النجوم هي كرات ضخمة من البلازما المضيئة. يوجد عدد كبير منهم داخل مجرتنا. لعبت النجوم دورًا مهمًا في تطوير العلم. لوحظت أيضًا في أساطير العديد من الشعوب ، وكانت بمثابة أدوات ملاحة. عندما تم اختراع التلسكوبات ، وكذلك قوانين حركة الأجرام السماوية والجاذبية ، أدرك العلماء أن جميع النجوم تشبه الشمس.
التعريف
التسلسل الرئيسي للنجوم يشمل كل تلك التي يتحول فيها الهيدروجين إلى هيليوم. نظرًا لأن هذه العملية هي سمة لمعظم النجوم ، فإن معظم النجوم التي لاحظها الإنسان تقع ضمن هذه الفئة. على سبيل المثال ، تنتمي الشمس أيضًا إلى هذه المجموعة. Alpha Orionis ، أو ، على سبيل المثال ، القمر الصناعي لـ Sirius ، لا تنتمي إلى التسلسل الرئيسي للنجوم.
مجموعات النجوم
لأول مرة ، تناول العلماء E. Hertzsprung و G. Russell مسألة مقارنة النجوم بأنواعها الطيفية. قاموا بإنشاء مخطط يعرض طيف النجوم و لمعانها. بعد ذلك ، تم تسمية هذا الرسم البياني من بعدهم. تسمى معظم النجوم الموجودة عليها بالأجرام السماوية الرئيسيةتسلسل. تشمل هذه الفئة النجوم التي تتراوح من النجوم الزرقاء العملاقة إلى الأقزام البيضاء. يؤخذ لمعان الشمس في هذا الرسم البياني كوحدة. يتضمن التسلسل نجومًا من كتل مختلفة. حدد العلماء الفئات التالية من النجوم:
- Supergiants - أنا صنف اللمعان.
- عمالقة - الدرجة الثانية.
- نجوم التسلسل الرئيسي - فئة V.
- الأقزام الفرعية - فئة السادس.
- الأقزام البيضاء - الفئة السابعة.
العمليات داخل النجوم
من وجهة نظر الهيكل ، يمكن تقسيم الشمس إلى أربع مناطق شرطية ، تحدث فيها عمليات فيزيائية مختلفة. تنشأ الطاقة الإشعاعية للنجم ، وكذلك الطاقة الحرارية الداخلية ، في أعماق النجم ، حيث يتم نقلها إلى الطبقات الخارجية. يشبه هيكل التسلسل الرئيسي للنجوم هيكل النجم اللامع للنظام الشمسي. الجزء المركزي من أي نجم لامع ينتمي إلى هذه الفئة في مخطط Hertzsprung-Russell هو اللب. تحدث التفاعلات النووية باستمرار هناك ، يتم خلالها تحويل الهيليوم إلى هيدروجين. لكي تتصادم نوى الهيدروجين مع بعضها البعض ، يجب أن تكون طاقتها أكبر من طاقة التنافر. لذلك ، تستمر هذه التفاعلات فقط عند درجات حرارة عالية جدًا. تصل درجة الحرارة داخل الشمس إلى 15 مليون درجة مئوية. عندما يتحرك بعيدًا عن قلب النجم ، يتناقص. عند الحد الخارجي لللب ، تكون درجة الحرارة بالفعل نصف القيمة في الجزء المركزي. كما تنخفض كثافة البلازما.
تفاعلات نووية
لكن ليس فقط في الهيكل الداخلي للتسلسل الرئيسي تتشابه النجوم مع الشمس. تتميز النجوم البارزة في هذه الفئة أيضًا بحقيقة أن التفاعلات النووية داخلها تحدث من خلال عملية من ثلاث مراحل. خلاف ذلك ، يطلق عليه دورة البروتون-البروتون. في المرحلة الأولى ، يصطدم بروتونان مع بعضهما البعض. نتيجة لهذا الاصطدام ، تظهر جسيمات جديدة: الديوتيريوم والبوزيترون والنيوترينو. بعد ذلك ، يصطدم البروتون بجسيم نيوترينو ، وتتشكل نواة نظير الهليوم 3 ، بالإضافة إلى كمية أشعة جاما. في المرحلة الثالثة من العملية ، تندمج نواتان هيليوم -3 معًا ، ويتكون الهيدروجين العادي.
في سياق هذه الاصطدامات ، يتم إنتاج جسيمات النيوترينو الأولية باستمرار أثناء التفاعلات النووية. يتغلبون على الطبقات السفلى من النجم ويطيروا في الفضاء بين الكواكب. يتم أيضًا تسجيل النيوترينوات على الأرض. المبلغ الذي يسجله العلماء بمساعدة الأدوات أقل بشكل غير قابل للقياس مما ينبغي أن يكون وفقًا لافتراض العلماء. هذه المشكلة هي واحدة من أكبر الألغاز في الفيزياء الشمسية.
منطقة مشعة
الطبقة التالية في هيكل الشمس والنجوم الرئيسية هي المنطقة المشعة. تمتد حدوده من اللب إلى طبقة رقيقة تقع على حدود منطقة الحمل الحراري - tachocline. حصلت المنطقة المشعة على اسمها من الطريقة التي تنتقل بها الطاقة من اللب إلى الطبقات الخارجية للنجم - الإشعاع. الفوتوناتالتي يتم إنتاجها باستمرار في النواة ، تتحرك في هذه المنطقة ، وتصطدم بنواة البلازما. ومن المعروف أن سرعة هذه الجسيمات تساوي سرعة الضوء. لكن على الرغم من ذلك ، فإن الفوتونات تستغرق حوالي مليون سنة للوصول إلى حدود مناطق الحمل الحراري والإشعاعي. يرجع هذا التأخير إلى التصادم المستمر للفوتونات مع نوى البلازما وإعادة انبعاثها.
تاشوكلين
للشمس ونجوم التسلسل الرئيسي أيضًا منطقة رقيقة ، ويبدو أنها تلعب دورًا مهمًا في تكوين المجال المغناطيسي للنجوم. يطلق عليه tachocline. يقترح العلماء أن عمليات الدينامو المغناطيسي تحدث هنا. يكمن في حقيقة أن تدفقات البلازما تمدد خطوط المجال المغناطيسي وتزيد من شدة المجال الإجمالية. هناك أيضًا اقتراحات بأن تغييرًا حادًا في التركيب الكيميائي للبلازما يحدث في منطقة تاكوكلين.
منطقة الحمل الحراري
تمثل هذه المنطقة الطبقة الخارجية. يقع حده السفلي على عمق 200 ألف كيلومتر ، ويصل الحد العلوي إلى سطح النجم. في بداية منطقة الحمل الحراري ، لا تزال درجة الحرارة مرتفعة جدًا ، حيث تصل إلى حوالي 2 مليون درجة. ومع ذلك ، لم يعد هذا المؤشر كافيًا لحدوث عملية تأين ذرات الكربون والنيتروجين والأكسجين. حصلت هذه المنطقة على اسمها بسبب الطريقة التي يوجد بها انتقال مستمر للمادة من الطبقات العميقة إلى الخارج - الحمل الحراري ، أو الاختلاط.
في عرض تقديمي عنيمكن أن تشير النجوم المتسلسلة الرئيسية إلى حقيقة أن الشمس هي نجم عادي في مجرتنا. لذلك ، فإن عددًا من الأسئلة - على سبيل المثال ، حول مصادر طاقتها ، وبنيتها ، وكذلك تكوين الطيف - شائعة في كل من الشمس والنجوم الأخرى. نجمنا فريد من نوعه من حيث موقعه - فهو أقرب نجم لكوكبنا. لذلك يخضع سطحه لدراسة تفصيلية
مجال ضوئي
تسمى القشرة المرئية للشمس الغلاف الضوئي. هي التي تشع تقريبا كل الطاقة التي تأتي إلى الأرض. يتكون الغلاف الضوئي من حبيبات ، وهي عبارة عن سحب ممدودة من الغاز الساخن. هنا يمكنك أيضًا ملاحظة النقاط الصغيرة ، والتي تسمى المشاعل. تبلغ درجة حرارتها حوالي 200oدرجة مئوية أعلى من الكتلة المحيطة ، لذا فهي تختلف في السطوع. يمكن أن توجد المشاعل لمدة تصل إلى عدة أسابيع. ينشأ هذا الاستقرار بسبب حقيقة أن المجال المغناطيسي للنجم لا يسمح للتيارات الرأسية للغازات المتأينة بالانحراف في اتجاه أفقي.
البقع
أيضًا ، تظهر أحيانًا المناطق المظلمة على سطح الفوتوسفير - نوى البقع. في كثير من الأحيان يمكن أن تنمو البقع إلى قطر يتجاوز قطر الأرض. تميل البقع الشمسية إلى الظهور في مجموعات ، ثم تنمو بشكل أكبر. تدريجيًا ، تنقسم إلى مناطق أصغر حتى تختفي تمامًا. تظهر البقع على جانبي خط الاستواء الشمسي. كل 11 عامًا ، يصل عددهم وكذلك المساحة التي تشغلها البقع إلى الحد الأقصى. وفقًا للحركة المرصودة للبقع ، كان جاليليو قادرًا على ذلككشف دوران الشمس. في وقت لاحق ، تم تنقيح هذا الدوران باستخدام التحليل الطيفي.
حتى الآن ، يحير العلماء حول سبب كون فترة زيادة البقع الشمسية 11 سنة بالضبط. على الرغم من الثغرات في المعرفة ، فإن المعلومات حول البقع الشمسية وتواتر الجوانب الأخرى لنشاط النجم تمنح العلماء الفرصة لعمل تنبؤات مهمة. من خلال دراسة هذه البيانات ، يمكن عمل تنبؤات حول بداية العواصف المغناطيسية والاضطرابات في مجال الاتصالات الراديوية.
الاختلافات عن الفئات الأخرى
لمعان النجم هو مقدار الطاقة المنبعثة من النجم في وحدة زمنية واحدة. يمكن حساب هذه القيمة من كمية الطاقة التي تصل إلى سطح كوكبنا بشرط أن تكون المسافة بين النجم والأرض معروفة. لمعان نجوم التسلسل الرئيسي أكبر من لمعان النجوم الباردة منخفضة الكتلة ، وأقل من لمعان النجوم الساخنة ، والتي تتراوح كتلتها بين 60 و 100 كتلة شمسية.
النجوم الباردة في الزاوية اليمنى السفلى بالنسبة لمعظم النجوم ، والنجوم الساخنة في الزاوية اليسرى العليا. في الوقت نفسه ، في معظم النجوم ، على عكس العمالقة الحمراء والأقزام البيضاء ، تعتمد الكتلة على مؤشر اللمعان. يقضي كل نجم معظم حياته في التسلسل الرئيسي. يعتقد العلماء أن النجوم الأكثر ضخامة تعيش أقل بكثير من تلك التي لها كتلة صغيرة. للوهلة الأولى ، يجب أن يكون الأمر عكس ذلك ، لأن لديهم المزيد من الهيدروجين ليحرقوه ، ويجب أن يستخدموه لفترة أطول. ومع ذلك ، النجومالضخمة منها تستهلك وقودها بشكل أسرع.
