Ο ΗΛΙΟΣ

Γενικά. Ο Ήλιος είναι ένας από τα δισεκατομμύρια αστέρων από τους οποίους αποτελείται ο γαλαξίας μας, ένα μέρος του οποίου διακρίνεται στον ουράνιο θόλο τις καθαρές και ασέληνες νύκτες. Η απόστασή του από τον πλανήτη μας είναι εξαιρετικά μικρή σε σχέση με τις αποστάσεις των άλλων αστέρων οι οποίες είναι εκατομμύρια ή και δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερες. Για να έχουμε μια ιδέα αυτών των αποστάσεων αναφέρουμε ότι το φώς με την μεγάλη του ταχύτητα στο διάστημα (300.000 χιλ/δευτερόλεπτο), χρειάζεται μόλις 8' λεπτά της ώρας για να διανύσει την απόσταση των 150 εκατομμυρίων χιλιομέτρων που μάς χωρίζει από αυτόν τον κίτρινο αστέρα που γι' αυτόν ακριβώς τον λόγο παρουσιάζει έναν εκτυφλωτικό και πολύ επικίνδυνο στα απροστάτευτα μάτια μας δίσκο με φαινόμενη διάμετρο περίπου μισής μοίρας. Οι αποστάσεις των γειτονικών αστέρων ως πρός τον ήλιο μας είναι πολύ μεγάλες αφού το φώς για να διατρέξει την απόσταση από τον πλησιέστερο αστέρα στο ηλιακό μας σύστημα, τον Εγγύτατο (proxima) του α του αστερισμού του Κενταύρου χρειάζεται 4 έτη και 3 μήνες δρόμο ή από τον Σείριο, τον λαμπρότερο αστέρα του ουρανού 8 έτη. Βέβαια αυτές οι αποστάσεις δεν αντιπροσωπεύουν σχεδόν τίποτα άν συγκριθούν με αυτές των αστέρων οι οποίοι ευρίσκονται έξω από την γαλαξιακή μας γειτονιά αφού ανέρχονται σε εκατοντάδες χιλιάδων ετών φωτός. Ο ήλιος μας ευρίσκεται κοντά στο γαλαξιακό επίπεδο και σε έναν βραχίονα του γαλαξία σε απόσταση 28.000 ετών φωτός από το κέντρο του. Με την επιστημονική μελέτη του άστρου της ημέρας είμαστε σε θέση να κατανοήσουμε τον μηχανισμό με τον οποίο λειτουργούν όλα τα αμέτρητα φωτεινά στίγματα που διακοσμούν τον νυκτερινό ουρανό όπως και το παρελθόν ή το μέλλον τους. Ο μηχανισμός με τον οποίο λάμπει και ακτινοβολεί ο ήλιος παρόμοιος  με αυτόν της υδρογονοβόμβας όπου μέσα στο τεράστιο αυτό υπέρθερμο χωνευτήριο  τα άτομα του υδρογόνου με πυρηνική σύντηξη μεταστοιχειώνεται σε ήλιο και ενέργεια. Αλλά μην φαντασθείτε ότι αυτή η διάπυρη σφαίρα η οποία μας θερμαίνει αφόρητα τους καλοκαιρινούς μήνες είναι κάτι το πολύ σημαντικό άν συγκριθεί με άλλους αστέρες. Εάν μεταφέραμε την γή σε μία απόσταση 33 ετών φωτός περίπου μακριά του, τότε ο ζωοδότης ήλιος μας μόλις θα διακρινόταν στα μάτια μας μεταξύ των άλλων λαμπρών αστέρων οι οποίοι απέχουν μέχρις αποστάσεων χιλιάδων ετών φωτός !

Το τι μπορεί να σημαίνει για την ύπαρξη της γής ο κοντυνός ήλιος είναι ευκολονόητο, αφού χωρίς αυτόν δεν θα υφίστατο ούτε ο πλανήτης μας ούτε αυτό το πλανητικό σύστημα. Εξ' άλλου ο ήλιος είναι ο μοναδικός ρυθμιστής της ζωής και του ενεργειακού ισοζυγίου της γής με όλες του τις βιολογικές διεργασίες.

Οι αντιλήψεις των αρχαίων για τον ήλιο. Από αυτή του την σπουδαιότητα ο ήλιος παντού και πάντοτε λατρεύθηκε σαν θεός και υπολείμματα μέχρι σήμερα αυτής της λατρείας είναι οι εορτές και τελετές των ισημεριών και των ηλιοστασίων από τους βόρειους λαούς οι οποίοι στερούνται από την αφθονία και την θερμότητα την οποία προσφέρει στις νοτιώτερες χώρες. Οι αρχαίοι Ρωμαίοι κατά την διάρκεια της χειμερινής τροπής του ηλίου στον ουρανό προς επάνω, εόρταζαν τα Saturnalia. Επίσης το έθιμο στη χώρα μας να ανάβουν φωτιές την ημέρα του γενεσίου του Προδρόμου στις 24 Ιουνίου έχει σχέση με την ημέρα του θερινού ηλιοστασίου όπου τότε ο ήλιος σταματά το φαινομενικό σκαρφάλωμά του στον ουρανό.

Οι αρχαίοι Βαβυλώνιοι και Αιγύπτιοι που νόμιζαν ότι η γή είναι επίπεδη , εξηγούσαν το αίνιγμα της εμφανίσεως του ηλίου στην ανατολή κάθε πρωί παραδεχόμενοι ότι πρόκειται για έναν νέο ήλιο επειδή κατά την προηγούμενη δύση του εβυθίζετο στα νερά του ωκεανού. Μάλιστα οι Ίβηρες έλεγαν ότι ακούουν τον συριγμό του στα νερά του Ατλαντικού. Κατά την μυθολογία των Ελλήνων ο Ήλιος, υιός του Υπερίωνος και της Θείας, απόκτησε από την Κλεομένη η οποία ήταν κόρη του Ωκεανού τον Φαέθοντα ο οποίος έπεισε τον πατέρα του να του παραχωρήσει για μια ημέρα το άρμα του που το έσυραν τέσσερα λευκά άλογα. Όμως τα χέρια του δεν ήταν αρκετά στιβαρά και το άρμα του ηλίου άλλοτε συρόταν πρός τα ύψη και τότε η Μεγάλη και η Μικρή Άρκτος εκαίοντο από τις ακτίνες του και ο ουρανός φλεγόταν ενώ ψύχος κάλυπτε την γή. Άλλοτε πάλι το άρμα κατέβαινε χαμηλά και εξεραίνοντο οι ποταμοί, οι ωκεανοί έβραζαν και τα βουνά έβγαζαν καπνούς. Ο Ζεύς για να σώσει τους ανθρώπους τότε, κατακεραύνωσε τον Φαέθοντα, το δε πτώμα του έπεσε στον Ηριδανό ποταμό.

Όταν αργότερα ο Αναξαγόρας δάσκαλος του Πλάτωνος εδίδασκε ότι ο Ήλιος είναι διάπυρος λίθος και η σελήνη από χώμα και πέτρες όπως και η γή, η οργή των Αθηναίων ήταν μεγάλη κατά του Ίωνος σοφού ο οποίος τολμούσε να εκστομίζει τέτοιες βλασφημίες και φλυαρίες και τότε μόνον ο Πλάτων κατόρθωσε να του σώσει την ζωή. Το ίδιο περιστατικό συνέβη και μετά από 2000 χρόνια όταν ο Γαλιλαίος το 1611 μ.Χ με το πρώτο του τηλεσκόπιο προσπάθησε να "λερώσει" τον ήλιο με τις κηλίδες που διέκρινε στην άσπιλη και αμόλυντη επιφάνειά του. Όμως άν παραμερίσουμε αυτές τις φανταστικές δοξασίες, θα εκπλαγούμε από το πώς 400 έτη πρό Χριστού η Ελληνική επιστήμη, αφού εννόησε την φύση του ηλίου, προσπάθησε με διάφορες μαθηματικές  μεθόδους να καθορίσει την βασική απόσταση γής-ηλίου άσχετα άν έβγαζε λανθασμένα εξαγόμενα.

Απόσταση του ηλίου από την γή. Η παρατηρούμενη διαφορά στις φαινόμενες κινήσεις της σελήνης, του ηλίου και των πλανητών από τα παλιά χρόνια υπέβαλε την ιδέα ότι μερικά ουράνια σώματα είναι πιό κοντά από τα άλλα. Για πρώτη φορά ο Αναξαγόρας το 434 π.Χ με έναν λογικό συλλογισμό υπολόγισε ότι ο ήλιος ευρίσκεται σε απόσταση 6000 χιλιομέτρων Θεωρώντας την γή επίπεδη και όχι σφαιρική ο ήλιος μεσουρανεί για τον παρατηρητή εκείνον ο οποίος μετατοπίζεται βόρεια 1 μοίρα πιό χαμηλά στον ουρανό κάθε 111 χιλιόμετρα. Κατά τον Αναξαγόρα αυτό οφείλεται στην πεπερασμένη απόσταση του ηλίου και με σχέση την φαινομένη του διάμετρο υπολόγισε ότι ο ήλιος έχει το μέγεθος της Πελοποννήσου. Το αποτέλεσμα λάθος, όμως ο συλλογισμός πολύ σωστός και για πρώτη φορά κατανοείτο η απόσταση του ηλίου στον χώρο. Τον 3ον αιώνα π.Χ ο Αρίσταρχος ο Σάμιος με μία μεγαλοφυή όσο και απλή τριγωνομετρική μέθοδο υπολόγισε ότι ο ήλιος είναι πολλές φορές μεγαλύτερος από τη γή.

Όπως παρατηρούμε στο σχήμα όταν η σελήνη ευρίσκεται στην φάση του α' ή του τελευταίου τετάρτου, η γωνία ΓΣΗ πρέπει να είναι ορθή επειδή κατά τον Αρίσταρχο η ορίζουσα του σεληνιακού δίσκου είναι ευθεία γραμμή που τον διχοτομεί . Εξ' άλλου η γωνία  ΣΓΗ εάν ο ήλιος ευρίσκετο σε άπειρη απόσταση θα έπρεπε και αυτή να είναι ορθή.  Συνεπώς όσο πιό κοντά ευρίσκεται ο ήλιος, τόσο θα αυξάνει το μέγεθος της γωνίας  ΣΓΗ , η οποία επί του προκειμένου εκφράζει την απόσταση γής-ηλίου. Η εκτίμηση του Αριστάρχου ήταν ότι λείπουν 3 μοίρες για να είναι η γωνία ορθή αντί του σωστού πού είναι 9' λεπτά της μοίρας. Ως εκ τούτου κατά τον Αρίσταρχο ο ήλιος απέχει 19 φορές πιό μακρυά από τη σελήνη αντί τού σωστού 380 φορές ( συνεφαπτομένη των 9'). Αυτό το σημαντικό λάθος οφείλεται στον απλούστατο όσο και δικαιολογημένο λόγο ότι η ορίζουσα της σελήνης λόγω των ανωμαλιών του εδάφους της δεν είναι ευθεία γραμμή. ( ορίζουσα στη σεληνογραφία είναι η γραμμή που φαίνεται ότι χωρίζει το φωτεινό από το σκοτεινό ημισφαίριο της σελήνης ). Έπειτα, αφού συνέκρινε την καμπυλότητα της σκιάς της γής κατά τις σεληνιακές εκλείψεις η οποία προβάλλεται στην σεληνιακή επιφάνεια με αυτή του χείλους της Σελήνης, βρήκε ότι η διάμετρος της σελήνης είναι τα 3/8 της γής αντί του σωστού 3/11. Άρα έβγαλε το συμπέρασμα ότι η διάμετρος του ηλίου είναι 7 φορές πιό μεγάλη της γής εάν ελάμβανε υπ' όψη ότι η φαινομένη διάμετρος του ηλίου είναι ίση με την φαινομένη διάμετρο της σελήνης. Και επειδή λογικά σκεπτόμενος διαπίστωσε ότι θα ήταν παράλογο ο μεγαλύτερος από τη γή ήλιος να περιστρέφεται γύρω από τον ακίνητο πλανήτη μας, εισηγήθηκε την ιδέα του Ηλιοκεντρικού συστήματος.

Έναν αιώνα αργότερα, ο Ίππαρχος αφού βελτίωσε την μέθοδο του Αριστάρχου, βρήκε την απόσταση γής-σελήνης ίση με 59 γήινες ακτίνες, τιμή πολύ κοντά στη σωστή, αλλά όσον αφορά τον ήλιο παραδέχθηκε τον αριθμό του Αριστάρχου δηλ. 1200 γήινες ακτίνες, αριθμός που αποδέχθηκε και ο Πτολεμαίος και ο οποίος παρέμεινε αναλλοίωτος για 1200 έτη.

Γεωκεντρική παράλλαξη του ηλίου. Παράλλαξη (π) στην αστρονομία ονομάζεται η γωνία από την οποία φαίνεται από ένα άλλο ουράνιο σώμα η ακτίνα της γής, και με αυτήν βάσει τριγωνομετρικής μεθόδου εξάγεται τελικά η απόσταση του σώματος αυτού από τη γή. Όπως παρατηρούμε στο σχήμα (σελ.4), διακρίνουμε την γεωκεντρική και την ηλιακή παράλλαξη. Από την τριγωνομετρία είναι γνωστό ότι σε ένα ορθογώνιο τρίγωνο εάν είναι γνωστή η μια κάθετη πλευρά και η απέναντι αυτής γωνία, τότε υπολογίζεται το μήκος της άλλης καθέτου πλευράς.

Για την εύρεση των αποστάσεων των κοντυνωτέρων αστέρων χρησιμοποιείται η ηλιακή παράλλαξη όπου με την μέτρηση της γωνίας -π- γνωστής ούσης και της πλευράς του ορθογωνίου τριγώνου Γ1Η η οποία παριστάνει την απόσταση γής-ηλίου ευρίσκεται το μήκος της άλλης πλευράς η οποία αντιπροσωπεύει

την απόσταση του αστέρος. Η γωνία π  υπολογίζεται από την ετήσια μετατόπιση του αστέρος μεταξύ των ακινήτων μακρυνοτέρων που καλούνται αστέρες πεδίου. Στην περίπτωση της γεωκεντρικής παραλλάξεως για δύο αντίθετα σημεία στη γή Α και Β ο ήλιος θα προβληθεί στα σημεία Η1 και Η2. Για τον προσδιορισμό όμως της παραλλάξεως του ηλίου γεννάται δυσκολία επειδή δεν είναι δυνατόν να φανούν κοντά του αστέρες πεδίου λόγω του εκτυφλωτικού φωτός του. Ευτυχώς όμως οι πλανήτες Αφροδίτη και Άρης πλησιάζουν αρκετά κοντά τη γή όπως και οι προσεγγίσεις του αστεροειδούς Έρωτος από όπου είναι δυνατόν να διέλθει σε απόσταση 26 εκατ. χιλ. από τη γή.  Σε συνδυασμό με το γεγονός ότι ο Έρωτας δεν παρουσιάζει δίσκο, αποτελεί ένα ιδανικό φυσικό σημείο για την εύρεση της αποστάσεως γής-ηλίου.

Η μέση παράλλαξη του ηλίου ανέρχεται σε 8",79 που μεταφράζεται σε μέση απόσταση 149.675.000 χιλιομέτρων.

Διαστάσεις, μάζα και πυκνότης του ηλίου. Η μέση φαινομένη διάμετρος του ηλιακού δίσκου ανέρχεται σε 31',59",3 ή σε 1919",3.  Στην απόσταση του ηλίου τόξο ''' έχει μήκος 725,65 χιλιομέτρων το οποίο εάν το πολλαπλασιάσουμε με την φαινομένη του διάμετρο (1919",3) μάς δίνει την πραγματική του διάμετρο η οποία ισούται με 1.393.000 χιλιόμετρα. Με έναν εμπειρικό τρόπο άς γνωρίζουμε ότι άν τοποθετήσουμε πρό του ηλίου έναν δίσκο με διάμετρο 1 εκατοστού, αυτός θα τον αποκρύψει όταν τον προβάλλουμε σε απόσταση 107,5 εκατοστών από τα μάτια μας. Κατά συνέπεια η διάμετρος του ηλίου είναι το 1/107,5 της αποστάσεως γής-ηλίου δηλαδή 109,3 φορές της διαμέτρου της γής, ο δε όγκος του είναι 1.306.000 φορές μεγαλύτερος του όγκου του πλανήτη μας. Η ιδέα του μεγέθους της ηλιακής σφαίρας σε σχέση με των πλανητών του ηλιακού συστήματος και της γής γίνεται κατανοητή από το σχήμα της επομένης σελίδας .

Εάν δεν υπήρχε η έλξη του ηλίου, η γή θα έφευγε στο διάστημα κατά την εφαπτομένη της τροχιάς με την ταχύτητα των 29,5 χιλ/δευτερόλεπτο, όμως η ηλιακή έλξη την αναγκάζει να παρεκλίνει από αυτήν την εφαπτομένη και να πέφτει προς τον ήλιο κατά 3 χιλιοστά/δευτερόλεπτο. Η ποσότητα αυτή που αντιπροσωπεύει την έλξη του ηλίου είναι για την απόσταση της γής 1680 φορές μικρότερη


από την βαρύτητά της γής στην επιφάνειά της (δηλ. στην απόσταση 1 γήινης ακτίνας).  Επειδή όμως η απόσταση του ηλίου ισοδυναμεί με 23500 γήινες ακτίνες, συνεπάγεται ότι η μάζα του είναι 23500 εις το τετράγωνο διαιρούμενη διά 1680, δηλαδή 333.000 φορές πιό μεγάλη από την μάζα της γής μας . Εξ' άλλου η πυκνότητα του ηλίου (μάζα/όγκος δια του κύβου της ακτίνος του) ισοδυναμεί στο 1,4  αυτής του ύδατος. Εάν δε διαιρέσουμε την μάζα δια του τετραγώνου της ακτίνας του , ευρίσκουμε ότι η ένταση της βαρύτητας στην επιφάνειά του είναι περίπου 28 φορές πιό μεγάλη από αυτήν της γής.

Όμως ο ήλιος μας παρά το τεράστιο μέγεθός του δεν παύει να είναι ένας αστέρας μετρίων διαστάσεων συγκρινόμενος με τις διαστάσεις άλλων αστέρων όπως δείχνουμε στο σχήμα. Όλοι οι αστέρες όπως θα εξετάσουμε πιό κάτω ταξινομούνται σε σχέση με τον φασματικό τύπο και το απόλυτο μέγεθός των σε αστέρες κανονικών διαστάσεων (νάνους) οι οποίοι έχουν διαμέτρους μεγαλύτερες ή μικρότερες από τον ήλιο κατά 1 έως 50 φορές , σε αστέρες με πολύ μικρές διαμέτρους που συγκρίνονται με μεγέθη πλανητών, και σε αστέρες τεραστίων διαστάσεων (υπογίγαντες, γίγαντες, υπεργίγαντες) με διαμέτρους από 30 έως και 700 φορές την διάμετρο του ηλίου μας ! Γιά παράδειγμα ο Αντάρης είναι κατά 740 φορές πιό μεγάλος, ο Αρκτούρος 26 φορές, η Αίγα 15 φορές κλπ. Τυπικά αναφέρουμε τον αστέρα β Πηγάσου του οποίου η διάμετρος είναι 109 φορές μεγαλύτερη της ηλιακής, ένα αναλογικό νούμερο με το οποίο εκφράζεται το μέγεθος της γήινης διαμέτρου σε σχέση με αυτό της διαμέτρου του ηλίου. (σχήμα).

Περιστροφή του ηλίου περί άξονα και κλίση αυτού. Όπως οι πλανήτες, έτσι και ο ήλιος όπως και όλοι οι αστέρες περιστρέφεται γύρω από τον άξονά του γεγονός που πιστοποιείται από την βαθμιαία μετατόπιση των κηλίδων στον ηλιακό δίσκο με την πάροδο των ημερών όπως και με το φαινόμενο Doppler (1).  Ο χρόνος περιστροφής του ηλίου γύρω από τον άξονά του διαφέρει σε σχέση με το γεωγραφικό πλάτος, φαινόμενο το οποίο οφείλεται στο ότι η ηλιακή σφαίρα δεν είναι συμπαγής αλλά αεριώδης όπως συμβαίνει και με τον Δία ή τον Κρόνο, είναι μικρότερος στον ισημερινό και μεγαλώνει στους πόλους.  Ο επόμενος πίνακας μας δίδει μια εικόνα του διαφορικού χρόνου περιστροφής περί άξονα του ηλίου:

 πλάτος σε  περίοδος περιστροφής του ηλίου

 μοίρες  δια των κηλίδων δια του φάσματος

 0 25,14 ημέρες 24,64 ημέρες

 15 25,50  25,41

 30 26,53  26,45

 45 28,54

 60 30,99

 75 33,07 

 80 35,30 


(1) Η μέθοδος Doppler στηρίζεται στο ότι από το λαμβανόμενο φάσμα του ηλίου σε δύο αντίθετες περιοχές του χείλους του ηλιακού δίσκου, παρατηρείται μετατόπιση των φασματικών γραμμών τόσο στην ιώδη όσο και στην ερυθρά περιοχή. Από αυτές τις μετατοπίσεις είναι δυνατόν να εξαχθούν ακριβώς οι χρόνοι περιστροφής του ηλίου. Η ιώδης μετατόπιση φανερώνει την συμπλησίαση της φωτεινής περιοχής προς τον παρατηρητή, ενώ η ερυθρά την απομάκρυνσή της.


 

Όπως διακρίνουμε στο σχήμα ο άξονας περιστροφής του ηλίου δεν είναι κάθετος στην εκλειπτική γεγονός που πιστοποιείται από την κλίση περιστροφής των ηλιακών κηλίδων.

Στις αρχές του Μαρτίου κάθε χρόνου ο βόρειος ηλιακός πόλος είναι μακρύτερα ενώ μετά από 6 μήνες, τον Σεπτέμβριο κλίνει προς τον παρατηρητή . Τους μήνες Ιούλιο και Δεκέμβριο το επίπεδο της τροχιάς της γής συμπίπτει με τον ήλιο και οι κηλίδες φαίνεται ότι μετατοπίζονται ευθύγραμμα. Βάσει αυτών των παρατηρήσεων συμπεραίνουμε ότι η κλίση του άξονος περιστροφής του ηλίου έχει κλίση 7 1/4 ο ως προς το οριζόντιο επίπεδο.

Η λαμπρότητα του ηλίου. Ο ήλιος είναι το φωτεινότερο ουράνιο σώμα. Πολύ πρίν την ανατολή ή μετά από τη δύση του οι αστέρες σταματούν να φαίνονται, ενώ μόνον η σελήνη και ωρισμένες εποχές η Αφροδίτη διακρίνονται την ημέρα. Όμως ο λαμπρότατός μας ήλιος εάν μετατοπιζόταν μακρυά από το πλανητικό σύστημα και από τη γή αυτόματα θα έχανε την σπουδαιότητά του , λ.χ εάν τον τοποθετούσαμε στην απόσταση του κοντυνωτέρου αστέρος, του α του Κενταύρου σε απόσταση 4 ετών και 3 μηνών φωτός θα ήταν ο τρίτος κατά σειρά λαμπρότητος αστέρας του ουρανού, ενώ στην απόσταση των 50 ετών φωτός θα ήταν αόρατος με γυμνό οφθαλμό , όταν οι λαμπροί αστέρες του στερεώματος ευρίσκονται σε εκατονταπλάσιες αποστάσεις !
Το φαινόμενο αστρικό μέγεθος m (*) του ηλίου είναι - 26,7 πράγμα που σημαίνει ότι είναι κατά 120 δισεκατομμύρια φορές πιο λαμπρός από έναν αστέρα 1ου μεγέθους. Όμως το απόλυτο μέγεθος Μ (**) του ηλίου είναι μικρό ίσο με + 4,85 , πράγμα που σημαίνει ότι άν μετατίθετο ο ήλιος σε απόσταση 50 ετών φωτός, δεν θα φαινόταν στον γυμνό οφθαλμό. Με μια στατιστική ο ήλιος είναι κατά 10.000 φορές λαμπρότερος του μέσου όρου

(*) Πρώτος ο αρχαίος Έλληνας αστρονόμος Ίππαρχος (120 π.Χ) ταξινόμησε τους αστέρες ανάλογα με την λαμπρότητα που παρουσιάζουν σε μεγέθη 1ον, 2, 3, 4, 5 και 6ον. Αργότερα ο Pogson (1856) διαπίστωσε μια μαθηματική σχέση κατά την οποία ένας αστέρας 1ου μεγέθους είναι κατά 2,512 φορές αμυδρότερος από έναν άλλο αστέρα του αμέσως αριθμητικά κατωτέρου σε ακέραιο αριθμό μεγέθους. Έτσι ένας αστέρας 5ου μεγέθους, που μόλις φαίνεται στον γυμνό οφθαλμό μια καθαρή νύκτα, είναι κατά 100 περίπου φορές αμυδρότερος ενός αστέρος 1ου μεγέθους. Οι λαμπρότεροι από το 1ο μέγεθος αστέρες κατατάσσονται σε μηδενιικά και αρνητικά μεγέθη με αρνητικό πρόσημο (-) όπως για παράδειγμα ο Σείριος (-1,4), η Αφροδίτη (-4,4) και η Σελήνη (-12,6). Το φαινόμενο μέγεθος (m) εξαρτάται ευθέως από την απόσταση του ουρανίου σώματος από τη γή και κατά δεύτερο λόγο από τις πραγματικές του διαστάσεις, διαχωρίζεται δε σε οπτικό και φωτογραφικό μέγεθος.
(**) Tο απόλυτο μέγεθος (Μ) ενός αστέρος εκφράζει τις πραγματικές του διαστάσεις. Για να εκτιμήσουμε το απόλυτο μέγεθος των αστέρων υποθέτουμε ότι τους τοποθετούμε στην σταθερή απόσταση των 32,6 ετών φωτός από τη γή και κατ' αυτόν τον τρόπο ο ήλιος μας θα διακρινόταν αμυδρός. Το απόλυτο μέγεθος ενός αστέρος εξαρτάται από το φαινόμενό του μέγεθος και από τον λογάριθμο της αποστάσεώς του (r) ή από τη σχέση: Μ = m+5-5 log r.
όλων των γειτονικών αστέρων και 30 φορές αμυδρότερος του μέσου όρου των ορατών με γυμνό οφθαλμό αστέρων που σημαίνει ότι είναι κάπως λαμπρότερος από τον μέσο όρο του συνόλου των αστέρων.

Ένταση της ακτινοβολίας-ηλιακή σταθερά.
Όμως το φώς στή φύση δέν είναι μία αντικειμενική οντότητα, αλλά ένα αίσθημα που παράγεται όταν ακτίνες μιάς ωρισμένης περιοχής του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος ερεθίσουν τίς κόρες τών οφθαλμών μας. Είναι γνωστό ότι όλες οι ακτινοβολίες παράγουν θερμότητα η οποία άν μετρηθεί είναι δυνατόν να υπολογισθεί το ποσόν της ενέργειας του φωτός που δεχόμεθα από τον ήλιο. Η ποσότητα αυτή η οποία λαμβάνεται σε ένα λεπτό στην μέση απόσταση γής-ηλίου σε μία επιφάνεια κάθετη πρός τις ηλιακές ακτίνες έξω από την ατμόσφαιρα της γής και με υποθετικό εμβαδό 1 τετραγωνικού εκατοστού λέγεται ηλιακή σταθερά. Η ηλιακή σταθερά ισοδυναμεί με 1,938 θερμίδες κατά λεπτό και κατά τετραγωνικό εκατοστό ή κατά 1,35 kw ανά λεπτό και τετραγωνικό μέτρο της επιφανείας της γής κάθετης στίς ηλιακές ακτίνες. Άν αγνοήσουμε το ποσοστό εκείνο που διαφεύγει , τότε ανά τετρ.χιλιόμετρο η ηλιακή ενέργεια ανέρχεται σε 187.000 kw ή 250.000 ίππους ανά λεπτό.
Το ποσοστό της ηλιακής σταθεράς δεν παραμένει το ίδιο, αλλά υφίσταται μεταβολές που έχουν άμεση σχέση με τον 11ετή κύκλο τών ηλιακών κηλίδων. Σε εποχές που ο ηλιακός δίσκος καλύπτεται σε μεγάλο μέρος από κηλίδες, η ηλιακή σταθερά υφίσταται διακυμάνσεις της τάξεως του 1% και κάποιες στό παρελθόν μεταβολές της ίσως να άλλαξαν το κλίμα της γής. Πάντως η ηλιακή σταθερά δεν υπέστη καμμία ουσιαστική μόνιμη μεταβολή κατά την πάροδο των αιώνων.
Εφ' όσον γνωρίζουμε το ποσόν της ηλιακής σταθεράς στην απόσταση της γής, είναι εύκολο να υπολογισθεί το ποσοστό της στην επιφάνεια του ηλίου η οποία είναι κατά 46.380 φορές μεγαλύτερη της γής ή 90.000 θερμίδες ανά δεύτερο λεπτό και τετρ. εκατοστό.

Ορισμός του μελανού σώματος.

Εάν θερμάνουμε ένα σώμα από μία θερμοκρασία και πάνω, τότε όπως πυρώνεται θά αρχίσει να εκπέμπει στην αρχή κόκκινο φώς στη συνέχεια πορτοκαλί, κίτρινο, λευκό και τέλος μπλέ εφ' όσον η θερμοκρασία συνεχίζει να ανεβαίνει. Όσο το σώμα είναι μαύρο και ψυχρό, τόσο μεγαλύτερη παροχή θερμότητος και ενέργειας χρειάζεται. Το απολύτως μαύρο σώμα θα έχει την μεγαλύτερη ικανότητα εκπομπής και απορροφήσεως ενεργείας και θα συμπεριφέρεται πρός μελέτη πιό απλά από τα άλλα σώματα. Απολύτως μελανό σώμα στην φύση δέν υπάρχει και ως εκ τούτου δημιουργούνται εργαστηριακά πρότυπα με τα οποία ο Planck βρήκε την κατάλληλη μαθηματική σχέση βάσει της οποίας το ποσόν της ακτινοβολουμένης ενεργείας στις διάφορες απόλυτες θερμοκρασίες μελανού σώματος είναι ανάλογο της τετάρτης δυνάμεως της θερμοκρασίας. (νόμος του Stephan). Γιά τόν ήλιο εφ' όσον γνωρίζουμε ότι ακτινοβολεί ενέργεια ανά cm2 και ανά δευτερόλεπτο ίση με 90.000 θερμίδες ο νόμος του Planck μάς δίνει επιφανειακή θερμοκρασία 6000 βαθμούς Κelvin, Να αναφέρουμε εδώ ότι η κλίμακα μετρήσεως θερμοκρασιών Kelvin έχει σαν σημείο αφετηρίας το απόλυτο μηδέν το οποίο είναι το μέγιστο οριακό σημείο θερμοκρασίας πού είναι δυνατόν να ψυχθεί ένα σώμα. Στην κλίμακα Κελσίου ισοδυναμεί το απόλυτο μηδέν με -273,16 βαθμούς .

Ηλιακό φάσμα.

Ι) Γενικά. Ο πρώτος πού απέδειξε ότι το ηλιακό φώς αναλύεται σε 7 βασικά χρώματα είναι ο Άγγλος φυσικός ser Isaak Newton τον 17ον αιώνα. Με την παρεμβολή σε μία δέσμη ακτίνων ηλιακού φωτός ενός υαλίνου πρίσματος το φώς εκτρέπεται σε ακτινοβολίες διαφορετικών μηκών κύματος σχηματίζοντας το ορατό φάσμα που αποτελείται από τα λεγόμενα χρώματα της ίριδος δηλ. το κόκκινο, το πορτοκαλί, το κίτρινο , το πράσινο, το μπλέ, το βιολετί και το ιώδες. Δύο αιώνες μετά το έτος 1802 ο Wallaston πήρε φάσμα ηλιακού φωτός που προερχόταν από μία στενή οπή με αποτέλεσμα να διαπιστώσει ότι αυτό δέν είναι συνεχές, αλλά παρενεβάλλοντο διάφορες σκοτεινές γραμμές 7 τον αριθμό χωρίς όμως να εννοήσει τι πραγματικά είναι αυτές οι γραμμές.
Το έτος 1814 ο Γερμανός φυσικός Fraunhoffer (1787-1826) είχε τήν ιδέα να προσθέσει μεταξύ της λεπτής οπής και τού πρίσματος ένα απλό τηλεσκόπιο. Αυτή η διάταξη αποτέλεσε και το πρώτο φασματοσκόπιο αυτό το τόσο σημαντικό όργανο αμέσως μετά το τηλεσκόπιο το οποίο άνοιξε νέους μεγάλους δρόμους στήν κατανόηση της φυσικής καταστάσεως τού ηλίου και τών αστέρων γενικώτερα. Όπως ήταν φυσικό η μεγέθυνση επιτρέπει την χρήση πολύ στενώτερης σχισμής εισόδου των ηλιακών ακτίνων με αποτέλεσμα ο Fraunhoffer να διακρίνει έναν μεγάλο αριθμό σκοτεινών γραμμών, γύρω στίς 574 από τίς οποίες ονόμασε τις 8 κυριώτερες με τα 8 πρώτα γράμματα του λατινικού αλφαβήτου από δεξιά πρός τα αριστερά τού ηλιακού φάσματος χωρίς όμως καί αυτός να κατανοήσει τελείως την σημασία τους . Η εξήγηση των σκοτεινών γραμμών δόθηκε το 1859 από τον G. Kirchhoff που όπως θα δούμε πιό κάτω μαρτυρούν την παρουσία ορισμένων χημικών στοιχείων τόσο στον ήλιο όσο και στούς αστέρες.

ΙΙ) Συνθήκες σχηματισμού του ηλιακού φάσματος και τών φασμάτων τών αστέρων. Είναι γνωστό ότι όλα τα υλικά σώματα στήν φύση είτε σε στερεά είτε σε υγρή είτε σε αέρια μορφή αποτελούνται από ελάχιστα τμήματα ύλης που λέγονται άτομα. Ένα άτομο αποτελείται από το κεντρικό μέρος , τον πυρήνα που έχει τυπική διάμετρο 0,1 νανόμετρα (nm) ο οποίος συγκεντρώνει την συνολική μάζα τού ατόμου και από ένα σμήνος ηλεκτρονίων τα οποία περιστρέφονται γύρω από τον πυρήνα. Τα ηλεκτρόνια ευρίσκονται σε πολύ μεγάλες αποστάσεις από τον πυρήνα του ατόμου σαν να είναι αυτό κενό στον χώρο ο δέ αριθμός των εξαρτάται από την θετική φόρτιση τού πυρήνα (ατομικός αριθμός). Κάθε στοιχείο έχει διαφορετικό ατομικό αριθμό αρχίζοντας από το 1 γιά το υδρογόνο το 2 γιά το ήλιο κ.ό.κ.
Γιά να εκπέμψει ένα άτομο ακτινοβολία πρέπει προηγουμένως να διεγερθεί. Με τον όρο διέγερση εννοούμε την κατάσταση εκείνη κατά την οποία ένα ηλεκτρόνιό του ατόμου κάτω από πολύ υψηλή θερμοκρασία (ιονισμός) αλλάζει επίπεδο τροχιάς μεταφερόμενο σε ανώτερη στάθμη γύρω από τον πυρήνα συνήθως κατόπιν συγκρούσεως με αυτόν. Αυτό έχει αποτέλεσμα την έκλυση ακτινοβολίας του συγκεκριμένου χημικού στοιχείου το οποίο διεγείρεται. Οι κύριοι τύποι τών φασμάτων ακτινοβολίας τα οποία λαμβάνουμε στα εργαστήρια κατατάσσονται σε δύο κατηγορίες:

α) Τα διάπυρα στερεά, υγρά ή αέρια κάτω από υψηλή πίεση παράγουν συνεχές φάσμα το οποίο αποτελείται από φωτεινές γραμμές.
β) Όταν σε μία φωτεινή πηγή η οποία παράγει συνεχές φάσμα παρεμβληθούν αέρια σε χαμηλότερη θερμοκρασία και πίεση, τότε το φάσμα που παράγεται αποτελείται από διάφορες σκοτεινές γραμμές ή ταινίες και λέγεται φάσμα απορροφήσεως.

Από την μελέτη του ηλιακού φάσματος και τών φασμάτων των αστέρων γενικώτερα συμπεραίνουμε ότι αυτά είναι συνεχή φάσματα στά οποία παρεμβάλλονται διάφορες ταινίες απορροφήσεως οι οποίες αντιπροσωπεύουν τα διάφορα χημικά στοιχεία που ευρίσκονται υπό μορφή αερίων στην ατμόσφαιρα τόσο του ηλίου, όσο και τών αστέρων. Αυτές οι φασματικές γραμμές είναι ακριβώς παρόμοιες με αυτές τών χημικών στοιχείων τα οποία υπάρχουν στην γή και η αναγνώρισή των στον ήλιο και τους αστέρες γίνεται με παραλληλισμό με αυτές που λαμβάνονται στα εργαστήρια.

Στό σχήμα εικονίζονται οι κυριώτερες γραμμές Fraunhoffer από το ηλιακό φάσμα οι οποίες είναι :


Γράμματα μήκος κύματος(nm) Χημικό στοιχείο
A
B
C
D1
D2
D3
E
F
G
H
K
759,37
686,72
656,28
589,59
589,00
587,56
526,96
486,13
431,42
396,85
393,37
Ατμοσφαιρικό Ο 2
"
Υδρογόνο α (Ha)
Νάτριο (Na)
"
Ήλιο (He)
Σίδηρος (Fe)
Υδρογόνο β (Hβ)
CH
Ιονισμένο ασβέστιο (CaII)
"

 

Όσο η πίεση του φωτεινού αερίου αυξάνει, τόσο οι φασματικές του γραμμές διευρύνονται και όταν ευρεθούν αυτές κοντά η μία με την άλλη, αυτές αλληλοκαλύπτονται με αποτέλεσμα να παρουσιάζεται ένα συνεχές φάσμα και αντίθετα όταν το αέριο είναι πολύ αραιό οι γραμμές λεπταίνουν. Η σπουδαιότερη γραμμή απορροφήσεως στο ηλιακό φάσμα είναι η γραμμή υδρογόνου α (Ηα) με μήκος κύματος 656,28 nm η οποία έχει κοκκινωπό χρώμα. Δημιουργείται από την μεταπήδηση των ηλεκτρονίων από την δεύτερη και τρίτη στάθμη ενεργείας του ατόμου (σειρές Balmer).

Φασματική ταξινόμηση του ηλίου.
Ο ήλιος μας όπως και όλοι οι αστέρες ανάλογα με τα φάσματά των ταξινομούνται σε 7 βασικές κατηγορίες σε σχέση με το είδος των στοιχείων των φασματικών γραμμών, την επιφανειακή θερμοκρασία και το χρώμα. Με βάση την ταξινόμηση του αστεροσκοπείου Harvard, ο ήλιος κατατάσσεται σαν αστέρας φασματικού τύπου G2 με κύριο χαρακτηριστικό το κίτρινο χρώμα του, την επιφανειακή θερμοκρασία των 5500ο Κ και την έντονη παρουσία στις φασματικές γραμμές ιονισμένου ασβεστίου (Ca II), CH και CN ενώ οι γραμμές υδρογόνου είναι ασθενείς. Συμπερασματικά, με την μελέτη του ηλιακού φάσματος είμαστε σε θέση να γνωρίζουμε μεταξύ των άλλων την επιφανειακή θερμοκρασία, την περιστροφή, ατμοσφαιρικές κινήσεις, την ποιοτική και ποσοτική σύνθεση της ηλιακής επιφάνειας , τον ιονισμό, την πίεση της ακτινοβολίας, την κίνηση του ηλίου στο διάστημα κλπ.
Τα χημικά στοιχεία τα οποία αποτελούν τη γή, τον ήλιο και τους αστέρες γενικώτερα χαρακτηρίζονται από τον διαφορετικό αριθμό των πρωτονίων που υπάρχουν στον πυρήνα του ατόμου (ατομικός αριθμός). Το πλήθος των χημικών στοιχείων ανέρχεται σε 96.

Πηγή ενεργείας τού ηλίου, ο κύκλος του πρωτονίου-πρωτονίου. Το από πού ο ήλιος και κατά επέκταση όλοι οι αστέρες αντλούν όλη αυτή την τεράστια ενέργεια υπήρξε ένα άλυτο μυστήριο μέχρι τα μέσα του 20ου αιώνος επειδή καμμία μέχρι τότε θεωρία δεν ήταν σε θέση να δώσει μια ικανοποιητική εξήγηση για το χρονικό παρόν και μέλλον του άστρου της ημέρας. Εάν ο ήλιος αποτελείτο από άνθρακα καιόμενο σε καθαρό οξυγόνο, τότε η χρονική διάρκεια αυτής της καύσεως θα διαρκούσε μόνο λίγες χιλιάδες χρόνια. Εάν η σύνθεση ήταν ένα μίγμα από υδρογόνο και οξυγόνο, τότε η παραγόμενη θερμότητα θα διαρκούσε για άλλα 600 περίπου χρόνια.
Κατά καιρούς υποστηρίχθηκε ότι η ενέργεια του ηλίου παράγεται από μια αδιάκοπη πτώση μετεωριτών πρός το κέντρο του , πράγμα που σημαίνει ότι για ένα δευτερόλεπτο απαιτούνται 2 τρισεκατομμύρια τόνοι γεγονός που θα αύξανε την φαινομένη διάμετρο και την μάζα του ηλίου πολύ γρήγορα. Το έτος 1854 ο Helmoltz διατύπωσε μια ιδιαίτερα ελκυστική θεωρία κατά την οποία η ηλιακή ενέργεια παράγεται από την συστολή των μαζών λόγω βαρύτητος. Όμως και εδώ οι υπολογισμοί δείχνουν ότι το παρελθόν του ηλίου δεν θα ήταν πιό μεγάλο από 25 εκατομ. χρόνια και το μέλλον του 10 εκατ. χρόνια
Με την σπουδή και κατανόηση του πυρήνος του ατόμου σε συνδυασμό με την θεωρία της σχετικότητος αποδείχθηκε ότι η κυριώτερη πηγή ενεργείας στον ήλιο οφείλεται στις πυρηνικές αντιδράσεις όπου το άφθονο αέριο υδρογόνο μετατρέπεται σε ήλιο είτε δια του κύκλου άνθρακος- αζώτου (CN) ή με τον κύκλο πρωτονίου-πρωτονίου (p-p) ο οποίος ανακαλύφθηκε το έτος 1938 από τους Bethe- Weizsaecker . Όταν η θερμοκρασία των αερίων στον πυρήνα του

ηλίου ανέλθει πάνω από 10 εκατομμύρια βαθμούς Κέλβιν και η πίεση στο 1 δισεκατομμύριο ατμόσφαιρες, τότε αρχίζουν διάφορες πυρηνικές αντιδράσεις "καύσεως του υδρογόνου" όπου τέσσερις πυρήνες πρωτονίου του υδρογόνου μετατρέπονται σε έναν πυρήνα ηλίου και ένα νετρόνιο. Επειδή όμως το άθροισμα της μάζας του πυρήνος του ηλίου μαζί με το νετρόνιο είναι υποδεέστερο κατά 99,3% από την μάζα των τεσσάρων πυρήνων του υδρογόνου , η διαφορά ισοδυναμεί με την έκλυση ποσού ενέργειας ακτίνων γ και ενός νετρίνο σύμφωνα με τον τύπο της θεωρίας της σχετικότητος E=m c2 Γιά να έχωμε μία εικόνα του μεγέθους της παραγόμενης ενέργειας, από ένα κυβικό μέτρο υδρογόνου μάζας 1 κιλού με αυτή την πυρηνική αντίδραση θα δημιουργηθεί ενέργεια που ισοδυναμεί με 10 εκατομμύρια τόνους τρινιτοτουόλης ! Οι πυρηνικές αντιδράσεις μετατροπής του υδρογόνου σε ήλιο δημιουργούν μία πίεση ακτινοβολίας στα εσωτερικά στρώματα του ηλίου η οποία εξισορροπεί τρόπον τινά την βαρυτική πτώση της ύλης πρός το κέντρο του ηλίου .
Τρία είναι τα στάδια κατά τα οποία δημιουργείται η παραγόμενη ενέργεια σε άνισα χρονικά διαστήματα. Το πρώτο στάδιο απαιτεί χρονικό διάστημα 7 δισεκατομμυρίων ετών, το δεύτερο μερικών δευτερολέπτων και το τρίτο 400.000 έτη. Έτσι λοιπόν, βάσει των υπολογισμών, λαμβάνοντας υπ' όψη το μέγεθος του ηλίου σε σύγκριση με άλλους αστέρες , καταναλώνωνται κάθε χρόνο 2 τετράκις εκατομμύρια τόννοι υδρογόνου, δηλαδή σε 300.00 έτη μία μάζα ίση με αυτή της γής. Υπολογίζεται ότι ο κύκλος καύσεως του υδρογόνου για τον ήλιο είναι ικανός για να διαρκέσει 9 δισεκατομμύρια έτη. Άν λάβουμε δέ υπ' όψη ότι η ηλικία του υπολογίζεται σε 4,5 δισεκ. έτη, θα συμπεράνουμε ότι ο ήλιος μας ευρίσκεται στο μέσον της ηλικίας του.
Παρελθόν, παρόν και το μέλλον του ηλίου. Από τα όσα αναφέραμε, είναι κατανοητό και εύλογο ότι ο ήλιος μας όπως και όλοι οι αστέρες που αποτελούν τον γαλαξία μας όπως και τα δισεκατομμύρια των γαλαξιών του σύμπαντος , γεννιώνται, ενηλικιώνονται, γερνάνε και κατόπιν πεθαίνουν αφού στην συνέχεια από τα απομεινάρια των υλικών των δώσουν τις προυποθέσεις για την γένεση άλλων νέων αστέρων, μια συνεχής διαδικασία ανακυκλώσεως της κοσμικής ύλης.

Η ηλικία του Σύμπαντος είναι περίπου 15 δισεκατομμύρια έτη, αλλά παρουσίαζε μεγάλη ομοιότητα με το σημερινό που είναι γεμάτο με γαλαξίες και αστέρες και από αναλογία αερίων υδρογόνου και ηλίου 1 εκατομμύριο χρόνια μετά από την Μεγάλη Έκρηξη (Βig-Βang) από την οποία και δημιουργήθηκε. Σε χρονολογικά μεταγενέστερες εποχές η θερμοκρασία του Σύμπαντος άρχισε να πέφτει, η αναλογία υδρογόνου-ηλίου έγινε 75%-25% όπως επίσης αποτελείτο και από κάποια καινούργια υλικά που προήλθαν από βίαιες αστρικές εκρήξεις. Άν μεταφερθούμε νοητά πίσω στον χρόνο και μέσα στα δισεκατομμύρια των αστρικών μονάδων που αποτελούν τον γαλαξία μας, παρατηρούμε ότι σε πολλά σημεία του η τοπική πυκνότητα της "κοσμικής σούπας" των υλικών αυξήθηκε επάνω από τον μέσο όρο με απότέλεσμα την δημιουργία συμπυκνώσεων αερίων και σκόνης.
Αυτοί οι συμπυκνωμένοι σχηματισμοί αποτελούν τα έμβρυα τρόπον τινά των αστέρων και μοιάζουν σαν "κουκούλια" όταν παρατηρούνται από τους αστρονόμους. Συχνά αποκαλούνται με τον όρο "σφαιρίδια" (globules) και έχουν έκταση δεκάδων έως και εκατοντάδων ετών φωτός. Πρίν από 4,5 δισεκατομμύρια έτη ένα από αυτά τα σφαιρίδια από όπου έμελλε να προέλθει ο ήλιος και το ηλιακό σύστημα άρχισε να μεγαλώνει προσελκύωντας γύρω του γειτονική κοσμική ύλη. Κάθε άτομο υδρογόνου και ηλίου άρχισε να "πέφτει" διαγράφοντας σπειροειδείς τροχιές πρός το κέντρο του σφαιριδίου και με την αύξηση της πυκνότητος των τριβών λόγω της σταδιακής συστολής των υλικών άρχισε σταδιακά να αυξάνει η θερμοκρασία από τις συγκρούσεις μεταξύ των ατόμων του αερίου. Η συστολή αυτή δημιούργησε ένα είδος "πρωτοαστέρος" ο οποίος αρχίζει σιγά-σιγά να ακτινοβολεί και να θερμαίνεται.
Από τα εξωτερικά στρώματα του γενεσιουργού νέφους που απέμειναν άρχισαν κατόπιν μεμονωμένων περιστροφών να δημιουργούνται οι μεγάλοι πλανήτες με τη γή μας, οι δορυφόροι, οι αστεροειδείς και οι κομήτες. Ο μεγαλύτερος πλανήτης, ο Ζεύς εάν είχε μεγαλύτερη μάζα θα ήταν δυνατόν να είχε αναλάμψει σαν τον ήλιο. Με αυτόν τον τρόπο λοιπόν είχε δημιουργηθεί τόσο ο βρεφικός ήλιος, όσο και το ηλιακό μας σύστημα, γεγονός που επιβεβαιώνεται από τις παρατηρήσεις πολλών περιπτώσεων αστρικών σφαιριδίων τα οποία γεννώνται και συμπυκνώνονται από μεσοαστρικά αέρια που πληρούν τις προυποθέσεις σε διάφορες περιοχές του γαλαξία μας. Ο κόσμος μας , εμείς και όλα τα έμβια όντα αποτελείται από τα στοιχεία εκείνα του μεσοαστρικού νέφους τα οποία με τη σειρά τους προήλθαν από εκρήξεις και από διάλυση άλλων γηρασμένων αστέρων και πλανητικών συστημάτων, προιόντων των ολοσχερών πυρηνικών αντιδράσεων μεταστοιχειώσεως των χημικών στοιχείων !
Με την κατακόρυφη αύξηση της θερμοκρασίας του πρωτοηλίου από την συστολή , η θερμοκρασία στο κέντρο του ανέβηκε στους 15.000.000 Κ. Αυτό είχε σαν αποτέλεσμα την αρχή των πυρηνικών αντιδράσεων μετατροπής του υδρογόνου σε ήλιο βάσει του κύκλου πρωτονίου-πρωτονίου.
Αυτή η χρονική περίοδος σταθερότητος της καύσεως του υδρογόνου συνολικά διαρκεί γύρω στα 9 δισεκ. Έτη και ο ήλιος γίνεται ένας αστέρας ο οποίος

Σχηματική παράσταση της δημιουργίας και εξελίξεως του ηλίου.
ονομάζεται αστέρας "Κυρίας Ακολουθίας"*. Επειδή η ηλικία του ηλίου υπολογίζεται στα 4,5 δισεκατομμύρια έτη είναι ένας αστέρας μέσης ηλικίας.



* Ο όρος Κύρια Ακολουθία (Main sequence) μας υποδηλώνει την πολυπληθέστερη ταξινόμηση των αστέρων του ουρανού με μορφή λεπτής καμπύλης γραμμής σε ένα διάγραμμα που ονομάζεται διάγραμμα Hertzbroung-Russel από τους αστρονόμους που το εισήγαγαν. Με κριτήρια αφ' ενός τα απόλυτα μεγέθη (Μ) των αστέρων και αφ' ετέρου τους φασματικούς των τύπους όπως παρατηρούμε στο σχήμα, οι αστέρες ταξινομούνται σε oρισμένες περιοχές οι οποίες υποδηλώνουν μεταξύ των άλλων και την ηλικία των. Επειδή η γραμμή της Κυρίας Ακολουθίας έχει τον μεγαλύτερο πληθυσμό, συμπεραίνουμε ότι εκεί ευρίσκονται όλοι οι αστέρες όλων των φασματικών τύπων όταν αυτοί στο μεγαλύτερο διάστημα της ζωής των λάμπουν μετατρέποντας το υδρογόνο σε ήλιο. Αριστερά και πρός τα επάνω της κυρίας ακολουθίας όπως παρατηρούμε στο σχήμα ευρίσκονται οι κατηγορίες των αστέρων με μεγάλες διαμέτρους που είναι οι γίγαντες και οι υπεργίγαντες, αστέρες οι οποίοι εξαντλώντας το υδρογόνο στην Κύρια Ακολουθία στην συνέχειαμετατοπίσθηκαν πρός τα άνω και αριστερά του διαγράμματος. Τέλος, κάτω και πρός τα δεξιά υποδηλώνεται η γραμμή των λευκών νάνων αστέρων που έχουν μικρά απόλυτα μεγέθη και συνεπώς πολύ μικρές διαστάσεις. Σε αυτό το σημείο του διαγράμματος είναι η κατάληξη αστέρων που έχουν μάζες ίσες ή μικρότερες του ηλίου.

 



Όταν όμως με την πάροδο του χρόνου τελειώσει το υδρογόνο που υπάρχει στον ηλιακό πυρήνα, αυτό θα έχει αρχικά σαν αποτέλεσμα την πτώση της θερμοκρασίας και της πιέσεως. Τότε υπερισχύει η δύναμη της βαρύτητος και αρχίζουν να συμπιέζονται τα ανώτερα στρώματα πρός το εσωτερικό του ηλίου με αποτέλεσμα την αύξηση της θερμοκρασίας στο κέντρο του στους 100.000.000 οΚ. Από αυτό το σημείο και μετά αρχίζει η μεταστοιχείωση του αερίου ηλίου όπου αυτό μετατρέπεται σε άνθρακα με μεγαλύτερη έκλυση ενεργείας από αυτήν της μετατροπής του υδρογόνου. Ταυτόχρονα το υδρογόνο που υπάρχει στα ανώτερα στρώματα συνεχίζει να μεταστοιχειώνεται με γρήγορους ρυθμούς λόγω της ανόδου των θερμοκρασιών και αυτό θα έχει σαν αποτέλεσμα την διόγκωση του ηλίου και την μετατροπή του σε ερυθρό γίγαντα επειδή η πίεση της ακτινοβολίας υπερβαίνει την πίεση βαρύτητος. Θά κατέβει η επιφανειακή θερμοκρασία, αλλά λόγω αυξήσεως του όγκου του ηλίου, θα αυξηθεί η φωτεινότητα και το απόλυτο μέγεθός του. Με μια τέτοια διόγκωση η διάμετρος του ηλίου θα ξεπεράσει την τροχιά της γής και ο πλανήτης μας θα σταματήσει να υπάρχει πλέον.
Η διόγκωση θα έχει σαν αποτέλεσμα να τερματισθούν τα αποθέματα του αερίου ηλίου και από τότε και στο εξής αρχίζει η δεύτερη περίοδος συστολής του αστέρος όπου ο ήλιος μικραίνει και ψύχεται. Ο πυρήνας θα αποτελείται από άνθρακα και στα εξωτερικά του στρώματα εξακολουθεί να μεταστοιχειώνεται το ήλιο σε ένα στρώμα και το υδρογόνο σε άλλο και ο ήλιος δύσκολα θα ισορροπήσει από θερμοδυναμικής απόψεως και από αυτήν την αστάθεια ίσως περάσει από το στάδιο του μεταβλητού αστέρος όπου η επιφάνειά του θα πάλλεται σταδιακά όπως οι μεταβλητοί αστέρες. Μάλιστα εάν μεσολαβήσει μια μεγάλη διακύμανση στην αστάθεια δεν αποκλείεται να εκτιναχθούν τα εξωτερικά στρώματά του στο διάστημα με μορφή πλανητικού νεφελώματος. Στο τελευταίο στάδιο της ζωής του ο ήλιος θα εξακολουθήσει να συρρικνώνεται μέχρις ότου απομείνει σε αυτόν ένας πυκνός πυρήνας που θα περιβάλλεται από εκφυλισμένο αέριο ηλεκτρονίων, ένας λευκός νάνος με διαστάσεις όμοιες με αυτές της γής.

Δομή της ηλιακής σφαίρας.


ΑΝΑΤΟΜΙΑ ΤΟΥ ΗΛΙΟΥ.
1. Πυρήνας
2. Ζώνη μεταφοράς
3. Ζώνη συγκεντρώσεως
4. Φωτόσφαιρα
5. Ηλιακή κηλίδα
6. Χρωμόσφαιρα
7. Έκλαμψις
8. Ηλιακοί πυρσοί
9. Προεξοχές
10. Στέμμα
11. Ηλιακός άνεμος


Εξετάζοντας τον ήλιο από τον μηχανισμό με τον οποίο αναλάμπει στο διάστημα όπως και το ιστορικό όπως και το μέλλον του , είμαστε σε θέση αυτά τα δεδομένα να τα γενικεύσουμε με κάποιες διαφορές και σε όλους τους αστέρες του σύμπαντος. Ο ήλιος είναι ο κοντυνώτερος αστέρας στη γή και σπουδάζοντάς τον , σχηματίζουμε μια ιδέα για την μορφή και τους μηχανισμούς των άλλων αστέρων του στερεώματος. Όπως παρατηρούμε στο επόμενο σχήμα, το εσωτερικό μοντέλο του ηλίου αποτελείται από τα εξής τμήματα :

1) Πυρήνας.
Ο πυρήνας είναι η κεντρική θεωρητική περιοχή του ηλίου όπου λαμβάνουν χώρα οι θερμοπυρηνικές αντιδράσεις μεταστοιχειώσεως του υδρογόνου σε ήλιο με τον κύκλο πρωτονίου-πρωτονίου. (βλέπε σχήμα).

2) Ζώνη μεταφοράς ή ζώνη ακτινοβολίας.
Περιβάλλει τον ηλιακό πυρήνα και είναι το μέρος όπου σχηματίζεται η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία από τις θερμοπυρηνικές αντιδράσεις του πυρήνα. Τα υψηλής ενέργειας φωτόνια που παράγονται στον πυρήνα του ηλίου συγκρούονται με ηλεκτρόνια και ιόντα στη ζώνη μεταφοράς ούτως ώστε η ακτινοβολία να μετατρέπεται σε φώς και θερμότητα. (βλέπε σχήμα).

3) Ζώνη συγκεντρώσεως.
Είναι η περιοχή του κύριου μηχανισμού με τον οποίο η ενέργεια μεταφέρεται πρός το εξωτερικό του ηλίου με τρόπο ώστε να υπάρχει ευστάθεια στην αύξηση της θερμοκρασίας μεταξύ του πυρήνα και της επιφανείας της ηλιακής σφαίρας. Τα παραγόμενα αέρια μεταφέρονται στα ανώτερα στρώματα απελευθερώνοντας ενέργεια στην επιφάνεια του ηλίου με κυκλικές ανοκαθοδικές κινήσεις. Σε αυτήν την ζώνη η θερμοκρασία του αερίου αυξομειώνεται. Η ζώνη συγκεντρώσεως εκτείνεται μέχρι την φωτόσφαιρα με έκταση περίπου το 1/5 της ηλιακής ακτίνος. (βλέπε σχήμα).

4) Φωτόσφαιρα.
Η φωτόσφαιρα είναι το ορατό μέρος της ατμόσφαιρας του ηλίου . Με πάχος περίπου 500 χιλ. είναι μία ζώνη όπου η πίεση των αερίων είναι μικρότερη του εκατοστού της γήινης ατμόσφαιρας. Όμως είναι αδιαφανής, ώστε οι διάφορες λεπτομέρειές της να παρουσιάζονται με σαφήνεια. Η θερμοκρασία της φωτόσφαιρας είναι περίπου 6000ο Κ αλλά στην κορυφή της μειώνεται στούς 4000ο Κ, λόγω δε της μεγάλης θερμοκρασίας και των υψηλών πιέσεων, τα περισσότερα χημικά στοιχεία εκτός από το υδρογόνο είναι ιονισμένα. Στην φωτόσφαιρα παρατηρούνται οι κηλίδες, και η κοκκίαση.
α) Ηλιακές κηλίδες. Είναι το πιό έκδηλο χαρακτηριστικό που παρατηρείται στον ήλιο με την χρήση οπτικού οργάνου ακόμα και με γυμνό οφθαλμό. Παρουσιάζονται κατ' ομάδες σαν μαύρες κυκλικές περιοχές της φωτόσφαιρας οι οποίες με την πάροδο των ημερών μετακινούνται στον ηλιακό δίσκο, εμφανίζονται και εξαφανίζονται με μέγιστα και ελάχιστα ποσοστά καλύψεως του ηλίου.
Ιστορικά η πρώτη αναφορά για παρατήρηση ηλιακών κηλίδων ανάγεται από το έτος 28 π.Χ στα Κινέζικα χρονικά όπου αυτές περιγράφονται σαν "σμήνη μαύρων πτηνών" κατά την στιγμή της επαφής του ηλίου στον δυτικό ορίζοντα όταν ελαττώνεται η μεγάλη του λαμπρότητα. Με την χρησιμοποίηση του τηλεσκοπίου από τον Γαλιλαίο το 1611 η κηλίδες γίνονται έκδηλες στον Ιταλό αστρονόμο, με αποτέλεσμα να ανάψει η διαμάχη του με τους ιερωμένους της ιεράς εξετάσεως οι οποίοι θεωρούσαν ότι ο Γαλιλαίος με τις θεωρίες του λέρωνε τον άσπιλο και αμόλυντο ήλιο του Αριστοτέλη. Πάντως ο Γαλιλαίος πίστευε ότι οι κηλίδες ήταν βουνά που προεξείχαν στον ήλιο.
Η ηλιακή κηλίδα είναι μια περιοχή όπου η θερμοκρασία είναι χαμηλότερη από αυτήν που παρατηρείται στην ατμόσφαιρα του ηλίου και οφείλεται στην συγκέντρωση ισχυρών μαγνητικών πεδίων γύρω από αυτή. Τό μέγεθος των κηλίδων ποικίλλει από τις πιό μικρές που φαίνεται μόνο με τηλεσκόπιο μέχρι τις μεγαλύτερες που είναι άνετα ορατές με γυμνό οφθαλμό με διαμέτρους ακόμα και 100,000 χιλιομέτρων.
Η τυπική μορφή μιάς κηλίδος είναι ένας κεντρικός σκοτεινός πυρήνας που λέγεται σκιά με θερμοκρασία 3700ο Κ η οποία περιβάλλεται από φωτεινότερη περιοχή, την παρασκιά που απαρτίζεται από σκοτεινές υφάνσεις, τα λεγόμενα νημάτια. Είναι δυνατόν πολλοί πυρήνες να εφάπτονται μεταξύ των και να περιβάλλονται από μία παρασκιά. Στα μεγάλα σμήνη των κηλίδων το 1/7 του εμβαδού των αποτελούν οι σκιές. Στην πραγματικότητα οι κηλίδες δεν είναι τόσο σκοτεινές όσο φαίνονται, αρκεί να σκεφθούμε ότι ο φωτισμός μιας και μόνο κηλίδας ισοδυναμεί με το φώς 100 πανσελήνων.
Οι κηλίδες είναι εφήμερο φαινόμενο, οι περισσότερες που είναι και οι μικρότερες διαρκούν από 1-2 ημέρες και μετά εξαφανίζονται. Μια τυπική ομάδα κηλίδων χαρακτηρίζεται από την γρήγορη δημιουργία της και από την βραδεία της εξαφάνιση. Η κηλίδα που ευρίσκεται προς τα δυτικά λέγεται ηγουμένη, ενώ η τελευταία προς τα ανατολικά επομένη. Μετά από μία εβδομάδα από τον σχηματισμό της ομάδος, η ανάπτυξη των κηλίδων έχει φθάσει στον μέγιστο βαθμό και αρχίζει η παρακμή. Η επομένη κηλίδα διασπάται σε μικρότερες που στη συνέχεια εξαφανίζονται σε πλάτη -+7ο εκατέρωθεν του ισημερινού.
Οι κηλίδες είναι τα εντονώτερα φαινόμενα της ηλιακής δραστηριότητος τα αίτια της οποίας αποδίδονται στην επικοινωνία αφ' ενός μεν μεταξύ του εσωτερικού δυναμικού μαγνητισμού του ηλίου και αφ' ετέρου από τον συνδυασμό της διαφορικής ηλιακής περιστροφής περί άξονα.

Ο κύκλος των κηλίδων, ο αριθμός Wolf. Aπό τον 18ον αιώνα είχε διαπιστωθεί ότι ο αριθμός των ηλιακών κηλίδων ακολουθεί κατά προσέγγιση έναν εμπειρικό κύκλο ο οποίος επαναλαμβάνεται ανά τακτά χρονικά διαστήματα. Ο Γερμανός αστρονόμος R.Wolf το 1880 αφού εμελέτησε με προσοχή όλες τα αρχεία συστηματικών παρατηρήσεων των κηλίδων από το έτος 1610 και μετά, εισήγαγε έναν δείκτη της ηλιακής δραστηριότητος ο οποίος είναι γνωστός σαν αριθμός Wolf ο οποίος εκφράζεται με τον τύπο R= k( f+10 g ) ο οποίος αντιπροσωπεύει τον αριθμό των κηλίδων σε μια χρονική στιγμή. ( όπου το g είναι ο τελικός αριθμός των κηλίδων και k ένας παράγοντας που εξαρτάται από το τηλεσκόπιο του παρατηρητή) .
Το διάγραμμα της πεταλούδας. Το 1922 ο αστρονόμος E. Maunder είχε την ιδέα να παραστήσει σε ένα διάγραμμα την δραστηριότητα των ηλιακών κηλίδων σε σχέση με τα χρονικά διαστήματα παρατηρήσεων.
Στον κάθετο άξονα παριστάνονται τα ηλιογραφικά πλάτη σε μοίρες, ενώ ο οριζόντιος αποτυπώνει χρονικές περιόδους ηλιακών περιστροφών που είναι γνωστές σαν αριθμοί περιστροφής Carrington.
Ο Carrington διαπίστωσε ότι η μέση συνοδική περιστροφής μιάς κηλίδος στον ηλιακό δίσκο ανέρχεται σε 27,253 ημέρες, επειδή όμως η ηλιακή περιστροφή είναι διαφορική, ο αριθμός αυτός επηρεάζεται από το ηλιογραφικό πλάτος.

Η έναρξη του αριθμού είναι η 7/11/1853. Παρατηρείστε στο σχεδιάγραμμα ότι οι κινήσεις των κηλίδων στην διάρκεια ενός κύκλου και για τα δύο ημισφαίρια παρουσιάζουν την μορφή της πεταλούδας από όπου το διάγραμμα πήρε αυτό το όνομα.
Κατά καιρούς τα μέγιστα ποσοστά καλύψεως του ηλιακού δίσκου από κηλίδες είναι μεγάλα, όπως του Απριλίου του 1947 όταν οι κηλίδες είχαν το μέγεθος 100 γήινων διαμέτρων, ενώ τα έτη 1840-41 για μερικούς μήνες δεν παρατηρείτο παρά μόνο μια κηλίδα στον ήλιο.

Eξήγηση των κηλίδων. Πολλές θεωρίες κατά καιρούς ειπώθηκαν για την εξήγηση των ηλιακών κηλίδων, όμως η επικρατέστερη και πιό αληθοφανής είναι αυτή που διατυπώθηκε το 1961 από τον R. Babbock. Σύμφωνα με αυτή, οι κηλίδες είναι φαινόμενο που δημιουργείται από το ηλιακό μαγνητικό πεδίο σε συνδυασμό με την διαφορική περιστροφή του ηλίου γύρω από τον άξονά του σε μια χρονική περίοδο ένός κύκλου που χαρακτηρίζει την ηλιακή δραστηριότητα. Οι κηλίδες είναι περιοχές με έντονα μαγνητικά πεδία. Όπως παρατηρούμε στο σχήμα (a) οι γραμμές του ηλιακού μαγνητικού πεδίου έχουν αρχική διεύθυνση από τον βόρειο στον νότιο πόλο του ηλίου. Με την πάροδο όμως των ημερών και λόγω της ηλιακής περιστροφής οι μαγνητικές γραμμές καμπυλώνουν και μετατοπίζονται ανατολικά κατά την φορά της περιστροφής. (b). Όμως επειδή ο ήλιος είναι ρευστό σώμα η περιστροφή είναι διαφορική δηλ. τα ηλιακά πλάτη του ισημερινού περιστρέφονται γρηγορώτερα από αυτά των πολικών περιοχών.


Μετά από μερικές περιστροφές οι μαγνητικές γραμμές επιμηκύνονται τόσο, με αποτέλεσμα να σπάνε σε ωρισμένα ηλιογραφικά πλάτη και αυτό έχει σαν αποτέλεσμα σε εκείνες τις περιοχές να δημιουργούνται κηλίδες μεμονωμένες ή υπό μορφή ζευγών με αντίθετες πολικότητες. Η θραύση των μαγνητικών γραμμών συμβαίνει στις περιοχές της φωτόσφαιρας. Το φαινόμενο των κηλίδων έχει άμεση σχέση με τον ηλιακό κύκλο ο οποίος διαρκεί περίπου 11 έτη. Κατά την έναρξη ενός νέου ηλιακού κύκλου, εμφανίζονται λίγες κηλίδες σε ηλιογραφικά πλάτη από 35ο-45ο εκατέρωθεν του ισημερινού, ενώ με την πάροδο του χρόνου, προσεγγίζουν τον ισημερινό και εξαφανίζονται σε πλάτη 7ο εκατέρωθέν του όπως αναφέραμε πιό πάνω.
β) Κοκκίαση (granulation) . Η φωτόσφαιρα όταν παρατηρείται με τηλεσκόπιο, μάς παρουσιάζει μια κοκκώδη ψαθωτή μορφή. Οι κόκκοι είναι όμοιοι μεταξύ των και οφείλονται στην ταραγμένη κατάσταση της φωτόσφαιρας, η οποία είναι ανομοιόμορφα θερμή και ταραγμένη από αέρια είναι στρογγυλοί και θερμότεροι από την επιφάνεια που προβάλλονται. Από μεγαλύτερες αναταράξεις, δημιουργείται το φαινόμενο της Υπερκοκκιάσεως.

5) Χρωμόσφαιρα.
Εκτείνεται επάνω από την φωτόσφαιρα σε ύψος 10.000 - 15.000 χιλιομέτρων, φαίνεται δε με φυσικό τρόπο μόνον κατά τις ολικές εκλείψεις σαν κόκκινη άλως όταν η σελήνη καλύψει όλο το τμήμα του ηλιακού δίσκου . Το χρώμα της όπως ονομάζεται, είναι ερυθρό και οφείλεται στην γραμμή 6663 Α του υδρογόνου . Αυτό σημαίνει ότι άν παρατηρήσουμε τον ήλιο μόνο σε αυτό το μήκος κύματος, θα μάς παρουσιάζεται κόκκινος μόνο με το στοιχείο υδρογόνο. Διά μέσου των διαφόρων στρωμάτων,η θερμοκρασία της χρωμόσφαιρας αυξάνει στους 10.000ο Κ ενώ το πάχος της κυμαίνεται από 12000-20000 χιλιόμετρα. Μεταξύ των ορίων φωτοσφαίρας-χρωμοσφαίρας υπάρχει μια ιδιάζουσα περιοχή που λέγεται ανατρεπτική στοιβάδα . Στην περιοχή αυτή, παρατηρείται μια στιγμιαία εκτροπή των φασματικών γραμμών απορροφήσεως, αποτέλεσμα βιαίων αναταραχών των αερίων μαζών. Στην χρωμόσφαιρα παρατηρούνται οι πυρσοί, οι εκλάμψεις, οι προεξοχές και οι ακίδες.


α) Πυρσοί (spiculae). Είναι κυκλωνικοί πίδακες θερμών αερίων που φθάνουν σε μεγάλα ύψη στην χρωμόσφαιρα μέχρι και 150 χιλιόμετρα. Η παρουσίασή των έχει συνάφεια με αυτή των κηλίδων χωρίς όμως να σχετίζονται άμεσα με αυτές και είναι καλύτερα ορατοί όταν προβάλλονται στο χείλος του ηλιακού δίσκου.

β) Εκλάμψεις (flares). Είναι ένα φαινόμενο κατά το οποίο απελευθερώνεται μια στιγμιαία ενέργεια που επιταχύνει μια παροχή αεριώδους υλικού στην ηλιακή ατμόσφαιρα. Οι εκλάμψεις είναι εκρήξεις που διαρκούν τυπικά μερικά λεπτά με εξάρτηση από την θερμοκρασία. Το μεγαλύτερο ποσοστό των εκλάμψεων αποτελείται από ακτινοβολίες, όπως αυτές των ακτίνων Χ . Είναι περισσότερο έκδηλες στο ορατό φώς και στις ραδιοπηγές και κατά κανόνα εκδηλώνονται στις περισσότερο ενεργές περιοχές. Τα φορτισμένα σωματίδια που εκτοξεύονται από τις εκλάμψεις, φθάνουν στη γή μερικές ημέρες αργότερα και από αυτά σχηματίζεται το σέλας.
Στην επόμενη υπέρυθρη φωτογραφία του ηλίου διακρίνονται τεράστιες εκλάμψεις οι οποίες καλύπτουν όλη την χρωμόσφαιρα.



γ) Προεξοχές. (Prominences). Οι ηλιακές προεξοχές είναι τεράστια σύννεφα από φλόγες με μεγαλύτερη πυκνότητα στα χαμηλότερα στρώματα και χαμηλότερες θερμοκρασίες στον περίγυρό των . Κατά την διάρκεια των ολικών ηλιακών εκλείψεων παρουσιάζουν ένα μοναδικό θέαμα παρουσιαζόμενες σαν κόκκινες πύρηνες στήλες που υψώνονται επιβλητικά σαν πίδακες αερίων επάνω από τον κρυμμένο από την σελήνη ηλιακό δίσκο. Εκτός από τον φυσικό τρόπο παρατηρήσεως των προεξοχών δηλ. των εκλείψεων, υπάρχει και ο τεχνητός με ένα όργανο που λέγεται στεμματογράφος με την μέθοδο Lyot.
Η αρχή λειτουργίας του στεμματογράφου βασίζεται στην παρεμβολή μαύρων κυκλικών σωμάτων μεταξύ του τηλεσκοπίου και του παρατηρητή το οποίο καλύπτει τον περίγυρο του ηλιακού δίσκου μετριάζοντας επίσης το διάχυτο φώς του ουρανού. Γι’ αυτόν τον λόγο, οι στεμματογράφοι εγκαθίστανται σε μεγάλα ύψη από την επιφάνεια.
Ανάλογα με την μορφή και την φύση των, οι προεξοχές ταξινομούνται κατά τον αστρονόμο Petit σε έξι κύριες κατηγορίες :

α- Ήρεμες προεξοχές που διαρκούν ημέρες ή εβδομάδες.

β-Ενεργείς προεξοχές. Είναι οι περισσότερες με κύριο χαρακτηριστικό την ροή της ύλης των σε ένα ή περισσότερα κέντρα έλξεως (άνω φωτογραφία).

γ-Εκρηκτικές προεξοχές. Ανεβαίνουν σε μεγάλα ύψη σε μερικές ώρες και τα τμήματά των φεύγουν στο διάστημα αυξομειώμενα.

δ-Δινώδεις ή ελικοειδείς προεξοχές. Μοιάζουν με διαλυμμένο τεντωμένο σχοινί και διαλύονται σε κομμάτια όταν περάσουν ωρισμένο ύψος.

ε-Εκ του στέμματος προεξοχές. Φαίνονται ότι κατέρχονται από την περιοχή του ηλιακού στέμματος και το υλικό που διασπείρεται λέγεται στεμμάτινη βροχή.

στ-Προεξοχές επάνω από κηλίδες. Φαίνονται ότι κατέρχονται από τις κηλίδες.

Το φάσμα των προεξοχών αποτελείται από γραμμές υδρογόνου α και ιονισμένου ασβεστίου, η δε δύναμη που τις ωθεί είναι τα μαγνητικά πεδία των ηλιακών κηλίδων.
Από τις μεγαλύτερες προεξοχές που έχουν παρατηρηθεί στην ιστορία, είναι αυτή της 4-6-1946. Ήταν εκρηκτικού τύπου και χιλιάδες φορές πιό μεγάλη από την γή η οποία διαλύθηκε σε λίγα λεπτά στο διάστημα.

δ) Ακίδες (spiculae). Η χρωμόσφαιρα γενικά δεν έχει μια ήρεμη όψη, αλλά φαίνεται ότι παρουσιάζει κάποιες ανωμαλίες με μορφή ακίδων όπου και το όνομα. Το ύψος των ακίδων υπολογίζεται στα 10-15.000 χιλ. και η διάρκειά τους είναι από5'-10 λεπτά.

6) Στέμμα (corona).

Από τα όρια της φωτόσφαιρας μέχρι απόσταση μερικών ηλιακών ακτίνων στο μεσοπλανητικό διάστημα εκτείνεται το εξωτερικό τμήμα της ηλιακής ατμόσφαιρας που ονομάζεται στέμμα. Η ονομασία στέμμα προήλθε από την εξαιρετικής ομορφιάς πρασινόασπρη μαργαρώδη άλω η οποία φαίνεται ότι περικλέει τον καλυμμένο από την σελήνη ήλιο κατά την ολιγόλεπτη διάρκεια μιάς ολικής εκλείψεως. Το θέαμα του ηλιακού στέμματος είναι μοναδικό διότι μόνον τότε και με την εξασθένηση του εκτυφλωτικού φωτός με φυσικό τρόπο είναι δυνατόν να φανεί η εξωτερική ατμόσφαιρα του ηλίου και γιά μερικά λεπτά της ώρας. Το στέμμα εκτείνεται από τα όρια της χρωμόσφαιρας μέχρι το μεσοπλανητικό διάστημα και σε απόσταση μερικών ηλιακών ακτίνων. Η πυκνότητά του στέμματος είναι 100.000 φορές πιο αραιή από αυτή της χρωμόσφαιρας και παρουσιάζει μια περιστροφή ανάλογη με αυτή του ηλίου. Ανάλογα με την φύση του στέμματος, το χωρίζουμε σε διάφορες κατηγορίες οι οποίες συμβολίζονται με τα λατινικά γράμματα Κ, F, E .

Στέμμα Κ . Είναι ορατό στο λευκό φώς και διαχέεται από την φωτόσφαιρα με ηλεκτρόνια υψηλής ενεργείας . Η θερμοκρασία του στέμματος είναι υψηλή, πάνω από 1 εκατομ. βαθμούς. Το Κ στέμμα δεν είναι ομοιογενές, αλλά παρουσιάζει ποικίλλες μορφές όπως κυματώσεις, ακτινώσεις, κλπ.

Στέμμα F ή στέμμα Fraunhoffer ή στέμμα σκόνης. Αποτελείται από διαχεόμενο φώς της φωτόσφαιρας που δημιουργείται από σωματίδια σκόνης που περιστρέφονται γύρω από τον ήλιο. Η προέκτασή του στο διάστημα είναι ορατή όπως το ζωδιακό φώς.

Στέμμα Ε ή στέμμα εκπομπής αποτελείται από φωτόνια. Οι γραμμές εκπομπής που παρουσιάζονται στο φάσμα του παράγονται από υψηλά ιονισμένα άτομα , σωματίδια σιδήρου και ασβεστίου. Αυτός ο τύπος του στέμματος σχηματίζεται σε απόσταση 2 ηλιακών ακτίνων και το μέγεθος όπως και η μορφή του μεταβάλλονται στην διάρκεια του 11ετούς κύκλου.
Η μελέτη του φάσματος του στέμματος έδειξε ότι αυτό αποτελείται από άτομα σιδήρου, νικελίου, ασβεστίου κλπ. Επίσης στό στέμμα παρατηρείται το παράδοξο φαινόμενο της κατακορύφου ανόδου της θερμοκρασίας από 6000ο Κ στην χρωμόσφαιρα μέχρι τους 1.500.000ο Κ σε αυτό. Αυτό μάλλον εξηγείται από τα δυναμικά πεδία ή την ακουστική ενέργεια που διαπερνούν τον ήλιο από το εσωτερικό του όπου βαθμιαία η θερμοκρασία πέφτει μέχρι την φωτόσφαιρα, ενώ αυξάνεται δραματικά από την χρωμόσφαιρα ως το στέμμα.


7) Ηλιακός άνεμος (solar wind).

Με τον όρο ηλιακός άνεμος ονομάζουμε μια καταιγιστική ροή από το ηλιακό στέμμα πρός το μεσοπλανητικό διάστημα διαφόρων σωματιδίων όπως πρωτονίων και ηλεκτρονίων. Η ταχύτητα με την οποία εκτινάσσονται τα σωματίδια αυτά ανέρχεται σε 900 χιλ/δευτερόλεπτο.
Όπως παρατηρούμε στο σχήμα τα σωματίδια του ηλιακού ανέμου ταξιδεύουν σε μεγάλες αποστάσεις κυρίως υπό μορφή ρευμάτων σχήματος κυρτού κώνου τα οποία σποραδικά συναντά η γή στην τροχιά της. Τα υψηλής ενεργείας σωματίδια του ηλιακού ανέμου όταν φθάσουν στη γή δημιουργούν τις λεγόμενες μαγνητικές καταιγίδες και το πολικό σέλας. Η επανάληψη κάθε 27 ημέρες των γεωμαγνητικών διαταραχών μάς υποδηλώνει ότι υπάρχει σταθερότητα σε αυτά τα ρεύματα που αποδίδονται σε μία σταθερή πηγή κάπου στον ήλιο η οποία περιστρέφεται σε χρόνο ίσο με μία ηλιακή περιστροφή των 27 ημερών γύρω από τον άξονά του.
Οι ηλιακές κοσμικές ακτίνες. Όπως έδειξαν παρατηρήσεις κατά την διάρκεια των χρωμοσφαιρικών εκρήξεων, ο ήλιος είναι πηγή εκπομπής πρωτονίων υψηλής ενεργείας που ονομάζονται ηλιακές κοσμικές ακτίνες. Οι κοσμικές ακτίνες διαπερνούν την γήινη ατμόσφαιρα φθάνοντας στό έδαφος με ζωή λίγων ωρών και με ταχύτητες της τάξεως των 1000 χιλιομέτρων/δευτερόλεπτο.
Οι επιδράσεις των ηλιακών φαινομένων στην γή. Τα πολλά και βίαια φαινόμενα που εκδηλώνονται στην ηλιακή σφαίρα είναι φυσικό να επηρεάζουν άμεσα ή έμμεσα την γή και τον οργανικό κόσμο της. Το γήινο μαγνητικό πεδίο, ο μαγνητισμός της γής στο διάστημα, δέν είναι σταθερός, αλλά παρουσιάζει μεταβολές. Οι ετήσιες μεταβολές του εύρους του μαγνητικού πεδίου είναι ανάλογες με τον ετήσιο αριθμό των ηλιακών κηλίδων οι οποίες παρουσιάζονται στόν 11ετή κύκλο σε συνδυασμό με τις εκλάμψεις οι οποίες εκδηλώνονται κοντά στίς κηλίδες.

Οι ισχυρές και απότομες μεταβολές του μαγνητικού πεδίου οι οποίες είναι γνωστές σαν μαγνητικές καταιγίδες όπως και η απόκλιση της μαγνητικής βελόνας συνδέονται άμεσα με τις ηλιακές εκλάμψεις. Οι εκλάμψεις εκπέμπουν σωματιδιακή ακτινοβολία με διαφορετικές ταχύτητες η οποία αποτελείται από πρωτόνια, ηλεκτρόνια και άλλα ιονισμένα στοιχεία.


Με τις μεγάλες ταχύτητες εκπομπής των το πολύ σε μία ημέρα από την εκδήλωση των εκλάμψεων προσβάλλουν την γή με άλλο σπουδαίο επακόλουθο την εμφάνιση του πολικού σέλαος στα ανώτερα τμήματα της ατμόσφαιρας, όπου σε μεγάλα γεωγραφικά πλάτη κοντά στους πόλους μεγάλα τμήματα του ουρανού εκπέμπουν φώς με διάφορα χρώματα με την μορφή τεράστιας κουρτίνας.
Οι φασματικές γραμμές του σέλαος που αποτελούνται κυρίως από υδρογόνο και άλλα στοιχεία προέρχονται από την συνάντηση και επανασύνδεση των ηλεκτρονίων του γήινου μαγνητικού πεδίου με τα πρωτόνια που έρχονται από τον ήλιο στην διεύθυνση του άξονος του πεδίου. Από το άλλο μέρος, το ηλιακό στέμμα με τις δυναμικές του ιδιότητες ευρίσκεται σε συνεχή επέκταση και το ρεύμα των σωματιδίων του σαρώνει όλο το ηλιακό σύστημα. Το διάστημα ανάμεσα στους πλανήτες είναι γεμάτο από σκόνη, φορτισμένα σωματίδια και μαγνητικά πεδία δια μέσω των οποίων διέρχεται η ηλιακή ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία.
Η ηλιακή υπεριώδης ακτινοβολία προκαλεί ιονισμό της ατμόσφαιρας της γής. Οι περιοχές όπου τα μόρια και τα άτομα του οξυγόνου και του αζώτου χάνουν περιφερειακά ηλεκτρόνια από την υπεριώδη ακτινοβολία αποτελούν την ιονόσφαιρα. Αποτέλεσμα αυτές οι περιοχές να είναι πλούσιες σε ελεύθερα ηλεκτρόνια και ιόντα (Α' τόμος,σελ.27). Ανάλογα με τον βαθμό ιονισμού της ιονόσφαιρας δημιουργούνται τέσσερα στρώματα (D, E, F, F2). Είναι γνωστό ότι τα ραδιοκύματα διαδίδονται πρός όλες τις κατευθύνσεις.
Τα εδαφικά ραδιοκύματα πορεύονται κατευθείαν επάνω από την επιφάνεια του εδάφους, ενώ τα κύματα που διευθύνονται πρός τα άνω, τα λεγόμενα ουράνια κύματα υφίστανται διαταραχές και ανακλώνται επάνω στις ιονοσφαιρικές στοιβάδες ανάλογα με την συχνότητά των. Κατά την διάρκεια του 11ετούς ηλιακού κύκλου οι ιονοσφαιρικές διαταραχές επιδρούν στις ραδιοεπικοινωνίες μεγάλων αποστάσεων, ώστε με την εκδήλωση των εκλάμψεων οι επικοινωνίες στα βραχέα να διαταράσσονται ή και να διακόπτωνται ακόμα και γιά ημέρες.
Η ηλιακή δραστηριότητα έχει επίδραση και στην κατώτερη ατμόσφαιρα, την τροπόσφαιρα, μέσα στην οποία ζεί και κινείται ο έμβιος κόσμος. Η ηλιακή δραστηριότητα επιδρά στην διαμόρφωση και εξέλιξη των καιρικών φαινομένων τα οποία επηρεάζουν σημαντικά το κλίμα της γής. Η θερμοκρασία λ.χ σε ορισμένες περιοχές ελαττώνεται με την ελάττωση της ηλιακής δραστηριότητος.
Εξετάζοντας τους δακτυλίους σε κορμούς μακρόβιων δέντρων διαπιστώνουμε ότι το πάχος των δεν είναι το ίδιο σε όλα τα χρόνια, αλλά αυξομειώνεται κάθε 7 ή 11 έτη σε αναλογία με τον αριθμό των ηλιακών κηλίδων. Οι φαρδείς δακτύλιοι των κορμών συμπίπτουν με τις εποχές του μεγίστου των κηλίδων, πράγμα που σημαίνει ότι οι συνθήκες αναπτύξεως των δένδρων είναι ευνοικώτερες στο μέγιστο των κηλίδων από ότι στο ελάχιστο. Εξ' άλλου είναι δυνατόν να σημειώνονται περισσότερες βροχοπτώσεις στις περιόδους των μεγίστων των ηλιακών κηλίδων, βροχοπτώσεις όμως οι οποίες εξαρτώνται και από γεωγραφικούς και άλλους αστάθμητους παράγοντες.

Ακόμα πολλές βιολογικές επιδράσεις έχουν συνάρτηση όχι μόνο από την κανονική ηλιακή ακτινοβολία, αλλά και από φαινόμενα της ηλιακής δραστηριότητος. Π.χ η δευτερογενής σωματιδιακή ακτινοβολία των εκλάμψεων προσβάλλει τον άνθρωπο και είναι δυνατόν οι περισσότεροι αιφνίδιοι θάνατοι να παρατηρώνται σε εποχές των μεγάλων ηλιακών εκλάμψεων.