شبيه سازي خورشيد در زمین

بصیر، پژوهشگران نیومکزیکویی موفق شدند با استفاده از دستگاه پرتوان پالسی غول‌ پیکر، شرایط داخل خورشید را بازسازی کنند. نتایج این تحقیق به یکسان‌سازی مدل‌های نظری با رفتار خورشید کمک بزرگی می کند. 

در آلبوکرک، دانشمندان قطعه‌ای از خورشید را مدلسازی کردند. آنها این نمونه خورشیدی را برای پی بردن به راز و رمز رفتار خورشید ساختند.

جیمز بایلی فیزیکدان خورشیدی در حدود یک دهه پیش ادعا کرده بود که پیش‌بینی‌های نظری دانشمندان با مشاهدات موجود در آن زمان تا درصد بالایی هم‌خوانی دارد و شکی در دانش عملکرد خورشید وجود ندارد. به عبارت دیگر خورشید به نحوی رفتار می‌کرد که دانشمندان می‌پنداشتند باید رفتار کند. تا اینکه آنها با تحلیل‌های جدیدتر به وجود اکسیژن بیش از حدی که تا آن روز فکر می‌کردند برخوردند و حتی در مقادیر عناصر دیگر مانند نیتروژن و کربن نیز با مغایرت‌هایی مواجه شدند. به این ترتیب دیگر مدل نظری با مشاهدات پژوهشگران مطابقت نداشت و آنها با دو احتمال اساسی روبرو شدند: یکی اینکه مدل‌های نظری اشتباه بودند و یا عناصر متنوع درون خورشید به روش غیرقابل فهم برای آنها شروع به رفتار کرده‌اند.

پروفسوربایلی بر اساس شواهدی معتقد بود که مدل‌های نظری صحیح هستند لذا تصمیم گرفت که احتمال دوم را بررسی کند. برای این کار او و همکارانش از دستگاه منحصربه فردی در آزمایشگاه ملی سندیا به نام ماشین Z برای بازسازی حرارت و فشار داخل خورشید و بررسی چگونگی رفتار عناصر خورشید استفاده کردند.

در حالت کلی ایجاد دمای و تراکم بالا کار دشواری نیست اما ایجاد دما و تراکم بالا در نمونه به اندازه کافی بزرگ که بتوان آن را مطالعه کرد کار چندان ساده‌ای نیست.

نمونه بازسازی شده بایلی و همکارانش به بزرگی یک دانه شن بود که اندازه مناسبی برای مطالعه آنها به حساب می‌آمد. اولین عنصر خورشیدی که آنها مورد بررسی قرار دادند آهن بود. طبق نتایجی که در ژورنال نیچر چاپ جدید منتشر شده است، آهن رفتاری متفاوت با تصور آنها داشته است لذا می‌توان تصور کرد که اکسیژن، نیتروژن و کربن نیز رفتار متفاوتی داشته باشند.

از این رو ممکن است فرضیه رفتار و مقدار متفاوت عناصر دیگر در خورشید صحت داشته باشد.

ساختار شیمیایی خورشید

خورشید در درجه نخست از عنصرهای هیدروژن و هلیم ساخته شده‌است. این عنصرها به ترتیب ۷۴.۹ درصد و ۲۳.۹ درصد از جرم خورشید را در شیدسپهر (همان بخش مرئی خورشید) می‌سازند. در ستاره شناسی به همه عنصرهای سنگین تر فلز گفته می‌شود، فلزها سازنده کمتر از ۲٪ جرم خورشید هستند. فراوان‌ترین این فلزها عبارتند از: اکسیژن (نزدیک به ۱درصد جرم خورشید)، کربن (۰.۳ درصد)، نئون (۰.۲ درصد) و آهن (۰.۲ درصد).

خورشید ترکیب شیمیایی خود را از محیط میان ستاره‌ای به ارث برده ‌است. و خود هلیم و هیدروژن هم به جای مانده از هسته‌زایی مهبانگ‌ (ساخته‌شدن هسته‌های سنگین‌تر از هیدروژن در مراحل آغازین جهان) هستند. فلزها از هسته‌زایی ستاره‌ای پدید آمده‌اند. ستاره‌هایی که دوره تکامل خود را به پایان رسانده‌اند و مواد خود را به محیط میان ستاره‌ای پیش از ساخت خورشید بازگردانده‌اند. ساختار شیمیایی شیدسپهر نمایانگر ساختار اساسی سامانه خورشیدی (منظومه شمسی) است. البته از هنگامی که خورشید ساخته شده، بخشی از هلیم و عنصرهای سنگین از شیدسپهر گریخته‌اند برای همین هم اکنون شیدسپهر دارای هلیم کمتری نسبت به گذشته دارد و عنصرهای سنگین هم نسبت به پیش‌ستاره خورشید ۸۴ درصد اندازه گذشته را دارند. ۷۱ درصد پیش‌ستاره خورشید از هیدروژن، ۲۷.۴ درصد از هلیم و ۱.۵ درصد از فلزها ساخته شده بود. پیش‌ستاره‌ها اجسامی با وزن زیاد در سحابی‌ها هستند که به تعادل هیدرواستاتیکی نرسیده‌اند و به تدریج با طی کردن مسیر هایاشی منقبض و کم نور شده و تشکیل یک ستاره را می‌دهند.

در بخش‌های درونی خورشید به دلیل همجوشی هسته‌ای، هیدروژن‌ها به هلیم دگرگون می‌شوند. برای همین می‌توان گفت درونی‌ترین بخش خورشید نزدیک به ۶۰ درصد هلیم دارد ولی درصد فلزها ثابت است. از آنجایی که بخش درونی خورشید تنها پرتوزایی می‌کند و همرفتی ندارد برای همین هیچ یک از میوه‌های همجوشی در هسته به سوی بالا و شیدسپهر نمی‌آید.

در دهه ۱۹۷۰ پژوهش‌ها بر وجود عنصرهای گروه آهن در خورشید متمرکز بود. با اینکه پژوهش‌های گسترده‌ای صورت گرفت اما فراوانی برخی از عنصرهای گروه آهن مانند کبالت و منگنز چندان روشن نشد دست کم تا سال ۱۹۷۸ چنین بود. و این به دلیل ساختار بسیار ریز این عنصرها بود (منظور تفاوت ناچیز در ترازهای انرژی است). نخستین فهرست کامل از توان نوسان عنصرهای یونی شده گروه آهن در دهه ۱۹۶۰ میلادی بدست آمد و تا سال ۱۹۷۶ محاسبات آن کامل شد.

بلاغ