الشمس
لقد عكف الإنسان ، منذ عشرات الالآف من السنين، على مراقبة سير القرص النير العجيب الذي يضيء الأرض ويدفئها، نظر إليه بإعجاب ومحبة وخشية، وصلى له كإله . فهم الإنسان أن أشعة الشمس هي مصدر كل حياة وحرارة وطاقة، وأنه لولاها لما كان هو ولا الحيوان ولا النبات ثم دفعه حب المعرفة والروح العملية إلى التساؤل عن أصل تلك الكرة المشتعلة وجوهرها وما تؤديه للكون. وهكذا تحولت الشمس من موضوع عبادة إلى مادة للبحث العلمي.الشمس والأبعاد الهائلة:
عندما نفكر بنبتة أو محرك ، نتصور أشياء ذات أبعاد متناسبة مع مقاييس الإنسان ، لكن الأمر يختلف عندما نفكر بالكواكب وخاصة الشمس. فنحن لا نعلم سوى القليل عن تلك الكرة المتوهجة ، أما المعطيات العلمية التي تحدد خصائصها فيعبر عنها بأرقام هائلة تكاد لا تصدق.حجمها يساوي أكثر من مليون مرة حجم:
الأرض لنتكلم قليلاً عن الشمس بالأرقام ومغزاها.إنها موجودة على مسافة تناهز الـ 150 مليون كم من الأرض ، أي ما يوازي 400 ضعف المسافة بين الأرض والقمر ، أو على مسافة 17 سنة من الطيران المتواصل بواسطة أسرع طائرة ركاب ، ويبلغ قطرها ما يقارب 1392400 كم ، أي 109 أضعاف قطر الأرض (12735 كم) ، يستخلص من ذلك أن الشمس لو كانت مجوفة لأمكنها أن تستوعب في باطنها الأرض والقمر (قطرهما يساوي 3476 كلم) أو بالأحرى مليون جسم بحجم الكرة الأرضية. ولو صففنا 300 كرة أرضية جنباً إلى جنب لقاربت أن تلف دائرة الشمس. كتلتا تربو على 300000 ضعف كتلة الأرض ، ولمثل هذه الكتلة الهائلة من المادة قوة جاذبية نادرة الوجود: 28 ضعف جاذبية الأرض ، يصبح وزنها 2000 كلغم على سطح الشمس ، وبالتالي يصعب عليه المشي ويثقل عليه وزنه.أسرار الشمس
بالنسبة إلينا تعتبر الشمس نجماً من نوع خاص فهي تشغل مركز نظامنا وتسيطر عليه بقوة جاذبيتنا. ولقربها من الأرض وتأثيرها علبها أصبحت محوراً للدراسات علم الفلك والفيزياء الفلكية وإن كان لا وجود لأي شبه دنياوي بينها وبين سائر النجوم ، فهي تساعد على تكوين نماذج تفسيرية لطبيعة بعض الكواكب ودورانها في أفلاك أبعد من الشمس.بنية الشمس الطبيعية
ليست الشمس كتلة مادية صلبة وملساء كما تبدو لنا. بل هي كتلة ضخمة من الغاز الملتهب ، ولا يوجد على سطحها لا أرض ولا بحر ولا كائنات حية. والغازات التي تتكون منها الشمس متجمعة حول مركزها بوضع التناظر الكروي ، وهي غليان دائم وتكون سطحاً مسفعاً حثرياً. وهذه الغازات التي تتكون التي تكون الكرة الشمسية لا تتوقف عند حد معين شأنها بذلك شأن سائر الغازات ، تنتشر ما وراء منطقة تركيزها الأقصى الذي يتناقض تدريجياً. وحول نواة الشمس ومصدر طاقتها يبدو سطحها النير لنا وكأنه دائرة تامة ، فتبلغ سماكة هذا الطوق 5000 كلم وهو الذي يرسل لنا الطاقة الشمسية بشكل أشعة ضوئية وحرارية وإشعاعات غير منظورة (أشعة فوق البنفسجية ودون الحمراء والأشعة المجهولة x وأشعة غاما وموجات هرتزية). وقد اتضح من المراقبة أن بعد السطح أو الطوق النيير يوجد جو الشمس (chromosphere) الشبيهة بمرعى مشتعل. تندفع منه فورات من الغاز المحترق تقذف لمسافات آلاف الكيلومترات ارتفاعاً وبصورة دائمة. وبعض الطبقة السابقة يمتد "التاج الشمسي" (couronne solaire) إلى ملايين الكيلومترات في الفضاء ، وهو هالة براقة تحيط بالشمس. لا نستطيع مراقبتها إلا في حالات الكسوف التام ، لأن السطح النيير يعطل لمعانها في الحالات العادية.ضوء الشمس
الشمس هي اقرب النجوم إلينا وتبعد عن الأرض حوالي مليون كيلومتر وهي كتلة من الغازات المتوهجة تشدها إلى المركز جاذبية قوية ودرجة الحرارة على سطح الشمس 6000 ْ مئوية ولكنها بالمركز حوالي 13000000 ْمئوية والشمس هي المصدر الأساسي للضوء والحرارة على الأرض وتتولد هذه الطاقة في مركز الشمس نتيجة للتفاعلات النووية الحرارية يتحول فيها الهيدروجين إلى هيليوم وتنطلق منها كميا ت هائلة من الحرارة وتخسر الشمس من كتلتها نتيجة إلى هذه التفاعلات النووية ستستمر على مدى مئات الملايين السنين قبل أن يستهلك هيدروجين الشمس وتبدأ في البرودة وتبعث الشمس حاليا كميات هائلة من الطاقة الحرارية بحيث انه لو أحيطت الشمس بغلاف جليدي سماكته كيلومتر لا نصهر تماما في حوالي 90 دقيقة وتندفع الحرارة المتولدة في باطن الشمس إلى سطحها ويشع كميات هائلة من الضوء وتنتشر الطاقة الحرارية والضوئية المنبعثة من الشمس عبر الفضاء في جميع الاتجاهات والطاقة الحرارية من الشمس تعرف بالإشعاع تحت الأحمر وهو إشعاع غير مرئي ولكنة يستشعر بالحس فكل جسم يمتص هذا الإشعاع يصبح اسخن من ذي قبل وهنالك إشعاع اخرمن الشمس هو الإشعاع فوق البنفسجي وهذا الإشعاع بخلاف الضوء والإشعاع تحت الأحمر إلا القليل القليل لكن هذا القليل من الإشعاع فوق البنفسجي مفيد صحيا كما إن بعض التفاعلات الكيماوية لا تحدث بدونه والطاقة الحرارية والضوئية التي تصلنا من الشمس ضرورية للحياة فالأشعة تحت الحمراء تحفظ درجة حرارة الأرض والجو في مستوى يصلح للعيش والاشعة الضوئية تمكننا من الرؤية وهي ضرورية لنمو النبات فبدون طاقة الشمس تغمر الأرض ظلام دامس وبرد مفرط ولن تطول حياه الإنسان في ظروف كهذه إذ إن النباتات والأحياء الأخرى التي يعتمد عليها في معاشه سيقضي عليها في غياب الدفء والضوء والعملية التي بها تستغلها النباتات الخضراء طاقة الضوء هي عمليه التمثيل الضوئي وفيها تعمل المادة الخضراء في النباتات (المعروفة باليخضور أو الكلوروفيل )على امتصاص طاقة الشمس وتحويلها إلى طاقه كيماوية وذلك بتركيب الكربوهيدرات (ثم يحولها من المواد العضوية )من الماء الذي تأتي به الجذور من التربة وثاني أكسيد الكربون من هواء الجو وينطلق الأكسجين عائدا إلى هواء الجو وتتوافر في معظم أرجاء سطح الأرض الكميات الكافية من الحرارة والضوء والهواء تيسر أسباب العيش للإنسان وهذه الظروف لا تتوفر في الكواكب الأخرى من النظام الشمسي فليس في أي من هذه الكواكب جو يحتوي الأكسجين أو ماء يمكن كشفة كما أن درجة الحرارة عالية جدا في الكواكب الأقرب إلى الشمس من الأرض وخفيظة جدا في الكواكب الأبعد لذالك فان الحياة كما نعرفها مستحيلة الوجود في تلك الكواكب .
الحرارة:
في يوم من الأيام كان هنالك اعتقاد بان الحرارة نوع من السائل ينتقل من الأجسام الحارة إلى الأجسام الباردة . وكان هذا السائل المتخيل يسمى السعر أو الوحدة الحرارية لكننا الآن نعرف إن الحر أره هي الحركة المستمرة للذرات والجزيئات في الأجسام والأشياء ففي الهواء مثلا تتحرك الذرات والجزيئات بحريه وعندما تتحرك بسرعة فإننا نقول إن حرارة الهواء مرتفعه أو إن الهواء حار وحينما تتحرك ببطء كما هو الحال في يوم بارد فإننا نشعر أن الهواء بارد باعتدال لكن الذرات والجزيئات لا تستطيع التحرك بحريه في السوائل والأجسام الصلبة لكن الحركة موجودة . وحتى عند درجة حرارة الجليد الذائب فان الجزيئات في حركه مستمرة حيث إن جزيء الهيدروجين عند هذه الحرارة يتحرك بسرعة تبلغ 1950 مترا في الثانية .
وفي 16 سنتمترا مكعبا من الهواء يحدث الف مليون المليون تصادم في كل ثانية بين الجزيئات.
إن السخونة والحرارة ليست واحدا فحارق الغاز الضخم قد لا يكون اسخن من حارق صغير لكنه قد يوفر حرارة اكثر لأنه يحرق غازا اكثر.
السخونة شكل من أشكال الطاقة وعندما نقيس السخونة فإننا نقيس الطاقة وتقاس السخونة بالسعر ( الكالوري ) وهو كمية طاقة الحرارة المطلوبة لرفع
درجة الحرارة لغرام واحد من الماء درجه مئوية واحدة . لكن درجة حرارة الجسم أو الشيء تشير إلى المستوى الذي ترفعه إليه الطاقة الحر أريه الموجودة في ذلك الشيء أو الجسم . وتقاس درجة الحرارة بميزان الحرارة – ثرمومتر- ويعبر عنها بالدرجات .
حين يتم إلصاق شيئين ولا يكون بيتهما أي مجال لمرور الطاقة الحرارية من شيء إلى آخر نقول إن درجة حرارتهما واحدة . لكن إذا فقد أحدهما الطاقة الحرارية ( نتيجة بطء جزيئياته ) بينما اكتسب الشيء الآخر نفس الطاقة ( نتيجة سرعة جزيئاته ) فإننا نقول إن الحرارة انتقلت من الشيء الأسخن إلى الشيء الأبرد وان الجسم الأول أعلى حرارة من الثاني .