواء والغبار.

يؤدي ذلك إلى زيادة تشتت الضوء الأزرق، مما يتسبب في تشتت الضوء البنفسجي والأزرق والأخضر بشكل أكبر، مما يجعل غروب الشمس أو شروقها يظهر باللون البرتقالي أو الأحمر. وتفسر هذه الظاهرة أيضًا سبب ظهور القمر باللون الأحمر عند شروقه أو غروبه.

هل يمكن أن يخبرنا لون الشمس شيئًا عن ألوان وخصائص النجوم الأخرى (الشموس)؟ قطعاً. إن قياس شدة كل لون من ألوان الضوء المنبعثة من النجوم الأخرى يسمح لعلماء الفلك بدراسة كوننا. ومثل شمسنا، فإن النجوم الأخرى هي أيضًا عبارة عن كرات من الغاز تنبعث منها إشعاعات الجسم الأسود، ويكشف لون هذا الضوء عن درجة حرارتها. تميل النجوم الحمراء إلى أن تكون أكثر برودة نسبيًا، بينما النجوم الزرقاء أكثر سخونة بشكل ملحوظ. النجوم التي ينبعث منها المزيد من الضوء الأصفر (حوالي منتصف المسافة بين الضوء الأحمر والضوء الأزرق) عادة ما تكون درجات حرارتها مماثلة لشمسنا.

ولقياس شدة كل لون، يوجه علماء الفلك تلسكوبات كبيرة نحو النجوم أو المجرات البعيدة ويستخدمون المنشورات أو البلورات لتقسيم الضوء إلى مكوناته الطيفية. يُعرف تسلسل الألوان الذي يتم الحصول عليه باسم “الطيف”، وتسمى التقنية المستخدمة في هذا القياس “التحليل الطيفي”.

وكان علماء الفلك في الماضي يراقبون أطياف الضوء هذه على الشاشة أو من خلال تسليطها على مواد حساسة. اليوم، تقوم أجهزة الاستشعار الدقيقة مثل تلك الموجودة في الكاميرات الرقمية بقياس كمية الضوء في كل لون بدقة. وباستخدام التحليل الطيفي، يقوم العلماء بتحليل “الخطوط” التي تظهر على الطيف، الناتجة عن الامتصاص أو الانبعاث من ذرات محددة على سطح النجم، لتحديد درجة حرارته وتركيبه.