شیمی خورشید؛ حل معمای ترکیبات موجود بر روی خورشید

هر چند خورشید نسبت به هر ستاره‌ی دیگری فاصله‌ی کمتری با زمین دارد، ولی هنوز هم اسرار زیادی در مورد آن وجود دارد.

این ستاره ۱۵۰ میلیون کیلومتر از زمین فاصله دارد و به دلیل این فاصله‌ی طولانی، چشم‌اندازی که ما از آن دریافت می‌کنیم، بسیار محدود است. از طرف دیگر، سطح خورشید به شدت داغ است و اتمسفر آن نیز داغ‌تر است و به صورت مداوم ذرات پُرانرژی را با سرعت یک میلیون مایل بر ساعت به سمت خارج پرتاب می‌کند. پس عجیب نیست که هنوز ناشناخته‌ها در مورد آن زیاد است.

تناقضی که در مورد ساختار درونی خورشید وجود دارد، این است که بر اساس نوسانات و داده‌های گرفته شده از خورشید دانشمندان یک ساختار را برای درون خورشید پیش‌بینی می‌کنند و طبق تئوری تکامل ستاره‌ها یک ساختار درونی دیگر بر اساس ترکیبات شیمیایی موجود بر روی خورشید برای آن پیش‌بینی می‌شود.

محاسبات جدیدی که بر اساس فیزیک اتمسفر خورشید انجام شده، نشان داده است ترکیبات شیمیایی که بر روی خورشید وجود دارند متفاوت از چیزی است که تا کنون تصور می‌شد و به همین دلیل تناقضی که در مورد ساختار درونی خورشید وجود داشت، از بین رفته محسوب می‌شود. قابل ذکر است که محاسبات جدید نشان داده است که میزان موجودی اکسیژن، نئون و سیلیکون بر روی خورشید بیش از چیزی است که تا کنون تصور می‌شد.

ستاره‌شناسان برای اینکه ترکیبات شیمیایی موجود بر روی یک ستاره را تعیین کنند، بر طیف نوری رسیده از آن تمرکز می‌کنند. این روش برای اولین بار توسط «ویلیام وولاستون» در سال ۱۸۰۲ مورد استفاده قرار گرفت، ولی از سال‌های دهه‌ی ۱۸۶۰ برای ستاره‌ها بیشتر استفاده شد.

مدل استاندارد مدرن تکامل خورشیدی با استفاده از مجموعه‌ای از اندازه‌گیری‌هایی که از ترکیبات شیمیایی اتمسفر خورشید در سال ۲۰۰۹ انجام شده، کالیبره شده است. با این حال بخشی از داده‌هایی که این مدل در مورد محتویات خورشید به دست می‌دهد، با داده‌های دیگر تطابق ندارد.

در این تحقیقات جدید، ستاره‌شناسان مدل‌های تخمین طیف مورد استفاده برای خورشید را مورد بازبینی قرار داده‌اند. در روش‌های قدیمی برای تخمین طیف از روشی به نام «تعادل گرمایی محلی» استفاده می‌شود. در این روش اینچنین در نظر گرفته می‌شود که انرژی در هر ناحیه از خورشید زمان کافی را دارد که پخش شده و به تعادل برسد. بنابراین به هر ناحیه از خورشید می‌توان دمای خاصی را اطلاق کرد و به این ترتیب، در محاسبات ساده‌سازی زیادی انجام داد. با این حال در سال ۱۹۵۰ ستاره‌شناسان دریافتند که سادگی این روش بیش از حد است و با واقعیت متفاوت است. محققین موسسه‌ی ماکس پلانک برای بهینه کردن مدل تکامل خورشید، برهمکنش مواد رادیواکتیو در فوتوسفر خورشید را با دقت بالایی اندازه‌گیری کرده‌اند. فوتوسفر لایه‌ی بیرونی اتمسفر خورشید است و اکثر نور خورشید از آنجا نشات می‌گیرد.

محاسبات جدید نشان داده است که خورشید ۲۶ درصد بیشتر از محاسبات گذشته حاوی عناصر سنگین‌تر از هلیوم است. در واقع اکسیژن حدود ۱۵ درصد بیش از محاسبات گذشته بر روی خورشید وجود دارد. این مقدار اکسیژن با شهاب‌سنگ‌هایی که نشان‌دهنده‌ی ترکیبات نخستین منظومه‌ی شمسی هستند نیز سازگاری دارد.

اگر داده‌های جدید مربوط به ترکیبات شیمیایی خورشید در مدل‌های ساختار و تکامل خورشید قرار داده شود، تناقضی که در مورد ساختار درونی خورشید وجود داشت از بین می‌رود. بنابراین مدل خورشیدی بهینه شده را به صورت مطمئن‌تری می‌توان در مورد خود خورشید و حتی دیگر ستاره‌ها نیز به کار برد و از ساختار و محتویات آن‌ها اطلاع یافت.