Słońce najbli szą nam gwiazdą.

Słońce najbliższą nam gwiazdą.
Słońce jest gwiazdą typu G2 położoną najbliżej naszej planety, jest tylko zwyczajną
gwiazdą, jedną z ok. 100 miliardów w naszej galaktyce, ale to właśnie ta jedyna obdarza nas
ciepłem, światłem, a tak na prawdę po prostu życiem.
Obraz Słońca.
http://dracul.kill.pl/~bielu/astronomia/slonce/frame.htm
Ta najbliższa nas gwiazda, która jest jednocześnie największym obiektem w Układzie
Słonecznym znajduje się od nas w odległości ok.150 mln km. Nie dużo, jak na skalę
kosmosu, ale przebycie takiej drogi samochodem zajęłoby blisko 200 lat. Dla sądy
kosmicznej to kwestia kilku miesięcy, natomiast dla światła, poruszającego się z możliwie
największą szybkością ok. 300 tys. km/s to droga na 8 min i 26 sekund. Dla porównania
podam, iż druga, co do odległości gwiazda po Słońcu - Proxima Centauri jest oddalona od
Ziemi ponad 250 tys razy dalej niż nasze Słońce. Może dlatego Słońce zasługuje na miano
„wielkiego przedmiotu badań”. Wiemy już o nim całkiem sporo i nadal chcemy poznawać je
bliżej, co całkowicie uzasadnia fakt, że każda nawet najmniejsza zmiana emisji energii ze
Słońca może spowodować ogromne zmiany klimatyczne na Ziemi.
Przyjrzyjmy się, zatem bliżej tej gwieździe od strony czysto fizycznej. Słońce to gorąca
kula gazu głównie wodoru - 70 % i helu – 28%, pozostałe to węgiel, żelazo azot i tlen. Na
skutek reakcji termojądrowych zachodzących w Słońcu gdzie w ciągu 1 s ok.7· 1011 kg
1
wodoru zamienia się w hel, Słońce wypromieniowuje ogromne ilości energii, wiec i ciepła,
które dociera także do Ziemi.
Masa Słońca równa 2· 1030 kg , stanowi aż 99,8% całkowitej masy Układu Słonecznego.
Średnia gęstość Słońca to 1,4· 103 kg/m3, zaś jago średnica wynosi blisko 1,4 mln km, to ok.
109 razy więcej od średnicy Ziemi. Takie rozmiary dają objętość ponad milion razy większą
od objętości Ziemi. Zobaczmy, więc jak wygląda budowa naszej najbliższej gwiazdy.
Pierwszą od wewnątrz warstwą Słońca jest jądro, to tam panuje olbrzymia temperatura
sięgająca 15 mln K i wysokie ciśnienie umożliwiające inicjację reakcji termojądrowych.
Takie warunki pozwalają na wypromieniowywanie ciepła w postaci kwantów γ. Te
przechodzą dalej do warstwy promienistej sięgającej 70% promienia Słońca zaczynając
pomiar od środka jądra. Tam w wyniku strat energii kwantów na skutek szeregu ich emisji i
absorpcji, a także efektu Comptona, polegającego głównie na ich rozpraszaniu, temperatura
znacznie się obniża.
Budowa Słońca
http://dracul.kill.pl/~bielu/astronomia/slonce/frame.htm
Powyżej warstwy promienistej na głębokości ok. 71,3% promienia Słońca, mierząc znów
od środka jądra temperatura jest na tyle niska, że w transporcie energii dominuje już
konwekcja, dlatego jej nazwa to strefa konwekcyjna, w której panuje temperatura rzędu 2mln
K. Na jej powierzchni obserwowany jest gwałtowny spadek gęstości plazmy słonecznej.
2
Wewnętrzną warstwą atmosfery Słonecznej jest fotosfera sięgająca kilkaset km.
Temperatura, jaka tam panuje sięga 5800 K, jest ona 10 mln razy rzadsza od próżni, jaką
udało się uzyskać w laboratorium.
Nad fotosferą rozciąga się chromosfera o grubości 2500 tys km. Gęstość nadal maleje, ale
wraz z oddalaniem się od jądra wzrasta temperatura dochodząca już do 1mln K.
Najbardziej zewnętrzną warstwą Słońca jest korona słoneczna rozciągająca się na
wysokości sięgającej nawet 3 krotnej długości promienia Słońca. Można ją z powodzeniem
obserwować podczas zaćmienia Słońca. Jej gęstość jest bardzo mała ok. 10-12 kg/m3. Bardzo
zaskakujące jest to, iż temperatura w wyższych warstwach korony jest porównywalna z
temperaturą jądra, a przecież odległość od miejsca, w którym zachodzą reakcje termojądrowe
jest stosunkowo wielka.
Na powierzchni Słońca można obserwować plamy, rozbłyski i ogromne wyrzuty materii
zwane protuberancjami. Co widać na zdjęciu.
Plamy i protuberancje na Słońcu.
http://dracul.kill.pl/~bielu/astronomia/slonce/frame.htm
Z
zewnętrznych
warstw
korony
słonecznej
ciągle
wypływa
w
przestrzeń
międzyplanetarną materia w postaci tzw. wiatru słonecznego. Dotarcie do Ziemi zabiera tym
cząstkom około 10 dni.. Sonda Voyager rejestrowała ten wiatr nawet za orbitą Plutona. Wiatr
słoneczny odpowiedzialny jest za wydmuchiwanie z komet warkoczy. W okolicach Ziemi ma
on prędkość ok. 400 km/s, choć ostatnie dane z pojazdu kosmicznego Ulysses pokazują, iż w
trakcie minimalnego cyklu słonecznego wiatr słoneczny emitowany przez regiony polarne
przepływa z dwukrotną prędkością równą 750 km/s, niż w trakcie dłuższych cykli.
3
Jak już wspomniałem powierzchnia Słońca pokryta jest ciemnymi plamami, których
średnica może osiągać nawet 10000 km. Ilość tych plam zmienia się w ciągu
jedenastoletniego cyklu. Plamy te wypromieniowują więcej energii niż inne części Słońca, ich
aktywność jest większa, więc posiadają ciemną barwę. Temperatura plam jest średnio o 2000
K niższa niż temperatura pozostałej powierzchni Słońca. Te aktywne strefy są częstym
miejscem występowania gwałtownych zjawisk erupcyjnych. W wyniku takich eksplozji w
przestrzeń kosmiczną są wyrzucane ogromne ilości gazu z niesamowitą prędkością 1000
km/s.
Szacuje się, że przez taką utratę gazu Słońce traci jedną miliardową cześć swojej masy na 100
tys lat, oznacza to, że co sekundę Słońce przetwarza około 600 mln ton wodoru na około 400
mln ton helu. Porównując to z masą Słońca, możemy zadać pytanie - Na jak długo starczy
jeszcze paliwa?
Oczywiście nic nie jest wieczne, więc i Słońca nie będzie żyć wiecznie, traci przecież energię
w postaci światła, ciepła i wiatru słonecznego. Ma jednak przed sobą jeszcze dość długi
żywot. Obecnie jest w średnim wieku. Przez około 5 mld lat zużyło połowę wodorowego
paliwa. Przez następne 5 mld lat będzie stale przemieniać wodór, a jego temperatura i rozmiar
stopniowo będą rosły.
Gdy zużyje się cały wodór w środku, Słońce będzie trzy razy większe niż dzisiaj. Zewnętrzne
warstwy gorącej atmosfery rozpościerać się będą prawie do orbity Merkurego. Na Ziemi
zostaną wygotowane oceany, a skały przemienią się w roztopioną lawę. Na naszym globie nie
pozostanie już nic żywego.
Głęboko w Słońcu atomy helu zaczną przemieniać się w węgiel i pierwiastki cięższe, aż w
końcu zużyty zostanie cały zapas atomowego paliwa, dlatego według obliczeń za około 5
miliardów lat większość wodoru w jądrze Słońca zamieni się w hel, wtedy jądro pod
wpływem własnego ciężaru zacznie się zapadać. Wodór otaczający jądro zapali się a energia
temu towarzysząca spowoduje powiększenie rozmiaru Słońca, które zmieni się w czerwonego
olbrzyma. Swoją objętością będzie mógł pochłonąć Merkury i Wenus, jeśli Ziemia uniknie
pochłonięcia, to i tak wysoka temperatura zniszczy cywilizację. Po jakimś czasie warstwy
zewnętrzne zostaną odrzucone w przestrzeń a pozostanie samo jądro, słabo świecące jako
biały karzeł będzie widoczne na niebie jeszcze przez kilka milionów lat stopniowo dogasając.
Opracowanie
mgr Grzegorz Kwaśnicki
4