كيف يمكننا حساب عمر الشمس؟
كيف يمكنني حساب عمر الشمس باستخدام الفيزياء الكلاسيكية؟
عليك أن تعلم بأن عمرها يقدّر بنحو 10 مليارات سنة، ولكن، هل تمّ حساب ذلك بالفعل؟
هذا يتطلّب أكثر قليلًا من الفيزياء الكلاسيكيّة، ولكن، مع ذلك، يمكنك أن ُتقدِّر عمر الشّمس عن طريق عمليّة حسابيّة بسيطة جدًّا! أوّلا، وقبل كلّ شيء، إن أردت معرفة العمر الحالي للشّمس -نحو 5 مليارات سنة-، فإنّ ذلك الرّقم حُدِّدَ عن طريق “التّأْريخ الإشعاعيّ للأجسام” في النّظام الشّمسيّ، والّذي يُعرف بأنّه تكوَّن في نفس الوقت الّذي تكوّنت فيه الشّمس تقريبًا.
إنّ عمر الشّمس الكلّيّ قبل أن تصبح عملاقًا أحمرَ، هو نحو 10 مليارات سنة -ممّا يعني أنّ ذلك التّحوّل سيحدث بعد 5 مليارات سنة تقريبًا من الآن-، ويمكن تقدير هذا عن طريق افتراض أنّ الشمس سوف “تموت” حينما تنفد الطّاقة الّتي تجعلها متوهّجة. إنّ الوقت اللازم لحدوث ذلك، هو تقريبًا إجمالي الطّاقة الّتي لدى الشمس -والّتي يمكن تحويلها إلى ضوء- مقسومًا على معدّل انبعاث الطّاقة من الشّمس، أو: عمر الشّمس = (الطاقة) \ معدّل (طاقة\وقت) انبعاث طاقة الشّمس. معدّل انبعاث طاقة الشّمس (اللمعان أو التّوهّج)، هو (3.8 x 1026) واط تقريبًا -وهذا يعني أنّ الرّقم 38، متبوعٌ بـ25 صفرًا-.
يمكن تحديد هذا الرّقم من خلال قياس مدى لمعان الشّمس من على الأرض، وكذلك من خلال المسافة الّتي تفصلها عنّا؛ فالطّاقة الكلّيّة الّتي تحتاجها الشّمس لإحراقها، تتطلّب فهم المزيد عن الفيزياء النّوويّة. نحن نعلم أنّ الشّمسَ تتوهّج عبر التّفاعلات النّوويّة في نواتها، والّتي تعمل على تحويل أربع ذرّات من الهيدروجين إلى ذرّة هيليوم واحدة. فإذا ألقيت نظرة على الجدول الدّوريّ، ستجد أنّ ذرّة الهيليوم تتمتّع بكتلة أقلّ من كتلة أربع ذرّات هيدروجين مجتمعة، فتقريبًا 0.7 % من الكتلة الأصليّة قد اختفت. إنّ هذه “الكتلة المفقودة” قد تحوّلت إلى طاقة، وهذه الطّاقة هي المسؤولة عن توهّج الشّمس بهذا الشّكل. لذلك، باستخدام قانون آينشتاين الشّهير (E=mc2) للتّحويل بين الكتلة والطّاقة، ستكون الطّاقة المُتوفّرة في الشّمس هي (E = 0.007 x M c2). حيث (C) هو ثابت سرعة الضّوء، و(M) تُشير إلى مقدار كتلة الشّمس الّتي تحدث فيها التّفاعلات النّوويّة.
الآن، اتّضح أنّ الجزء المركزيّ من الشّمس، هو الوحيد الّذي يمتلك درجة حرارة كافية لحدوث التّفاعلات النّوويّة. وقد تحتاج إلى نموذجٍ مفصّلٍ عن هيكلة الشّمس؛ لتعرف بالضّبط كم من الشّمس يمتلك درجة حرارة كافية لحدوث تلكُم التّفاعلات. ولكن، إذا لجأنا إلى تقدير الأمور، فيمكننا القول بأنّه بحدود 10% من كتلة الشّمس موجودة في مركزها، وهو المكان المناسب لحدوث التّفاعلات النّوويّة. ونحصل في النّهاية على هذه العلاقة: (E = 0.007 x 0.1 x Msun c2).
حيث (Msun) هي كتلة الشّمس الكلّيّة، وتساوي (2 x 1030) كجم. لذلك، يمكننا حساب أنّ الطّاقة الكلّيّة الّتي يجب على الشّمس حرقها هي بحدود (1.3 x 1044) جول. وبقسمة (3.8 x 1026) واط (وهو معدّل انبعاث الطّاقة من الشّمس) إلى الطّاقة الكلّيّة، يَنتُج لدينا قيمة تقريبيّة بحدود 10 مليارات سنة؛ وهو عمر الشّمس.
إعداد: مادونا خالد
تدقيق: يسر شيشكلي
المصدر
