اگر دمای خورشید آن قدر زیاد است که از شدت حرارت سفید شده است، پس چرا لکه­های خورشیدی سیاه هستند؟ آنها باید سرد باشند تا سیاه دیده شوند. چطور ممکن است چیزی روی خورشید سرد باشد؟

 

این پرسش، همان طور که مطرح شد، به نظر می­ رسد که می­ تواند متوقف کننده باشد. در واقع، در اوایل قرن نوزدهم، ستاره شناس بزرگ ویلیام هرشل، به این نتیجه رسید که لکه­ های خورشیدی باید سرد باشند و به همین دلیل سیاه دیده می شوند. تنها روشی که او می ­توانست این موضوع را توضیح دهد این فرض بود که همه جای خورشید داغ نیست. درست است که خورشید جو بسیار داغی دارد، اما زیر آن جو جسم جامد و سردی دارد و ما می ­توانیم قسمت­هایی از جسم سرد خورشید را از میان شکاف­هایی که در جو وجود دارد ببینیم. این شکاف­ها هستند که ما به آنها «لکه ­های خورشیدی» می­گوییم. هرشل حتی فکر کرد که جسم سرد خورشید ممکن است محلی برای زندگی موجودات زنده باشد.

اما این نادرست است. ما کاملاً مطمئن هستیم که همه جای خورشید داغ است. در واقع، سطح خورشید که ما می بینیم، سردترین قسمت خورشید است اما حتی این قسمت هم مطمئناً برای موجودات زنده بیش از حد داغ است.

تابش و گرمای خورشید به درون آن مربوط است. در سال 1894، فیزیکدان آلمانی ویلهلم وین، روی انواع نورهایی مطالعه می­کرد که در اثر دماهای متفاوت ایجاد می ­شدند. او به این نتیجه رسید که تحت شرایط ایده ­آل، هر جسمی، بدون توجه به ترکیب شیمیایی آن، در یک دمای خاص، مقدار خاصی نور به بیرون می­ تاباند.

همچنان که دما بالا می­ رود، طول موج پرتوی نور در نظر گرفته شده از همۀ اجسام، کوتاه­تر و کوتاه­تر می­شود. در حدود 600 درجۀ سلسیوس، طول موج پرتوهای تابیده شده آنقدر پایین می­آید که آن جسم با رنگ قرمز رنگ پریده دیده می­شود. سپس همین طور که دما بالا می­ رود، آن جسم به رنگ قرمز درخشان، نارنجی، سفید و سفید مایل به آبی دیده می­شود (اگر دما همچنان بالاتر رود، بیشتر پرتوها به سمت ماوراء بنفش و فراتر از آن می­ روند).

با اندازه گیری دقیق طول موج پرتوهای تابیده شده از خورشید (که در منطقۀ زرد روشن قرار دارند) ما می­ توانیم دمای سطح خورشید را محاسبه کنیم که در حدود 6000 درجۀ سلسیوس است.

لکه ­های خورشیدی این دما را ندارند. آنها به میزان قابل توجهی سردتر هستند و دمای قسمت مرکزی آنها در حدود 4000 درجۀ سلسیوس است. به نظر می­ رسد که لکه ­های خورشیدی نشان دهندۀ گسترش عظیم گازی هستند. چنین گسترش گازی روی خورشید، همانند آنچه در یخچال رخ می­ دهد، باعث پایین آمدن قابل توجه دما می­شود. باید پمپاژ گرمایی بزرگی وجود داشته باشد که یک لکۀ عظیم برای روزها و هفته ­ها، در مقابل جریان گرمایی که از اطراف گرم­تر خورشید وارد آن می­ شود، مقاومت کند و سرد بماند. ستاره شناسان هنوز نتوانسته­ اند به طور کاملاً رضایت بخشی، از ساز و کار تشکیل لکه های خورشیدی سر دربیاورند.

اما حتی در دمای 4000 درجه هم لکه­ های خورشیدی باید درخشان باشند. آنها باید به میزان قابل توجهی از قوس کربنی که روی زمین وجود دارد درخشان­تر باشند و قوس کربنی هم آن قدر درخشان است که نمی ­توان به آن نگاه کرد.

خوب، بر فرض که لکه­ های خورشیدی از قوس کربنی درخشان­تر باشند و ابزارهای ما هم این موضوع را ثابت کرده باشند. اما مشکل اینجاست که چشمان ما نور را به طور صد درصد نمی­ بینند. ما در مورد درخشندگی یک جسم بر اساس دور و اطراف آن قضاوت می­کنیم. مناطق داغ­تر معمولی روی سطح خورشید، چهار یا پنج برابر درخشان­تر از سردترین مناطق در مرکز لکه­ های خورشیدی هستند و با مقایسۀ این دو، لکه­ های خورشیدی در چشمان ما سیاه به نظر می­ رسند. این سیاهی نوعی خطای دید است.

چنین چیزی گاهی اوقات در حین کسوف قابل مشاهده است. وقتی که ماه جلوی خورشید را می­ گیرد، سطح تاریک آن که رو به ما قرار دارد، واقعاً در برابر قرص درخشان خورشید، سیاه است. وقتی که لبۀ ماه وارد یک لکۀ خورشیدی بزرگ می­شود، تاریکی آن لکه را می­توان در مقابل ماه دید و این امکان به وجود می­ آید که بتوانیم ببینیم لکۀ خورشیدی واقعاً سیاه نیست.