طبیعت انرژی خورشید

طبیعت انرژی خورشید

خورشید، گوی غول پیکر درخشانی در وسط منظومه شمسی و تامین کننده نور، گرما و انرژی های دیگر زمین است. تقریبا تمامی منابع انرژی روی زمین بوسیله خورشید تامین می گردد. فقط انرژی اتمی، انرژی داخل زمین و آن قسمتی از انرژی جذر و مد که بوسیله نیروی جاذبه ماه می باشد بوسیله خورشید تامین نمی شود.

انرژی خورشید به واسطه واکنش های ترکیبی اتمی در اعماق هسته آن تامین می شود. در یک واکنش ترکیبی دو هسته اتم با یکدیگر همراه شده و هسته ای جدید را به وجود می آورند.

ترکیب هسته ای در مرکز خورشید به دلیل دما و تراکم فوق العاده زیاد می تواند صورت پذیرد. از آنجائیکه بار ذرات مثبت است، تمایل به دفع یکدیگر دارند اما دما و تراکم هسته خورشید به قدری زیاد است که می تواند آنها را در کنار یکدیگر نگاه دارد.

رایج ترین ترکیب هسته ای در مرکز خورشید زنجیره پروتون-پروتون نام دارد. این فرایند زمانی انجام می گیرد که ساده ترین شکل از هسته های هیدروژن (دارای یک پروتون) در یک آن کنار هم قرار می گیرند. نخست، هسته ای متشکل از دو ذره به وجود می آید، سپس هسته ای با سه ذره و در نهایت هسته ای با چهار ذره شکل می گیرد. در این فرایند همچنین یک ذره الکتریکی خنثی به نام نوترینو  پدیدار می گردد.

هسته نهایی شامل دو پروتون و دو نوترون است که در واقع هسته هلیوم می باشد. جرم این هسته به مقدار بسیار اندکی کمتر از جرم چهار پروتونیست که هسته از آن تشکیل شده است. جرم از دست رفته به انرژی تبدیل شده است. این مقدار از انرژی به کمک فرمول مشهور فیزیکدان آلمانی، آلبرت انیشتین، E=mc٢  قابل محاسبه است. در این معادله E به معنای انرژی، m به معنای جرم و c به معنای سرعت نور می باشد.

خورشید کره ای است که به طور کامل از گاز تشکیل شده و بخش بیشتر این گاز از نوعی می باشد که به نیروی مغناطیسی حساس است که دانشمندان به آن پلاسما می گویند.

شعاع خورشید (فاصله بین مرکز تا سطح آن) حدود ٦٩٥,٥٠٠ کیلومتر، تقریبا ١٠٩ برابر شعاع زمین است.

دمای سطح خورشید ٥٨٠٠ درجه کلوین و دمای هسته خورشید بیش از  ١٥میلیون درجه کلوین می باشد.

جرم خورشید ٩٩,٨ درصد از جرم کل منظومه شمسی و ٣٣٣.٠٠٠ برابر جرم زمین است.

میانگین چگالی آن حدود ٩٠ پوند در هر فوت مکعب و یا ١,٤ گرم در هر سانتیمتر مکعب می باشد. این مقدار تقریبا معادل ١.٤ برابر چگالی آب و کمتر از یک سوم میانگین چگالی زمین است.

بیشتر اتمهای خورشید، مانند اغلب ستارگان، اتمهای عنصر شیمیایی هیدروژن می باشند. بعد از هیدروژن، عنصر هلیوم در خورشید بسیار یافت می شود و بقیه جرم خورشید از اتمهای هفت عنصر دیگر تشکیل شده است. به ازای هر ١ میلیون اتم هیدروژن در کل خورشید، ٩٨,٠٠٠ اتم هلیوم، ٨٥٠ اتم اکسیژن، ٣٦٠ اتم کربن، ١٢٠ اتم نئون، ١١٠ اتم نیتروژن، ٤٠ اتم منیزیوم، ٣٥ اتم آهن و ٣٥ اتم سیلیکون وجود دارد. بنابراین حدودا ٩٤ درصد از اتمها، هیدروژن و حدود ٠.١ درصد اتمهایی غیر از هیدروژن و هلیوم می باشند.

و اما از لحاظ جرمی هیدروژن که سبک ترین عنصر است ٧٣,٤٦ درصد، هلیوم ٢٤.٨٥ درصد، اکسیژن ٠.٧٧ درصد، کربن ٠.٢٩ درصد، آهن ٠.١٦ درصد، گوگرد٠.١٢ درصد، نئون ٠.١٢ درصد، نیتروژن ٠.٠٩ درصد، سیلیکون ٠.٠٧ درصد و منیزیوم ٠.٠٥ درصد از کل جرم خورشید را به خود اختصاص داده اند.

طبق برآوردهای علمی در حدود ٤,٥ بیلیون سال از تولد این گوی آتشین می گذرد و تا ٥ میلیارد سال آینده همچنان می توان آن را به عنوان یک منبع عظیم انرژی به حساب آورد.

در هر ثانیه تقریباٌ ١/١ در ١٠ به توان ٢٠ کیلووات ساعت انرژی از خورشید ساطع می شود.

تنها یک دو میلیاردم این انرژی به سطح بیرونی جو زمین برخورد می کند.

این انرژی معادل ١/٥ در ١٠ به توان ١٨ کیلووات ساعت در سال است.

بدلیل بازتاب، تفرق و جذب توسط گازها و ذرات معلق در جو تنها ٤٧% از این انرژی به سطح زمین می رسد.

بدین ترتیب انرژی تابیده شده به سطح زمین سالانه حدوداً معادل ٧ در ١٠ به توان ١٧ کیلووات ساعت است.