ستاره ها توپ های عظیمی از پلاسمای درخشان هستند. تعداد زیادی از آنها در کهکشان ما وجود دارد. ستارگان نقش مهمی در پیشرفت علم داشته اند. آنها همچنین در اسطوره های بسیاری از مردم مورد توجه قرار گرفتند و به عنوان ابزار ناوبری خدمت کردند. وقتی تلسکوپ ها و همچنین قوانین حرکت اجرام آسمانی و گرانش اختراع شدند، دانشمندان متوجه شدند که همه ستارگان شبیه خورشید هستند.
تعریف
ستارگان دنباله اصلی شامل تمام آنهایی است که در آنها هیدروژن به هلیوم تبدیل می شود. از آنجایی که این فرآیند مشخصه اکثر ستارگان است، بیشتر نورهای مشاهده شده توسط انسان در این دسته قرار می گیرند. برای مثال خورشید نیز از این گروه است. آلفا اوریونیس یا مثلاً ماهواره سیریوس به ستاره های دنباله اصلی تعلق ندارد.
گروه های ستاره
برای اولین بار، دانشمندان E. Hertzsprung و G. Russell موضوع مقایسه ستاره ها با انواع طیفی آنها را مطرح کردند. آنها نموداری ایجاد کردند که طیف و درخشندگی ستارگان را نشان می داد. متعاقباً این نمودار به نام آنها نامگذاری شد. بیشتر نورهایی که روی آن قرار دارند، اجرام آسمانی اصلی نامیده می شونددنباله ها این دسته شامل ستارگانی از ابرغول های آبی تا کوتوله های سفید می شود. درخشندگی خورشید در این نمودار به عنوان واحد در نظر گرفته شده است. این دنباله شامل ستاره هایی با جرم های مختلف است. دانشمندان دسته های زیر را از مشاهیر شناسایی کرده اند:
- Supergiants - درخشندگی کلاس I.
- غول - کلاس دوم.
- ستاره های سکانس اصلی - کلاس پنجم.
- Subdwarfs - کلاس VI.
- کوتوله های سفید - کلاس هفتم.
فرآیندهای داخل چراغ‌ها
از دیدگاه ساختار، خورشید را می توان به چهار ناحیه مشروط تقسیم کرد که در آن فرآیندهای فیزیکی مختلفی رخ می دهد. انرژی تابشی ستاره و همچنین انرژی حرارتی درونی، در اعماق نور تابش ایجاد می‌شود و به لایه‌های بیرونی منتقل می‌شود. ساختار ستارگان دنباله اصلی شبیه ساختار نورانی منظومه شمسی است. بخش مرکزی هر چراغی که در نمودار هرتسسپرونگ-راسل به این دسته تعلق دارد، هسته است. واکنش‌های هسته‌ای دائماً در آنجا انجام می‌شود که طی آن هلیوم به هیدروژن تبدیل می‌شود. برای اینکه هسته های هیدروژن با یکدیگر برخورد کنند، انرژی آنها باید بیشتر از انرژی دافعه باشد. بنابراین، چنین واکنش هایی فقط در دماهای بسیار بالا انجام می شود. در داخل خورشید دمای هوا به 15 میلیون درجه سانتیگراد می رسد. همانطور که از هسته ستاره دور می شود، کاهش می یابد. در مرز بیرونی هسته، دما در حال حاضر نیمی از مقدار در قسمت مرکزی است. چگالی پلاسما نیز کاهش می یابد.
واکنش های هسته ای
اما نه تنها در ساختار درونی ستارگان دنباله اصلی شبیه به خورشید هستند. مفاخر این دسته همچنین با این واقعیت متمایز می شوند که واکنش های هسته ای در داخل آنها از طریق یک فرآیند سه مرحله ای رخ می دهد. در غیر این صورت، چرخه پروتون-پروتون نامیده می شود. در مرحله اول دو پروتون با یکدیگر برخورد می کنند. در نتیجه این برخورد، ذرات جدیدی ظاهر می شوند: دوتریوم، پوزیترون و نوترینو. در مرحله بعد، پروتون با یک ذره نوترینو برخورد می کند و هسته ایزوتوپ هلیوم-3 و همچنین یک کوانتوم پرتو گاما تشکیل می شود. در مرحله سوم فرآیند، دو هسته هلیوم-3 با هم ترکیب می‌شوند و هیدروژن معمولی تشکیل می‌شود.
در جریان این برخوردها، ذرات بنیادی نوترینو به طور مداوم در طی واکنش های هسته ای تولید می شوند. آنها بر لایه های پایینی ستاره غلبه کرده و به فضای بین سیاره ای پرواز می کنند. نوترینوها نیز روی زمین ثبت می شوند. مقداری که دانشمندان با کمک ابزار ثبت می کنند به طور غیرقابل قیاسی کمتر از آن چیزی است که طبق فرض دانشمندان باید باشد. این مشکل یکی از بزرگترین اسرار در فیزیک خورشیدی است.
منطقه تابشی
لایه بعدی در ساختار خورشید و ستارگان دنباله اصلی منطقه تابشی است. مرزهای آن از هسته تا یک لایه نازک واقع در مرز منطقه همرفتی - تاکوکلین گسترش می یابد. منطقه تابشی نام خود را از طریق انتقال انرژی از هسته به لایه های بیرونی ستاره - تابش - گرفته است. فوتون هاکه دائماً در هسته تولید می شوند، در این ناحیه حرکت می کنند و با هسته های پلاسما برخورد می کنند. مشخص است که سرعت این ذرات برابر با سرعت نور است. اما با وجود این، حدود یک میلیون سال طول می کشد تا فوتون ها به مرز مناطق همرفتی و تابشی برسند. این تاخیر به دلیل برخورد مداوم فوتون ها با هسته های پلاسما و گسیل مجدد آنهاست.
تاکوکلین
خورشید و ستارگان دنباله اصلی نیز دارای ناحیه نازکی هستند که ظاهراً نقش مهمی در تشکیل میدان مغناطیسی ستارگان دارند. به آن تاکوکلین می گویند. دانشمندان پیشنهاد می کنند که در اینجا است که فرآیندهای دینام مغناطیسی انجام می شود. این در این واقعیت نهفته است که جریان های پلاسما خطوط میدان مغناطیسی را کشیده و قدرت کلی میدان را افزایش می دهد. همچنین پیشنهاداتی وجود دارد که تغییر شدید در ترکیب شیمیایی پلاسما در ناحیه تاکوکلین رخ می دهد.
منطقه همرفت
این ناحیه بیرونی ترین لایه را نشان می دهد. مرز پایین آن در عمق 200 هزار کیلومتری قرار دارد و قسمت بالایی به سطح ستاره می رسد. در ابتدای منطقه همرفتی، دما هنوز بسیار بالا است، به حدود 2 میلیون درجه می رسد. با این حال، این شاخص دیگر برای انجام فرآیند یونیزاسیون اتم‌های کربن، نیتروژن و اکسیژن کافی نیست. این منطقه به دلیل انتقال مداوم ماده از لایه های عمیق به بیرونی - همرفت یا اختلاط نام خود را گرفته است.
در یک ارائه دربارهستارگان دنباله اصلی می توانند نشان دهنده این واقعیت باشند که خورشید یک ستاره معمولی در کهکشان ما است. بنابراین، تعدادی از سؤالات - به عنوان مثال، در مورد منابع انرژی، ساختار و همچنین تشکیل طیف - هم برای خورشید و هم برای سایر ستارگان مشترک است. تابش ما از نظر موقعیت مکانی منحصر به فرد است - نزدیکترین ستاره به سیاره ما است. بنابراین سطح آن مورد مطالعه دقیق قرار می گیرد.
Photosphere
پوسته مرئی خورشید را فوتوسفر می نامند. این اوست که تقریباً تمام انرژی را که به زمین می آید ساطع می کند. فتوسفر از گرانول هایی تشکیل شده است که ابرهای کشیده ای از گاز داغ هستند. در اینجا می توانید نقاط کوچکی را نیز مشاهده کنید که به آنها مشعل می گویند. دمای آنها تقریباً 200 oC بالاتر از جرم اطراف است، بنابراین آنها در روشنایی متفاوت هستند. مشعل ها می توانند تا چند هفته وجود داشته باشند. این پایداری به دلیل این واقعیت است که میدان مغناطیسی ستاره اجازه نمی دهد جریان های عمودی گازهای یونیزه شده در جهت افقی منحرف شوند.
Spots
همچنین، گاهی اوقات نواحی تیره روی سطح فوتوسفر - هسته لکه ها - ظاهر می شوند. اغلب لکه ها می توانند به قطری بیشتر از قطر زمین رشد کنند. لکه های خورشیدی معمولاً به صورت گروهی ظاهر می شوند، سپس بزرگتر می شوند. به تدریج، آنها به مناطق کوچکتر تقسیم می شوند تا زمانی که به طور کامل ناپدید شوند. لکه هایی در دو طرف استوای خورشیدی ظاهر می شوند. هر 11 سال تعداد آنها و همچنین مساحت اشغال شده توسط لکه ها به حداکثر می رسد. با توجه به حرکت مشاهده شده از نقاط، گالیله توانستتشخیص چرخش خورشید بعداً، این چرخش با استفاده از تحلیل طیفی پالایش شد.
تا کنون، دانشمندان در مورد اینکه چرا دوره افزایش لکه های خورشیدی دقیقاً 11 سال است، متحیر هستند. با وجود شکاف در دانش، اطلاعات در مورد لکه های خورشیدی و تناوب سایر جنبه های فعالیت ستاره به دانشمندان این فرصت را می دهد تا پیش بینی های مهمی انجام دهند. با مطالعه این داده ها می توان در مورد شروع طوفان های مغناطیسی، اختلالات در حوزه ارتباطات رادیویی پیش بینی کرد.
تفاوت با سایر دسته ها
درخشندگی یک ستاره مقدار انرژی است که از نور در یک واحد زمان ساطع می شود. این مقدار را می توان از مقدار انرژی که به سطح سیاره ما می رسد محاسبه کرد، مشروط بر اینکه فاصله ستاره از زمین مشخص باشد. درخشندگی ستارگان دنباله اصلی بیشتر از ستارگان سرد و کم جرم و کمتر از ستارگان داغ است که بین 60 تا 100 جرم خورشیدی دارند.
ستاره های سرد نسبت به بیشتر ستارگان در گوشه سمت راست پایین و ستاره های داغ در گوشه سمت چپ بالا قرار دارند. در عین حال، در بیشتر ستارگان، بر خلاف غول های قرمز و کوتوله های سفید، جرم به شاخص درخشندگی بستگی دارد. هر ستاره بیشتر عمر خود را صرف سکانس اصلی می کند. دانشمندان بر این باورند که ستارگان پرجرم بسیار کمتر از ستاره هایی که جرم کوچکی دارند، زندگی می کنند. در نگاه اول باید برعکس باشد زیرا هیدروژن بیشتری برای سوزاندن دارند و باید مدت بیشتری از آن استفاده کنند. با این حال، ستاره هابزرگ‌ها سوخت خود را بسیار سریع‌تر مصرف می‌کنند.
