الشمس

الشمس نجم قزم أصفر يقع في مركز المجموعة الشمسية على مسافة تقارب 150 مليون كم من الأرض، وهي النجم الوحيد في مجموعتنا الشمسية.¹ ويبلغ قطرها نحو 1.4 مليون كم (865 ألف ميل)، وتزيد كتلتها على كتلة الأرض نحو 330 ألف مرة.¹ وهي الجرم المهيمن في المجموعة الشمسية، إذ تستأثر بأكثر من 99 في المئة من كتلتها كلها.² ويزيد عرضها نحو 100 مرة على عرض الأرض وزهاء 10 مرات على عرض المشتري أكبر الكواكب، ومع ذلك فهي في ميزان النجوم نجم متوسّط الحجم، إذ اكتُشفت نجوم تزيد عليها حجمًا بما يصل إلى 100 مرة.¹ وتُصنَّف نجمًا من النمط G2 V بحرارة سطح تقارب 5,800 كلفن، ويرمز الحرف V إلى نجم من النسق الرئيسي.² وقد تشكّلت قبل نحو 4.6 مليار سنة داخل سحابة عملاقة دوّارة من الغاز والغبار تُسمى السديم الشمسي.¹ وهي تجري مع مجرتها درب التبانة بسرعة متوسطة تقارب 720 ألف كم في الساعة، مكمّلة دورة كاملة حول مركز المجرة كل 230 مليون سنة تقريبًا.¹

وللشمس علمها الخاص: فدراسة الشمس وتأثيرها في المجموعة الشمسية كلها تُسمى «فيزياء الشمس» أو الهليوفيزياء.¹ والصلة المتبادلة بينها وبين الأرض هي ما يقود الفصول والتيارات المحيطية والطقس والمناخ وأحزمة الإشعاع والشفق القطبي.³ وقد كانت 22 مهمة نشطة تدرس الشمس وقت إعداد هذا الملف.³ ولا يزال اسمها في لغات العلم ضاربًا في جذور قديمة: «سول» اللاتينية و«هيليوس» الإغريقية.³ ولأنها كرة بلازما تدور بسرعات متفاوتة، يبلغ يومها 25 يومًا أرضيًا عند خط الاستواء و36 يومًا عند القطبين.¹ وإذا كان نصف قطرها يساوي 109 أضعاف نصف قطر الأرض، فإن بُعدها عنا — 215 من أنصاف أقطارها — لا يترك لها في سمائنا سوى نحو نصف درجة، أي بحجم القمر تقريبًا.² ولا أقمار للشمس، لكن يدور حولها ثمانية كواكب وخمسة كواكب قزمة على الأقل، وعشرات الآلاف من الكويكبات، وربما ثلاثة تريليونات من المذنبات والأجسام الجليدية.¹ ويرى العلماء أنها لم تقطع نصف عمرها بعد، وأنها ستبقى نحو 5 مليارات سنة أخرى قبل أن تتحول إلى قزم أبيض.¹

تتكوّن المناطق الداخلية للشمس من ثلاث طبقات متتابعة: القلب ثم المنطقة الإشعاعية ثم منطقة الحمل.¹ وفوقها يأتي غلافها الجوي متتابعًا: الغلاف الضوئي ثم الغلاف اللوني ثم منطقة الانتقال، وأخيرًا الهالة، غلاف الشمس الجوي الخارجي الممتد.¹ والغلاف الضوئي هو الجزء الذي نراه من الأرض، ومع أننا نسميه سطحًا فليس للشمس سطح صلب لأنها كرة من البلازما.¹ وحين تغادر المادة الهالة بسرعات تفوق سرعة الصوت تتحول إلى ريح شمسية تشكّل فقاعة مغناطيسية ضخمة حول الشمس هي الغلاف الشمسي.¹ ويلتفّ المجال المغناطيسي مع دوران الشمس في دوامة واسعة تُعرف بدوامة باركر.¹ والأرض في هذا كله ليست متفرجًا خارجيًّا، فهي تعيش داخل غلاف الشمس الجوي الممتد.¹ ويلخّص الجدول الآتي طبقات الشمس السبع وخصائصها.¹

تستمد الشمس طاقتها من الاندماج النووي، إذ تحوّل سلسلة البروتون-بروتون الهيدروجين إلى هيليوم في قلبها، حيث الظروف القصوى من الضغط والكثافة تتيح للأنوية تجاوز التنافر الكهربائي بينها.² وهناك تبلغ الحرارة نحو 15 مليون درجة مئوية، وهي عتبة كافية لإدامة الاندماج، ويولّد الضغط الناتج قوة نحو الخارج تسند كتلة النجم الهائلة وتمنعه من الانهيار.¹ وتبيّن الأرقام قسوة هذه الظروف: فكثافة القلب نحو 100 ضعف كثافة الماء، أي قرابة ستة أمثال كثافة مركز الأرض، وضغطه الداخلي يزيد على ضغط مركز الأرض عشرة آلاف مرة على الأقل.²

ولا تنفذ الطاقة من القلب مباشرة، بل تعبر المنطقة الإشعاعية في رحلة تستغرق نحو 170 ألف سنة لتصل إلى قمة منطقة الحمل.¹ أما الناتج فيبلغ أقصى درجات الثبات: فالثابت الشمسي عند الأرض 1.366 كيلوواط لكل متر مربع، ولا يتغير بأكثر من 0.1 في المئة.² ويتوهج الغلاف الضوئي عند نحو 5,500 درجة مئوية، بينما تبلغ الهالة نحو مليوني درجة — أشد حرارة من الطبقات التي تحتها، وهو ما يعدّ من أكبر ألغاز الشمس.¹ ويصل ضوء الشمس إلى الأرض خلال نحو ثماني دقائق، بسرعة الضوء نفسها.⁴

البقع الشمسية مناطق داكنة تظهر على الغلاف الضوئي نتيجة تدفق مغناطيسي كثيف يندفع نحو الأعلى من داخل الشمس.⁵ ففي قلب هذه المجالات المغناطيسية تكون المنطقة أبرد (نحو 7,000 درجة فهرنهايت) وأقل كثافة وأكثر قتامة من الغلاف الضوئي المحيط الذي تبلغ حرارته نحو 10,000 درجة فهرنهايت.⁵ ويقوم لكل بقعة ناضجة مركز شديد القتامة هو الظل، يحيط به نطاق أفتح ذو بنية ليفية هو الشبه ظل.⁵ وتعيش البقع من أيام إلى شهور، ويراوح حجمها بين 1,600 و160,900 كم.¹ وقد تفوق أكبر مجموعاتها حجم الأرض أضعافًا وتغطي مساحات واسعة من السطح.⁵ وتُمنح المجموعات الواضحة رقم منطقة رباعي الخانات من NOAA/SWPC لتوثيقها وتتبّعها أثناء دورانها، وتُصنَّف كل يوم وفق مقياس زيورخ المعدل ونظام ويلسون المغناطيسي.⁵

وفي مقابل هذه الرقع المظلمة الهادئة، تُعدّ التوهجات الشمسية أعنف انفجارات المجموعة الشمسية بفارق كبير، بطاقة تقارن بمليارات القنابل الهيدروجينية.¹ وتُصنَّف بالشدة تصاعديًّا: A الأضعف ثم B وC وM ثم X الأقوى، وكل فئة أعلى تعني زيادة عشرة أضعاف في الطاقة، على غرار مقياس ريختر للزلازل.⁴ وسُجّل أقوى توهج قيس على الإطلاق في عام 2003 بفئة X28 قبل أن تشبع أجهزة الرصد، ولا سقف لفئة X.⁴ أما الانفجارات الإكليلية فهي سحب هائلة من الجسيمات الممغنطة تقذفها الشمس إلى الفضاء بسرعة تتجاوز مليون ميل في الساعة، وغالبًا ما تعقب توهجًا شمسيًّا.¹ ويعلّق المجال المغناطيسي فوق السطح شواظًا تشبه الأفاعي من مادة أبرد وأكثف، تسمى خيوطًا حين تُرى على وجه القرص، فيما تتخلل الغلاف اللوني أشواك دقيقة.¹

وللنشاط الشمسي أثر ملموس في التقنية: فيتحدد عمر الأقمار في المدار الأرضي المنخفض بمقاومة الغلاف الجوي المرتبطة بالدورة، وبخاصة بمؤشر التدفق الراديوي عند 10.7 سم.⁶ وقد تعطّل التوهجات القوية الاتصالات اللاسلكية التي تمر عبر الغلاف الجوي العلوي، وتؤثر في الأقمار والمركبات الفضائية.⁴ وحين تتجه انفجارات إكليلية نحو الأرض قد تشعل شفقًا قطبيًّا ساطعًا وتعطّل الأقمار وشبكات الكهرباء، وقد تعرّض رواد الفضاء في المدار للخطر.¹ ويُضاف إلى ذلك أن العواصف المغناطيسية قد تولّد داخل الأرض حقولًا كهربائية تتداخل مع شبكات نقل الكهرباء.⁷ ويرصد مركز التنبؤ بالطقس الفضائي التابع لـ NOAA المناطق النشطة على الشمس، ويصدر تنبيهات وتحذيرات وإشعارات عن أحداث الطقس الفضائي الخطرة.¹

وتُقاس الدورة بمؤشرات عدة تتغير مع البقع، منها التدفق الراديوي عند 10.7 سم والإشعاع الشمسي الكلي والتوهجات والانفجارات الإكليلية والنشاط الجيومغناطيسي والأشعة الكونية المجرّية.⁸ ويعود العدد الدولي للبقع الذي بدأه فولف إلى عام 1849، بينما وُضع مؤشر عدد المجموعات على يد هويت وشماتن عام 1998.⁹ وتُحدَّد الأعداد اليومية والشهرية الرسمية للبقع في مركز WDC-SILSO بالمرصد الملكي البلجيكي.⁵ ويعود الرصد المنتظم إلى عام 1826 حين بدأ شوابه سجله اليومي، ثم أعلن في 1843 دورة تقارب عشر سنوات.¹⁰ وصحّح فولف الرقم لاحقًا إلى 11.11 سنة، فجاءت موافقته لتغيّر المغناطيسية الأرضية أدقّ.¹¹ وكان ساباين أول من لاحظ توافق ذرى الاضطرابات المغناطيسية مع ذرى دورة البقع في المدة والطور.¹¹ وتختلف الدورات بعضها عن بعض، ومن أشكال اختلافها الحد الأدنى الماوندري ودورة غلايسبيرغ وقاعدة غنيفيشيف-أول بين الدورات الزوجية والفردية.⁸

في الأول من سبتمبر 1859 رصد ريتشارد كارينغتون توهجًا أبيض دام خمس دقائق — من 11:18 إلى 11:23 بتوقيت غرينتش — قطع خلالها مسافة قُدّرت بـ35,000 ميل.¹¹ وفي اللحظة ذاتها سجّل جهاز كيو الفوتوغرافي اضطرابًا واضحًا في العناصر المغناطيسية الثلاثة، وبعد منتصف الليل بقليل بلغ التهيّج ذروته فأضاء الشفق الغلاف الجوي من قطب إلى قطب.¹¹ وكانت العاصفة المغناطيسية الممتدة من 28 أغسطس إلى 4 سبتمبر 1859 غير مسبوقة في شدتها واتساعها ومدتها.¹¹ فتعطلت الاتصالات التلغرافية في كل مكان، وعملت بعض الخطوط دون بطاريات اعتمادًا على التيارات الأرضية وحدها.¹¹ وانطلقت من الأسلاك شرارات لسعت المشغلين وحرّقت أوراقهم، بينما أسدل الشفق أرديته القرمزية على نصفي الكرة حتى داخل المناطق المدارية.¹¹ وذُكر أن الشفق رُئي جنوبًا حتى كوبا وجزر الباهاما وجامايكا والسلفادور وهاواي، وأن الصحف كانت تُقرأ على ضوئه كما في وضح النهار.¹

وعاد الحدث بوجه آخر في 13 مارس 1989، حين سببت عواصف جيومغناطيسية أثارها توهج شمسي تعطُّل نقل الكهرباء من محطة هيدرو كيبيك في كندا، فأغرقت ستة ملايين شخص في الظلام تسع ساعات.¹ وفي ديسمبر 2005 عطّلت الأشعة السينية لعاصفة شمسية الاتصالات بين الأقمار والأرض وإشارات تحديد المواقع لنحو عشر دقائق.¹ ولم يُقَس منذ ذلك الحين أعلى من توهج عام 2003 المسجّل بفئة X28 قبل أن تشبع الأجهزة، فبقي علامة على حدود ما يمكن أن يبلغه الطقس الفضائي.⁴

وتبقى هذه السجلات ركيزة تصميم ما يصمد أمام الشمس: فهيئة المسح الجيولوجي الأمريكية ترصد المجال المغناطيسي للأرض بمراصد أرضية، وتوفر سجلات متصلة لتغيّراته، وتكرّس أبحاثها لفهم التغيّرات الجيومغناطيسية والتخفيف من مخاطرها.⁷ والحاجة إلى ذلك واضحة، لأن العواصف قد تولّد داخل الأرض حقولًا كهربائية تتداخل مع شبكات نقل الكهرباء، فتظل أقوى العواصف المسجلة مقياسًا مرجعيًّا للشبكات والأقمار.⁷

تعدّ العقود الأخيرة عصر أسطول الرصد الفضائي للشمس: ففي 11 فبراير 2010 أطلقت ناسا مرصد ديناميات الشمس (SDO) لرصد باطن الشمس وغلافها الجوي ومجالها المغناطيسي وطاقتها المنتَجة، ودراسة كيف ينشأ النشاط الشمسي وكيف يقود الطقس الفضائي.¹² ويعود سوهو، المهمة المشتركة بين إيسا وناسا، إلى ديسمبر 1995، وقد استقر في مدار ليساجو حول نقطة لاغرانج L1 على بعد 1.5 مليون كم من الأرض، وأرسل صورته الأولى في 19 ديسمبر 1995.¹³ وكان مقررًا أن تدوم مهمته حتى 1998 فقط، لكنه واصل جمع البيانات حتى تجاوزت اكتشافاته 5,000 مذنب.¹³ وقبلهما كان سكايلاب، أول محطة فضاء أمريكية، قد انطلق في 14 مايو 1973 حاملًا وحدة تلسكوب أبولو، ووُصف بأنه أعظم مرصد شمسي في عصره.¹⁴

ويتصدّر هذا الأسطول مسبار باركر الشمسي، الذي انطلق في 12 أغسطس 2018 في مهمة «لمس الشمس»، وحمل اسم البروفيسور الراحل يوجين باركر الذي تنبأت نظريته الرياضية في أواسط خمسينيات القرن الماضي بالريح الشمسية.¹⁵ وفي 14 ديسمبر 2021 أعلنت ناسا أن المسبار عبر هالة الشمس — غلافها الجوي العلوي — وجمع عينات من الجسيمات والمجالات المغناطيسية هناك، في أول مرة في التاريخ تلمس فيها مركبة شمسًا.¹⁵ وتمتد مهمته على 24 مدارًا خلال سبع سنوات، ويحميه درع من مركّب كربوني بسماكة 4.5 بوصة يتحمل حرارة تقارب 2,500 درجة فهرنهايت.¹⁵ ويحمل المسبار أربع مجموعات من الأجهزة لدراسة المجالات المغناطيسية والبلازما والجسيمات عالية الطاقة وتصوير الريح الشمسية.¹⁵ وفي 24 ديسمبر 2024 حلّق على بعد 6.1 مليون كم فقط (3.8 مليون ميل) من سطح الشمس، بسرعة تناهز 692,000 كم/س عند أقرب نقطة، في أقرب مسافة بلغها جسم من صنع الإنسان من نجم.¹⁶ وأكمل المسبار حتى 4 سبتمبر 2026 تسعة وعشرين اقترابًا من الشمس، مكررًا في آخرها سرعته ومسافته القياسيتين وموجّهًا كاميرته نحو القطب الشمالي.¹⁷

ومن أوروبا يشارك سولار أوربيتر، وقد انطلق في فبراير 2020 والتقط صوره الأولى في يوليو 2020 وبدأ عملياته العلمية الروتينية في نوفمبر 2021.¹⁸ وتصفه إيسا بأنه أعقد مختبر علمي أرسلته إلى الشمس، بمنظومة من عشرة أجهزة.¹⁸ وهو أول مركبة تنظر إلى المناطق القطبية للشمس، وقد بلغ أقرب مسافة قدرها 42 مليون كم في مدار يميل 33 درجة عن خط الاستواء الشمسي بكتلة إطلاق تبلغ 1,720 كجم.¹⁸ وفي 11 يونيو 2025 قدّم أول صور قريبة من نوعها للمناطق القطبية للشمس، وهي رؤية يستحيل الحصول عليها من الأرض.¹⁸ وبين اقتراب باركر القياسي وميل سولار أوربيتر المرتفع، يتكامل المرصدان في رسم صورة قريبة للشمس لا يقدمها جيل سابق من المركبات.¹⁸

يعود أول حصاد بشري للشمس إلى عام 1610، حين فتح فابريسيوس وغاليليو — بتوجيه المنظار إليها — أول طريق للبحث في تكوين الشمس وبنيتها.¹¹ وفي 1627 ترك الأب شاينر رسمًا يتبّع حركة بقعتين عبر أيام مارس من ذلك العام.¹⁰ وعلى هذا الرصيد البصري الممتد أربعة قرون، منذ اختراع المنظار الفلكي، يعتمد علمنا بطويل المدى في النشاط الشمسي وتعدّله الدوري كل 11 سنة.⁹

وفي عام 1826 بدأ الفلكي الألماني شوابه سجلًا منتظمًا لعدد البقع المرئية على الشمس.¹⁰ ولم تتخلف تقاريره اليومية، في حدود الأحوال الجوية والصحية، عن تسجيل ما يرى على القرص يومًا بيوم وفق نظام بسيط ثابت.¹¹ وبعد سبعة عشر عامًا من الرصد أعلن في 1843 اكتشاف تذبذب بدورة تقارب عشر سنوات.¹⁰ غير أن الجدة الأكبر جاءت من المغناطيسية الأرضية: فقد لاحظ ساباين أن ذرى الاضطرابات المغناطيسية تواكب ذرى دورة البقع وتتفق معها في المدة والطور.¹¹ ثم صحّح فولف الدورة إلى 11.11 سنة، فطابقت التغيّر المغناطيسي أدقّ من أي تقدير سابق.¹¹ ولم يقتصر عطاء الرصد على البقع: فخط انبعاث أُطلق عليه D3 في الشواظ دفع لوكير إلى تسمية مادة مجهولة «هيليوم»، قبل أن يكتشفه رامزي على الأرض في مارس 1895، بعد ستة وعشرين عامًا.¹¹ ويعرف الباحثون اليوم مواطن الضعف في هذا السجل: فقبل 1800 تظل الأعداد محفوفة بعدم يقين كبير، كما يعاني السجل ثلاث فجوات تجانس في 1880–1915 و1947 و1980–2014.⁹ لكنه يبقى السجل الرصدي المباشر الوحيد الذي تعتمد عليه دراسات إعادة المعايرة الحديثة، كما في مراجعة كليت وزملائه للسجل الممتد أربعة قرون.⁹

ومنذ القِدم لم تكن الشمس جرمًا عاديًّا في السماء، بل ألهمت الأساطير والديانات، وشغلت موقعًا محوريًّا في ثقافات عدة منها المصريون القدماء وأزتك المكسيك وقبائل السكان الأصليين في الأمريكيتين والصينيون.³ وحضرت في الأغنية والسينما، وظلت مفرداتها حية في لغات العلم من جذريها القديمين: «سول» و«هيليوس».³

وعلى الأرض لا تكتمل الحياة دونها، فضوء الشمس وطاقتها هما ما جعلا الحياة ممكنة هنا.¹ ولأشعتها فوق البنفسجية وجهان: فهي تسهم في تكوين فيتامين د، لكنها قد تسبب حروق الجلد وسرطان الجلد.¹ أما الشمس نفسها فلا تصلح للحياة بسبب حرارتها وإشعاعها القاسيين.¹

وتُظهر أحدث بيانات الترقيم شكل الدورة 25 حتى الآن: فقد بلغ أعلى عدد مُنعَّم للبقع فيها 160.9 في أكتوبر 2024، بينما سجّل أغسطس 2026 قيمة شهرية أولية مقدارها 76.0.¹⁹ ومع اقتراب النشاط من خفوت الدورة، ينتظر الراصدون الدورة 26 بين 2029 و2032.⁶

وعلى جبهة الرصد يواصل الأسطول عمله: فلا يزال مسبار باركر يطارد اقتراباته القياسية، وآخرها اقترابه التاسع والعشرون في 4 سبتمبر 2026.¹⁷ ويواصل سولار أوربيتر طوره العالي الميل بعد أولى صور القطبين.¹⁸ ويمضي مرصد ديناميات الشمس في مهمته كأساس رصدي طويل الأمد لبيانات الشمس.¹² وتبقى أسئلة كبرى بلا جواب، على رأسها سبب سخونة الهالة أكثر من الطبقات التي تحتها، وهو ما يعدّ من أكبر ألغاز الشمس.¹ وكذلك كيفية وصول الريح الشمسية إلى الأرض بسرعة تناهز 400 كم/ثانية.² ولم يصدر بعد أي تنبؤ للدورة 26، فيبقى توقّع حجمها وموعدها هدفًا معلّقًا للعلماء.⁶