الشمس بوصفها نجمًا

لمحة سريعة

الشمس نجم من نجوم النسق الأساسي من النوع الطيفي G2 V، وتضم كل كتلة المجموعة الشمسية تقريبًا. الأرقام أدناه مأخوذة من صحيفة بيانات الشمس الصادرة عن NSSDCA التابع لناسا (NASA)، أما القيم المركزية فمستمدة من النماذج الشمسية القياسية.

المصدر: صحيفة بيانات الشمس من NASA NSSDCA، آخر تحديث في 9 مايو 2024 (تمت المراجعة في أكتوبر 2026). نسب المقارنة بالأرض وزمن انتقال الضوء محسوبة من قيم صحيفة البيانات.

المصادر: [1]

البنية الداخلية والغلاف الجوي

الشمس كرة من البلازما تتحدد طبقاتها بالطريقة التي تنتقل بها الطاقة عبرها. ففي اللب، الذي تصفه ناسا بأنه يمتد إلى نحو 138,000 km من المركز، تتجاوز درجات الحرارة 15 مليون °C ويحدث الاندماج النووي. وفوقه تقع المنطقة الإشعاعية، حيث تُمتص الفوتونات ويُعاد إطلاقها مرارًا وتكرارًا. وتقدّر ناسا أن الطاقة تستغرق نحو 170,000 سنة للانتقال من اللب إلى أعلى منطقة الحمل الحراري.

يحدد علم الزلازل الشمسية قاعدة منطقة الحمل الحراري على عمق 0.287 من نصف القطر الشمسي، أي عند نحو 0.713 من المسافة من المركز إلى الخارج، بهامش خطأ لا يتجاوز 0.001 من نصف القطر. وفوق هذا الحد تنقل البلازما الصاعدة والهابطة الطاقة. وحوله تقع التاكوكلاين (tachocline)، وهي طبقة قص رقيقة عند نحو 0.65–0.75 من نصف القطر الشمسي. تحت التاكوكلاين يدور الداخل كأنه جسم صلب تقريبًا، أما فوقها فيتغير الدوران مع خط العرض، من نحو 25 يومًا عند خط الاستواء إلى نحو 36 يومًا قرب القطبين. وتعدّ كثير من نماذج الدينامو طبقة القص هذه موضعًا رئيسيًا لتضخيم الحقول المغناطيسية.

«السطح» المرئي هو الغلاف الضوئي (الفوتوسفير)، الذي لا يتجاوز سمكه نحو 400 km، وتبلغ حرارته نحو 5,500 °C. وفوقه يقذف الغلاف اللوني (الكروموسفير) نفثاتٍ تُسمّى الشُّويكات (spicules) قد تبلغ سرعتها نحو 100 km/s. ثم تأتي المنطقة الانتقالية، الضيقة، حيث ترتفع الحرارة ارتفاعًا حادًا، وأخيرًا الهالة الشمسية (الإكليل)، بحرارة تبلغ نحو 2 مليون °C.

المصادر: [1] [2] [3] [4]

توليد الطاقة والنيوترينوات الشمسية

تسطع الشمس بدمج الهيدروجين وتحويله إلى هيليوم. ويأتي معظم طاقتها من سلسلة بروتون–بروتون (pp)، التي تتحول فيها أربعة بروتونات، خطوةً بعد خطوة، إلى نواة هيليوم-4، مطلقةً بوزيترونات ونيوترينوات وطاقة. أما دورة CNO، التي تستخدم الكربون والنيتروجين والأكسجين محفّزات، فتهيمن في النجوم الأضخم. وفي الشمس، وفقًا للنماذج الشمسية القياسية، لا توفّر سوى نحو 1.3% من الضياء. وبقسمة الضياء على c² يتبيّن أن الشمس تحوّل نحو 4.3 مليون طن من الكتلة إلى طاقة كل ثانية.

تستغرق الفوتونات وقتًا طويلًا جدًا للإفلات من اللب، أما النيوترينوات فتغادره على الفور تقريبًا، ما يجعلها مسبارًا مباشرًا للّب. وطوال عقود، رصدت الكواشف نيوترينوات شمسية أقل بكثير مما تتنبأ به النماذج، أقل بما يصل إلى الثلثين وفقًا للجنة نوبل. وعُرفت هذه الظاهرة باسم مشكلة النيوترينوات الشمسية. وقد أظهر مرصد سدبري للنيوترينوات (SNO) في كندا أن النيوترينوات لم تختفِ، بل غيّرت «نكهتها» في طريقها إلى الأرض. ومُنحت جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2015 لتاكاآكي كاجيتا (Takaaki Kajita) (Super-Kamiokande) وآرثر ب. ماكدونالد (Arthur B. McDonald) (SNO) لاكتشافهما تذبذب النيوترينوات، الذي يُثبت أن للنيوترينوات كتلة.

المصادر: [3] [5]

علم الزلازل الشمسية: النظر داخل الشمس

تجعل الموجات الصوتية المحبوسة داخل الشمس سطحها يرتفع وينخفض، ويمكن لقياسات دوبلر رصد هذه الحركة. تبلغ دورات هذه الاهتزازات نحو خمس دقائق، واكتشفها لأول مرة لايتون (Leighton) وزملاؤه عام 1962. وتبلغ قدرتها ذروتها عند نحو 3 mHz، مع أنماط مفيدة بين نحو 1.5 و5 mHz. ولأن كل نمط يصل إلى عمق مختلف، يمكن عكس الترددات المقيسة لاستنتاج سرعة الصوت والكثافة والدوران في أنحاء الباطن كله.

بهذه الطريقة قيس عمق منطقة الحمل الحراري وموضع التاكوكلاين. وتواظب شبكة GONG الأرضية على رصد هذه الأنماط دون انقطاع منذ عام 1995. ويعمل جهاز MDI على متن SOHO منذ عام 1996، ويواصل جهاز HMI على متن SDO هذا السجل. كما يختبر علم الزلازل الشمسية النموذج الشمسي القياسي، إذ يعطي وفرةً سطحية للهيليوم قريبة من 0.25. وتعتمد النماذج عمرًا قدره 4.570 ± 0.006 مليار سنة، مأخوذًا من تأريخ النيازك.

المصادر: [3] [4]

الحقل المغناطيسي والدينامو والدورة الشمسية 25

يتولد الحقل المغناطيسي للشمس بفعل الدينامو، الذي ينشأ عن الحمل الحراري والدوران التفاضلي في بلازما موصلة. وأوضح علاماته البقع الشمسية: رقع داكنة أبرد في الغلاف الضوئي يخترقها تدفق مغناطيسي قوي. ويرتفع عدد البقع الشمسية وينخفض على امتداد دورة تبلغ نحو 11 عامًا. وتشير ناسا إلى أن القطبين المغناطيسيين يتبادلان موضعيهما أيضًا كل 11 عامًا تقريبًا، فيعود الحقل إلى اتجاهه الأصلي بعد نحو 22 عامًا.

الدورة الشمسية 25 بدأت في ديسمبر 2019. وفي 15 أكتوبر 2024 أعلنت ناسا والإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA) ولجنة التنبؤ بالدورة الشمسية أن الشمس دخلت فترة الذروة الشمسية. ووفقًا لمركز SILSO في المرصد الملكي البلجيكي، بلغ عدد البقع الشمسية المُمَهَّد على 13 شهرًا ذروته عند 161 في أكتوبر 2024، أي قبل توقع اللجنة الذي حدد يوليو 2025. وفي عام 2025، أظهرت أولى الصور القطبية من Solar Orbiter القطبيتين المغناطيسيتين ممتزجتين معًا عند القطب الجنوبي، وهي علامة انقلاب الحقل الذي يحدث قرب الذروة. وحتى أكتوبر 2026، تمر الدورة بمرحلة التراجع، إذ تراوحت أعداد البقع الشمسية اليومية التقديرية لدى SILSO حول 20 في أواخر أكتوبر.

المصادر: [2] [6] [7] [8] [9]

التوهجات والانبعاثات الكتلية الإكليلية والرياح الشمسية

إن التوهج الشمسي هو دفقة من الإشعاع تدوم من دقائق إلى ساعات، تنطلق عندما تتحرر فجأةً طاقة مغناطيسية مختزنة فوق منطقة نشطة. وتصنّف NOAA التوهجات بحسب ذروة تدفق الأشعة السينية في النطاق 0.1–0.8 nm، كما تقيسه أقمار GOES. والفئات هي A وB وC وM وX، وكل فئة أقوى بعشر مرات من سابقتها. ويصل هذا الإشعاع إلى الأرض بسرعة الضوء ويؤيّن الغلاف الجوي العلوي في الجانب المضاء بالشمس، ما قد يقطع الاتصالات اللاسلكية على الموجات القصيرة (HF). وعلى مقياس NOAA لانقطاع الاتصالات اللاسلكية، يُعد توهج من الفئة X1 بمستوى R3 («قوي») وتوهج X20 بمستوى R5 («شديد للغاية»).

الانبعاثات الكتلية الإكليلية (CMEs) سحب هائلة من البلازما الممغنطة تُقذف من الهالة. وتشير ناسا إلى أنها قد تنتقل بسرعة تزيد على مليون ميل في الساعة (نحو 1.6 مليون km/h). وعندما يصطدم أحدها بالغلاف المغناطيسي للأرض، قد يسبب عواصف مغنطيسية أرضية وشفقًا قطبيًا واضطرابات في شبكات الكهرباء والأقمار الصناعية. وتُعرف هذه التأثيرات باسم الطقس الفضائي.

وتطلق الشمس أيضًا تدفقًا مستمرًا من البلازما هو الرياح الشمسية، التي تغادر الهالة بسرعات تفوق سرعة الصوت وتنفخ الغلاف الشمسي (الهيليوسفير)، وهو فقاعة تمتد إلى ما وراء الكواكب بكثير.

المصادر: [2] [10]

مختبر تفاعلي: متى تصل العاصفة الشمسية إلى الأرض؟

يُفتح المختبر على الإعداد المسبق لحدث كارينغتون (Carrington) عام 1859: انبعاث كتلي إكليلي ينتقل بسرعة نحو 2,360 km/s يصل إلى الأرض في 17.6 ساعة، بينما يقطع الضوء المسار نفسه في 8.3 دقائق، فيصل ضوء التوهج قبل العاصفة بساعات. وبهذه السرعة لا تستطيع الأقمار الصناعية عند النقطة L1 أن تعطي إنذارًا مبكرًا إلا قبل نحو 10 دقائق. خفّض السرعة إلى سرعة الرياح الشمسية البطيئة (≈ 400 km/s)، أو غيّر الهدف إلى المريخ أو المشتري، وراقب كيف يمتد زمن الوصول إلى أيام.

دورة حياة الشمس

تكوّنت الشمس مع بقية المجموعة الشمسية قبل نحو 4.6 مليار سنة. ويحدد تأريخ النيازك دخولها النسق الأساسي قبل 4.570 ± 0.006 مليار سنة. وتقدّر ناسا أن الشمس قطعت أقل بقليل من نصف عمرها، وتبقّى لها نحو 5 مليارات سنة.

وعندما ينفد الهيدروجين في اللب، سينتقل الاندماج إلى قشرة حول اللب وتنتفخ الطبقات الخارجية، فتتحول الشمس إلى عملاق أحمر. وتتوقع ناسا أن يبتلع هذا التمدد عطارد والزهرة، وربما الأرض. وبعد أن تنفض الشمس طبقاتها الخارجية، ستنهي حياتها قزمًا أبيض.

المصادر: [2] [3]

البعثات والمراصد

إن بعثة SOHO التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية وناسا (ESA/NASA)، التي أُطلقت عام 1995 إلى نقطة L1 بين الشمس والأرض على بعد نحو 1.5 مليون km من الأرض، وضعت المعيار للرصد الشمسي المتواصل. أما SDO، التابع لناسا، الذي أُطلق في 11 فبراير 2010، فيلتقط صورًا متعددة الأطوال الموجية وخرائط مغناطيسية بأجهزته AIA وHMI وEVE. وعلى الأرض، يُعد تلسكوب دانيال ك. إينويه الشمسي (Daniel K. Inouye Solar Telescope – DKIST) بقطر 4 أمتار، على قمة هاليكالا (Haleakalā) في جزيرة ماوي، أكبر تلسكوب شمسي في العالم.

حالة Parker Solar Probe لعام 2026 مأخوذة من صفحة البعثة. لدى ناسا. ولمواصفات Solar Orbiter، راجع صفحة البعثة لدى ESA.

المصادر: [9] [11] [12] [13] [14]

أسئلة مفتوحة

تسخين الهالة: تبلغ حرارة الغلاف الضوئي نحو 5,500 °C، بينما تبلغ حرارة الهالة نحو 2 مليون °C. ومن أبرز التفسيرات الموجات المغناطيسية والعديد من أحداث إعادة الاتصال المغناطيسي الصغيرة («التوهجات النانوية»)، لكن مقدار إسهام كل منها لا يزال مجهولًا. وتُدرج Aditya-L1 هذه المسألة ضمن أهدافها، فيما ترصد Proba-3 الهالة الداخلية الخافتة.

تسارع الرياح الشمسية: لا يزال الجدل قائمًا حول منشأ الرياح الشمسية السريعة والبطيئة وكيفية بلوغها هذه السرعات العالية. يأخذ Parker Solar Probe عيّنات من الرياح قرب مصدرها، بينما يتتبع PUNCH التحول من الهالة إلى الرياح عبر مجال رؤية واسع.

التنبؤ بالدورة: لا تستطيع نظرية الدينامو بعدُ التنبؤ بموثوقية بشدة الدورة وتوقيتها. والدورة الشمسية 25 مثال على ذلك، إذ بلغت ذروتها قبل الموعد المتوقع. ويُنتظر أن تكون أرصاد Solar Orbiter القطبية، التي ستتحسن مع زيادة ميل مداره، أساسية للتنبؤ بالحد الأدنى التالي والدورة التالية.

المصادر: [2] [7] [9] [11] [12] [13] [14]

العمل مع البيانات الشمسية

توفّر صفحة بيانات SDO لدى ناسا صورًا من AIA شبه آنية، وخرائط مغناطيسية من HMI، وأفلامًا يومية. Helioviewer.org يتيح لك تركيب صور من أجهزة مختلفة طبقاتٍ، وصنع أفلام، وطلب البيانات عبر المرصد الشمسي الافتراضي. وتتوفر بيانات Solar Orbiter من أرشيف Solar Orbiter (SOAR)، لدى ESA، الذي يدعم أيضًا الوصول البرمجي عبر TAP.

ولمتابعة الطقس الفضائي، ينشر SWPC التابع لـ NOAA تدفق الأشعة السينية من GOES، وبيانات الرياح الشمسية الآنية، ومؤشر Kp، وتوقعات لـ 3 أيام و27 يومًا. ويتوفر العدد الدولي الرسمي للبقع الشمسية ومخططات الفراشة وتوقعات الدورة من SILSO.

السلامة: لا تنظر أبدًا إلى الشمس بالعين المجردة، أو عبر النظارات الشمسية، أو بمنظار أو تلسكوب دون مرشح مناسب، فقد يسبب ذلك تلفًا دائمًا في العين. استخدم فقط مرشحات شمسية معتمدة (ISO 12312-2) مثبتة بإحكام على مقدمة الجهاز، أو رصد الشمس بطريقة غير مباشرة بالإسقاط.

المصادر: [8] [10]

المعروف مقابل الأسئلة المفتوحة

ما هو ثابت

• الشمس نجم من النسق الأساسي من النوع G2 V، يبلغ عمره نحو 4.57 مليار سنة. تمدّه سلسلة pp بالطاقة، وتوفّر دورة CNO نحو 1.3% من ضيائه.
• تبدأ منطقة الحمل الحراري عند نحو 0.713 من نصف القطر الشمسي، وتقع التاكوكلاين عند نحو 0.65–0.75 من نصف القطر الشمسي.
• حلّ تذبذب النيوترينوات مشكلة النيوترينوات الشمسية (جائزة نوبل 2015).
• بلغت الدورة الشمسية 25 ذروتها المُمَهَّدة في أكتوبر 2024، والدورة في طور التراجع حتى أكتوبر 2026.

مفتوح

• ما الذي يسخّن الهالة إلى ملايين الدرجات؟
• من أين تنشأ الرياح الشمسية السريعة والبطيئة، وكيف تتسارع؟
• كيف يعمل الدينامو بالضبط، وهل يمكن التنبؤ بشدة الدورة بموثوقية؟
• ما الذي يطلق التوهجات والانبعاثات الكتلية الإكليلية منفردةً، وكم من الوقت مسبقًا يمكن التنبؤ بها؟