ساختار درونی خورشید ( 1 )

مرکز خورشید، کوره‌ای هسته‌ای با دمای 15 میلیون درجه سانتیگراد (27 میلیون درجه فارنهایت) و چگالی‌ 150 برابر آب است. تحت چنین شرایطی، هسته‌های اتم هیدروژن باهم ترکیب شده و به هسته‌های هلیوم تبدیل می‌شوند. ضمن این همجوشی، 7/0 درصد جرم ترکیب‌شده تبدیل به انرژی می‌شود. از 590 میلیون تن هیدروژنی که در هر ثانیه ترکیب هسته‌ای می‌شود، 9/3 میلیون تن ماده به انرژی تبدیل می‌شود. این سوخت هیدروژنی، تا 5 میلیارد سال دیگر دوام خواهد داشت.

 

هسته خورشید از مرکز آن تا فاصله 2/0 شعاع خورشید در نظر گرفته می‌شود. چگالی آن برابر با 150،000 کیلوگرم بر متر‌مکعب (150 برابر چگالی آب روی زمین) و دمای آن نزدیک به 13،600،000 کلوین (15 میلیون درجه سانتیگراد) است. دمای سطح خورشید 5785 کلوین، معادل 2350/1 برابر دمای هسته خورشید است.

بررسی‌های صورت گرفته اخیر در ماموریت فضایی سوهو نشان داد که هسته خورشید به مراتب سریع‌تر از سایر نقاط متشعشع خورشید می‌چرخد. در تمام طول عمر خورشید، این ستاره انرژی‌اش را از طریق همجوشی هسته‌ای که به صورت یک سری مراحل زنجیره‌وار رخ می‌دهد، تامین می‌نماید که به آن زنجیره پروتون-پروتون گفته می‌شود.

در ستارگان، دو مجموعه فعل و انفعال وجود دارد که می‌تواند منجر به تبدیل هیدروژن به هلیوم و در نهایت، آزاد شدن انرژی شود:

1- [پروتون-پروتون یا زنجیره پی-پی] که در ستارگانی با جرمی‌معادل یا کمتر جرم خورشید نقش مهمی‌ایفا می‌کند.

2- [چرخه CNO] که در ابرستارگان با اجرامی به مراتب ‌بیشتر از خورشید از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.

هسته خورشید تنها بخشی از خورشید است که در آن همجوشی هسته‌ای صورت می‌گیرد که این فرایند، منجر به آزاد شدن مقادیر قابل‌توجهی گرما می‌شود. سایر بخش‌های خورشید نیز با همین گرمای تولید شده در هسته که به سمت خارج متساعد می‌شود، گرم می‌شود. انرژی آزاد شده در هسته خورشید پیش از آنکه بتواند به صورت نور و یا ذرات دارای انرژی جنبشی، در فضا آزاد شود، باید از لایه‌های متوالی متعددی عبور کند تا در نهایت بتواند به شیدسپهر رسیده و به فضا بگریزد.

 

در هر ثانیه 3.4×10³⁸ هسته اتم هیدروژن به هسته اتم هلیوم تبدیل می‌شوند (بیش از حدود 8.9×10⁵⁶  میزان کل پروتون‌های آزاد در خورشید) که این امر موجب تبدیل 26/4 میلیون تن ماده به انرژی در هر ثانیه می‌شود که میزان این انرژی برابر است با 3.83×10²⁶  وات یا به بیان ساده‌تر برابر است با میزان انرژی آزاد شده از انفجار 9.15×10¹⁰  مگاتن [تی اِن تی] در هر ثانیه. ممکن است این ارقام بسیار بزرگ به نظر برسد، اما در اصل این ارقام حاکی از نرخ پایین تولید انرژی در هسته خورشید است (حدود 3/0 میکرووات بر سانتیمتر مکعب یا به عبارتی 6 میکرووات به ازای هر کیلوگرم ماده) برای مقایسه، در نظر بگیرید که میزان انرژی تولید شده توسط بدن انسان 2/1 وات به ازای هر کیلوگرم است که این میزان به ازای هر واحد از جرم، میلیون‌ها بار بزرگ‌‌تر از آنچه در هسته خورشید رخ می‌دهد، است.

 

استفاده از پلاسما برای تولید انرژی در زمین با مقادیر و پارامترهای مشابه خورشید، کاملاً غیرعملی و ناممکن است. ضمن آنکه رآکتورهای هسته‌ای موجود به پلاسمایی با دمایی به مراتب بیشتر از دمای پلاسما در هسته خورشید برای تولید انرژی نیاز دارند.

 

سرعت همجوشی هسته‌ای رابطه تنگاتنگی با چگالی و دما دارد، بنابراین سرعت همجوشی هسته‌ای در هسته خورشید در یک حالت [موازنه خودبه‌خود اصلاح‌شونده] قرار دارد. این مطلب بدان معناست که در صورتی که اندکی سرعت همجوشی هسته‌ای بالا رود، هسته خورشید اندکی منبسط شده و کاهش دما موجب کاهش سرعت همجوشی هسته‌ای می‌شود و به این ترتیب این آشفتگی خودبه‌خود اصلاح می‌شود. از طرف دیگر در صورتی که سرعت همجوشی هسته‌ای اندکی کاهش یابد، هسته اندکی خنک شده و منقبض می‌شود، که این عامل موجب بالا بردن فشار و در نتیجه سرعت همجوشی هسته ای شده و سرعت همجوشی را به میزان مطلوب می‌رساند.

 

فوتون‌های پرانرژی ([کیهانی]، [گاما] و [ایکس]) آزاد شده در نتیجه همجوشی هسته‌ای به‌راحتی توسط یک لایه چند میلیمتری از پلاسما جذب شده و دوباره به صورت تصادفی در جهات گوناگون منتشر می‌شوند که البته کمی‌ از انرژی خود را نیز در همین فرایند از دست می‌دهند. بنابراین مدت زمان زیادی طول می‌کشد تا این فوتون‌ها بتوانند به سطح خورشید رسیده و به فضا گسیل یابند که به این زمان "مدت زمان سفر فوتون" گفته می‌شود که طول آن بین 10000 تا 170000 سال تخمین زده می‌شود. هر پرتوی گاما قبل از آنکه از سطح خورشید به فضا بگریزد در هسته خورشید به چندین میلیون فوتون نور مرئی تبدیل می‌شود.

 

سرانجام پس از اتمام سفر فوتون‌ها و رسیدن آن‌ها به لایه نامرئی شیدسپهر که انتقال دهنده گرما به محیط خارج است، این فوتون‌ها به صورت نور مرئی از سطح آن به فضای نامتناهی می‌گریزند تا سفر بی‌پایان خود را در اعماق فضا آغاز کنند.