رحلة الى اعماق الشمس

ده مقال لدكتور متخصص فيزيائي أزهري مكتوب بشكل مبسط وسهل
يمكن يرد على التساؤلات إلي تمت في المناقشه لأحد الموضوعات
نقلتله للأفاده


تدين الحياه على الأرض للشمس لما تمدها به من ضوء. الضوء الذى يملأعلينا الوجود وتنعم هذه الحياه بأهم عناصر مقوماتها للاستمرار. بالفعل إنها ظاهرة جديرة بالإهتمام، فلقد عبدها القدماء، ولفتت نظر الفلاسفة لما فيها من تألق وتوهج دائم. شمسنا عبارة عن نجم كسائر النجوم التى نراها فى سماءنا ليلا فإنها تبدوا أكثر سطوعا وذلك لقربها عن الارض (150 مليون كم).

أنه من السهل دراسة السطح الخارجى للشمس المضئ (photo sphere) وذلك بتحليل الضوء الذى يصلنا منها ولكن لمعرفة التركيب الداخلى لها فإنه الأمر الأكثر صعوبة. قبل أقل من مائة سنة كان لا أحد يعرف كيف تبقى الشمس حارة ومن أين تستمد كل تلك الطاقة أو ماهو تركيب الشمس ولكن قبل حوالى (50سنة) أصبح من الواضح أن التفاعلات النووية هى المصدر الأساسى لنيران الشمس. فى منتصف القرن التاسع عشر بدأ الجيلوجيون فى تفهم الأرض وعمرها والحياة عليها، ولكن الذى جعل الارض تعمر الملايين من السنين هى الشمس التى كانت وظلت تمدها بالضوء بثبات.

حتى القرن التاسع عشر لم يكن هناك مصدر معروف للطاقة يمكنه من الإبقاء على الشمس لمدة طويلة فلو كانت مكونة من الفحم ويحيط بها جو من الأكسجين لفقدت طاقتها خلال عدد قليل من عشرات الالاف السنين.

وكانت هناك تفسيرات أخرى لحل لغز طاقة الشمس ولكن لم يكتب النجاح فى الإبقاء على الشمس حارة إلا إلى عدد قليل من ملايين السنين. فلقد كانت حرارة الشمس تمثل تحدى كبير لكل قوانين الطبيعة التى كان متعارف عليها حينئذ. ولكن إكتشاف النشاط الاشعاعى لبعض المواد سنة 1891 والنظرية النسبية الخاصة التى وضعها العالم الكبير أينشتاين التى بين فيها أن الكتلة والطاقة هما وجهان لعمله واحدة بعلاقة المشهورة E=mc2 (الكتلة m سرعة الضوء c). وحيث أن سرعة الضوء هى مقدار كبير جدا فإن حاصل ضرب مربع هذا المقدار فى مقدار صغير من الكتلة ينتج مقدارا كبيرا جدا من الطاقة فإذا كانت تلك الوسيلة التى تستمد بها الشمس الطاقة إذا كيف تتحول الكتلة إلى طاقة؟ وإلى متى سوف تستمر هذه العملية؟

للإجابة على هذه التساؤلات سوف نبدأ فى تحليل المعلومات التى لدينا كتلة الشمس هى 2x1030 كجم وكمية الطاقة المنطلقة عن سطح الشمس هى 3.7x1026 وات وأن كل كيلوجرام من المادة يعطى 2x104 وات فقط. فعلى ذلك أن الشمس تفقد كل ثانية حوالى 4 مليون طن من مادتها فمنذ تكون المجموعة الشمسية أى حوالى 4 مليار سنة فقدت الشمس تقريبا 1/5000 من وزنها الكلى. أذا الطاقة النووية الناتجة عن تحول الكتلة إلى طاقة قادرة بالتأكيد على حل مشكلة الطاقة المتولدة فى الشمس لمدة زمنية طويلة حتى سنة 1930 ظلت المحاولات لمعرفة أى نوع من التفاعلات النووية التى جرت فى قلب الشمس وتبعا لذلك تبقيها ساخنة وكانت جميع تلك المحاولات تعطى تصورا خاطئا عى تكوين الشمس ولكن كان للفيزيائيين القول الفصل، بأن الطاقة المنبعثة من الشمس متولدة نتيجة الاندماج النووى وهذا الجزء هو الذى يتحول إلى الطاقة. ولكن فرصة الاندماج النووى لا تتوفر ظروفها أو شروط حدوثها إلا فى مركز الشمس حيث هناك الكثافة تساوى 12 ضعف كثافة الرصاص وتصل درجة الحرارة إلى 15 مليون درجة مئوية وتتصرف الذرات فى قلب الشمس تصرف الغازات تماما.

إن التفاعل النووى الرئيسى الذى يولد الطاقة داخل الشمس هو تصادم بروتون _ بروتون (p-p) وتبدأ تلك السلسلة من التفاعلات عندما يصطدم بروتون (H) مع بروتون آخر تصادم مباشر ينتج عن ذلك نواة الديوترون (2D) وينتج عن هذه العملية بوزترون e+ ونيترينو.

من الممكن أن ينضم بروتون آخر إلى الديوترون (tunneling effect) وتصبح النواة نواة (الهيليوم3-). اخيرا نواتين من الهيليوم3- تتصادم وينتج نواة مستقرة من الهيليوم 4 وينتج عن هذا التفاعل -2 بروتون. إذا النتيجة النهائية لهذه العملية هى تحول أربعة بروتونات (H) إلى جسيم الفا () ولكن كمية الطاقة التى انبعث من هذا التفاعل صغيرة نسبيا. ولكن إذا اشتركت كمية كبيرة من المادة (الهيدروجين) فى عمليات مماثلة، فإنه من الممكن أن تكون هناك كمية من الطاقة مناسبة ومتوافقة مع حساباتنا للطاقة المنبعثة من النجم تحت الظروف الحرجة التى تكلمنا عنها من درجات حرارة عالية وضغط هائل وكثافة عالية فإن تصادم بروتون ببروتون آخر ليولد ديتيرون يجب أن يتم بتصادم مباشر وأن تكون سرعة البروتون أضعاف سرعته العادية ولهذا فإن فى المتوسط سوف يأخذ البروتون 14 مليار سنة لكى يجد له شريك قادر على مشاركته فى عمل واحد ديوترون (2D) البعض من البروتونات يكون لها زمن اكثر من ذلك وبعضها يكون لها زمن اقل.

عمر شمسنا حتى الآن حوالى 4.5 مليار سنة وذلك يفسر لماذا معظم مخزونها من الهيدروجين متواجد فلقد استنفزت الشمس حوالى 4% من مخزونها من الهيدروجين، أى أنها حولت 0.7% من وزنها إلى الطاقة.