يؤدي الارتباط و التفاعل بين الشمس و الأرض إلى المواسم و تيارات المحيط و الطقس و المناخ و أحزمة الإشعاع و الشفق القطبي. على الرغم من أنه أمر خاص بالنسبة لنا، إلا أن هناك بلايين من النجوم مثلها منتشرة عبر مجرة ​​درب التبانة.

الشمس

للشمس أسماء عديدة في العديد من الثقافات. الكلمة اللاتينية هي (سول)، و هي الصفة الرئيسية لكل الأشياء المتعلقة بالشمس.

الشمس نفسها ليست مكانًا جيدًا للكائنات الحية، بمزيجها الحار و الحيوي من الغازات و البلازما. لكنها جعلت الحياة على الأرض ممكنة، حيث وفرت الدفء و كذلك الطاقة التي تستخدمها الكائنات الحية مثل النباتات لتشكيل الأساس للعديد من سلاسل الغذاء.

الحجم و المسافة

مع دائرة نصف قطرها 432،168.6 ميلاً (695،508 كيلومترات)، فإنها ليست نجمًا كبيرًا بشكل خاص، فالكثير منها أكبر بعدة مرات لكنها لا تزال أكبر بكثير من كوكبنا الأصلي: سيستغرق الأمر 332،946 من كوكب الأرض لتتناسب مع كتلة الشمس. سيحتاج حجمها إلى 1.3 مليون كرة أرضية لملئها.

تبعد الشمس حوالي 93 مليون ميل (150 مليون كيلومتر) عن الأرض. أقرب نجم نجمي هو نظام Alpha Centauri الثلاثي النجمي: يبعد Proxima Centauri 4.24 سنة ضوئية، و Alpha Centauri A و B نجمان يدوران حول بعضهما البعض على بعد 4.37 سنة ضوئية. (السنة الضوئية هي المسافة التي يقطعها الضوء في سنة واحدة، و التي تساوي 5،878،499،810،000 ميل أو 9،460،528،400،000 كيلومتر).

المدار و الدوران

تقع الشمس و كل ما يدور حولها في مجرة ​​درب التبانة. و بشكل أكثر تحديدًا، تقع في ذراع حلزوني يسمى Orion Spur يمتد إلى الخارج من ذراع القوس. من هناك، تدور حول مركز مجرة ​​درب التبانة، جالبة معها الكواكب و الكويكبات و المذنبات و الأشياء الأخرى معها. 

يتحرك نظامنا بمتوسط ​​سرعة 450.000 ميل في الساعة (720.000 كيلومتر في الساعة). و لكن حتى بهذه السرعة، يستغرق الأمر منا حوالي 230 مليون سنة لعمل مدار واحد كامل حول مجرة ​​درب التبانة.

تدور الشمس و هي تدور حول مركز مجرة ​​درب التبانة. و يميل دورانه المحوري بمقدار 7.25 درجة بالنسبة لمستوى مدارات الكواكب. نظرًا لأنها ليست جسمًا صلبًا، فإن أجزاء مختلفة منها تدور بمعدلات مختلفة. عند خط الاستواء، تدور مرة واحدة كل 25 يومًا تقريبًا من أيام الأرض، و لكن عند قطبيها، تدور مرة واحدة حول محورها كل 36 يومًا من أيام الأرض.

أقمار و خواتم و التشكيلات

الشمس و النجوم الأخرى ليس لها أقمار. بدلاً من ذلك، لديهم كواكب و أقمارهم، جنبًا إلى جنب مع الكويكبات و المذنبات و الأشياء الأخرى. و ليس لها حلقات.

تشكلت و بقية النظام الشمسي من سحابة عملاقة دوارة من الغاز و الغبار تسمى السديم منذ حوالي 4.5 مليار سنة. عندما انهار السديم بسبب جاذبيته الساحقة، دار بشكل أسرع و تم تسويته إلى قرص. تم سحب معظم المواد نحو المركز لتشكيل شمسنا، و التي تمثل 99.8٪ من كتلة النظامها بأكمله.

مثل كل النجوم، سوف تنفد طاقتها يومًا ما. عندما تبدأ في الموت، سوف تنتفخ بشكل كبير لدرجة أنها ستبتلع عطارد و الزهرة و ربما حتى الأرض. يتوقع العلماء أن تكون أقل بقليل من منتصف عمرها، و ستستمر 6.5 مليار سنة أخرى قبل أن تتقلص إلى قزم أبيض.

بنية الشمس

الشمس، مثل النجوم الأخرى، هي كرة من الغاز. من حيث عدد الذرات، فهو مصنوع من 91.0٪ هيدروجين و 8.9٪ هيليوم. بالكتلة، تتكون من حوالي 70.6٪ هيدروجين و 27.4٪ هيليوم.

الشمس لها ست مناطق: اللب، و المنطقة الإشعاعية، و منطقة الحمل الحراري في الداخل. السطح المرئي، يسمى الفوتوسفير ؛ الكروموسفير و أبعد المنطقة، الهالة.

كتلة الشمس الهائلة مرتبطة ببعضها البعض عن طريق الجاذبية، مما ينتج ضغطًا و درجة حرارة هائلة في قلبها. للشمس ست مناطق: اللب، و المنطقة الإشعاعية، و منطقة الحمل الحراري في الداخل. السطح المرئي، يسمى الفوتوسفير؛ الكروموسفير و أبعد المنطقة، الهالة.

تبلغ درجة الحرارة في القلب حوالي 27 مليون درجة فهرنهايت (15 مليون درجة مئوية)، و هو ما يكفي للحفاظ على اندماج نووي حراري. هذه عملية تتحد فيها الذرات لتكوين ذرات أكبر و في هذه العملية تطلق كميات هائلة من الطاقة. على وجه التحديد، في قلبها، تندمج ذرات الهيدروجين لتكوين الهيليوم.

الطاقة المنتجة في القلب تزود الشمس بالطاقة و تنتج كل الحرارة و الضوء الذي تنبعث منها. يتم نقل الطاقة من القلب إلى الخارج عن طريق الإشعاع، الذي يرتد حول المنطقة الإشعاعية، و يستغرق حوالي 170000 سنة للانتقال من القلب إلى الجزء العلوي من منطقة الحمل الحراري. 

تنخفض درجة الحرارة إلى أقل من 3.5 مليون درجة فهرنهايت (2 مليون درجة مئوية) في منطقة الحمل الحراري، حيث تتحرك فقاعات كبيرة من البلازما الساخنة (حساء من الذرات المتأينة) إلى الأعلى. تبلغ درجة حرارة سطح الشمس الجزء الذي يمكننا رؤيته حوالي 10000 درجة فهرنهايت (5500 درجة مئوية). هذا أكثر برودة بكثير من اللب المحترق، لكنه لا يزال ساخنًا بدرجة كافية لصنع الكربون، مثل الماس و الجرافيت، لا يذوب فحسب، بل يغلي.

سطح الشمس

سطحها، الفوتوسفير، عبارة عن منطقة تبلغ سماكتها 300 ميل (500 كيلومتر)، و التي يهرب منها معظم إشعاعها إلى الخارج. هذا ليس سطحًا صلبًا مثل أسطح الكواكب. بدلاً من ذلك، هذه هي الطبقة الخارجية للنجم الغازي. 

نرى إشعاعًا من الغلاف الضوئي على شكل ضوء الشمس عندما يصل إلى الأرض بعد حوالي ثماني دقائق من مغادرته للشمس. تبلغ درجة حرارة الغلاف الضوئي حوالي 10000 درجة فهرنهايت (5500 درجة مئوية).

الغلاف الجوي

يوجد فوق الغلاف الضوئي للشمس الغلاف اللوني الضعيف و الإكليل (التاج)، اللذان يشكلان الغلاف الجوي الرقيق. هذا هو المكان الذي نرى فيه ميزات مثل البقع و التوهجات الشمسية.

عادةً ما يكون الضوء المرئي من هذه المناطق العليا ضعيفًا جدًا بحيث لا يمكن رؤيته مقابل الفوتوسفير الأكثر إشراقًا، و لكن أثناء الكسوف الكلي للشمس، عندما يغطي القمر الغلاف الضوئي، يبدو الغلاف اللوني كحافة حمراء حول الشمس، بينما تشكل الهالة تاجًا أبيض جميلًا. 

مع تضيق اللافتات البلازمية للخارج، لتشكيل أشكال تشبه بتلات الزهور. الغريب أن درجة الحرارة في الغلاف الجوي للشمس تزداد مع الارتفاع لتصل إلى 3.5 مليون درجة فهرنهايت (2 مليون درجة مئوية). كان مصدر التسخين الإكليلي لغزا علميا لأكثر من 50 عاما.

الغلاف المغناطيسي

تولد التيارات الكهربائية في الشمس مجالًا مغناطيسيًا معقدًا يمتد إلى الفضاء ليشكل المجال المغناطيسي بين الكواكب. حجم الفضاء الذي يتحكم فيه المجال المغناطيسي يسمى الغلاف الشمسي.

يتم تنفيذ المجال المغناطيسي للشمس من خلال النظام الشمسي بواسطة الرياح تيار من الغاز المشحون كهربائيًا يندفع إلى الخارج منها في جميع الاتجاهات. منذ أن تدور، يدور المجال المغناطيسي في دوامة دوارة كبيرة، تُعرف باسم دوامة باركر.لا تتصرف بنفس الطريقة طوال الوقت. يمر بمراحل تسمى الدورة الشمسية. 

كل 11 عامًا تقريبًا، تغير الأقطاب الجغرافية للشمس قطبيتها المغناطيسية. عندما يحدث هذا، يخضع الغلاف الضوئي للشمس، و الكروموسفير، و الإكليل للتغييرات من الهدوء و الهدوء إلى النشاط العنيف.

ذروة نشاطها، المعروف باسم الحد الأقصى للشمس، هو وقت العواصف: البقع الشمسية، و التوهجات الشمسية، و الانبعاثات الكتلية الإكليلية. يحدث هذا بسبب عدم انتظام في المجال المغناطيسي للشمس و يمكن أن يطلق كميات هائلة من الطاقة و الجسيمات، و التي يصل بعضها إلينا هنا على الأرض. 

يمكن أن يؤدي هذا الطقس الفضائي إلى إتلاف الأقمار الصناعية و تآكل خطوط الأنابيب و التأثير على شبكات الطاقة.