Življenje je razlog, da je Zemlja edini kraj v Osončju, kjer je znano, da življenje lahko živi in uspeva. Seveda znanstveniki verjamejo, da lahko pod ledenimi površinami živijo mikrobne ali celo vodne oblike življenja. Evrope in Enceladus , ali v metanskih jezerih naprej Titan . Toda zaenkrat Zemlja ostaja edino mesto, ki ga poznamo in ima vse prave pogoje za življenje.
Eden od razlogov za to je, da Zemlja leži znotraj našega Sonca Bivalna cona (tudi 'Zlatolaska cona'). To pomeni, da je na pravem mestu (niti preblizu niti predaleč), da sprejme obilno sončno energijo, ki vključuje svetlobo in toploto, ki sta bistveni za kemične reakcije. Toda kako točno naše Sonce proizvaja to energijo? Kateri koraki so vključeni in kako pride do nas tukaj na planetu Zemlja?
Preprost odgovor je, da je Sonce, tako kot vse zvezde, sposobno ustvariti energijo, ker je v bistvu množična fuzijska reakcija. Znanstveniki verjamejo, da se je to začelo, ko se je ogromen oblak plina in delcev (t.i. meglica) sesul pod silo lastne gravitacije – kar je znano kot Teorija meglic . To ni samo ustvarilo velike svetlobne krogle v središču našega Osončja, ampak je sprožilo tudi proces, pri katerem se je vodik, zbran v središču, začel zlivati in ustvarjati sončno energijo.
Tehnično znan kot jedrska fuzija, ta proces sprosti neverjetno količino energije v obliki svetlobe in toplote. Toda pridobivanje te energije iz središča našega Sonca vse do planeta Zemlje in naprej vključuje nekaj ključnih korakov. Na koncu je vse odvisno od Sončevih plasti in vloge, ki jo ima vsaka od njih pri zagotavljanju, da sončna energija pride tja, kjer lahko pomaga ustvariti in vzdrževati življenje.
Jedro:
Jedro Sonca je območje, ki se razteza od središča do približno 20–25 % sončnega polmera. Tukaj, v jedru, nastaja energija s pretvorbo vodikovih atomov (H) v molekule helija (He). To je mogoče zahvaljujoč ekstremnemu tlaku in temperaturi, ki obstajata v jedru, ki sta ocenjena na 250 milijard atmosfer (25,33 bilijona KPa) oziroma 15,7 milijona kelvinov.
Končni rezultat je zlitje štirih protonov (molekul vodika) v en alfa delec – dva protona in dva nevtrona, povezana skupaj v delec, ki je identičen jedru helija. Iz tega procesa se sprostita dva pozitrona, pa tudi dva nevtrina (ki spremenita dva protona v nevtrone) in energija.
Jedro je edini del Sonca, ki s fuzijo proizvede znatno količino toplote. Dejansko 99 % energije, ki jo proizvede Sonce, poteka znotraj 24 % Sončevega polmera. Pri 30 % polmera se je fuzija skoraj v celoti ustavila. Preostali del Sonca se segreva z energijo, ki se prenaša iz jedra skozi zaporedne plasti, sčasoma doseže sončno fotosfero in pobegne v vesolje kot sončna svetloba ali kinetična energija delcev.
Sonce sprošča energijo s hitrostjo pretvorbe mase v energijo 4,26 milijona metričnih ton na sekundo, kar proizvede ekvivalentno 38.460 septilijonom vatov (3,846 × 10).26W) na sekundo. Če pogledamo to v perspektivi, je to enakovredno približno 9,192 × 1010megaton TNT na sekundo ali 1.820.000.000 Tsar Bombas – najmočnejša termonuklearna bomba, ki je bila kdajkoli zgrajena!
Notranja zgradba Sonca. Zasluge: Wikipedia Commons/kelvinsong
Radiacijska cona:
To je območje tik ob jedru, ki sega do približno 0,7 sončnega polmera. V tej plasti ni toplotne konvekcije, vendar je sončni material v tej plasti dovolj vroč in gost, da je toplotno sevanje vse, kar je potrebno za prenos intenzivne toplote, ustvarjene v jedru, navzven. V bistvu gre za ione vodika in helija, ki oddajajo fotone, ki potujejo na kratki razdalji, preden jih drugi ioni ponovno absorbirajo.
Temperature v tej plasti padejo, od približno 7 milijonov kelvinov bližje jedru do 2 milijona na meji s konvektivnim območjem. Gostota se v tej plasti tudi stokrat zmanjša od 0,25 sončnega polmera do vrha sevalne cone, od 20 g/cm³, ki je najbližje jedru, na samo 0,2 g/cm³ na zgornji meji.
Konvektivna cona:
To je Sončeva zunanja plast, ki predstavlja vse, kar presega 70 % notranjega sončnega polmera (ali od površine do približno 200.000 km nižje). Tu je temperatura nižja kot v sevalnem območju in težji atomi niso popolnoma ionizirani. Posledično je sevalni prenos toplote manj učinkovit, gostota plazme pa je dovolj nizka, da omogoča razvoj konvektivnih tokov.
Zaradi tega naraščajoče toplotne celice prenašajo večino toplote navzven v sončno fotosfero. Ko se te celice dvignejo tik pod površino fotosfere, se njihov material ohladi, zaradi česar se njihova gostota poveča. To jih prisili, da se ponovno potopijo na dno konvekcijske cone – kjer poberejo več toplote in konvektivni cikel se nadaljuje.
Ilustracija strukture Sonca in rdeče velikanke, ki prikazuje njihove konvektivne cone. Zasluge: ESO
Na površini Sonca temperatura pade na približno 5.700 K. Turbulentna konvekcija te plasti Sonca je tudi tisto, kar povzroča učinek, ki povzroči magnetni severni in južni pol po vsej površini Sonca.
Na tej plasti je tudi to sončne pege pojavijo se kot temne lise v primerjavi z okoliško regijo. Te lise ustrezajo koncentracijam v polju magnetnega toka, ki zavirajo konvekcijo in povzročijo, da se temperatura v regijah na površini zniža v primerjavi z okoliškim materialom.
fotosfera:
Nazadnje je tu fotosfera, vidna površina Sonca. Tukaj se sončna svetloba in toplota, ki se izžarevata in konvektirata na površino, širita v vesolje. Temperature v plasti se gibljejo med 4.500 in 6.000 K (4.230 – 5.730 °C; 7646 – 10346 °F). Ker je zgornji del fotosfere hladnejši od spodnjega dela, je slika Sonca v središču svetlejša kot na robu oz.udsončnega diska, v pojavu, znanem kot zatemnitev okončin .
Fotosfera je debela desetine do sto kilometrov in je tudi območje Sonca, kjer postane neprozorna za vidno svetlobo. Razlogi za to so v zmanjšanju količine negativno nabitih vodikovih ionov (H-), ki zlahka absorbirajo vidno svetlobo. Nasprotno pa se vidna svetloba, ki jo vidimo, proizvaja, ko elektroni reagirajo z vodikovimi atomi, da nastane H-ioni.
Energija, ki jo oddaja fotosfera, se nato širi skozi vesolje in doseže Zemljino atmosfero in druge planete Osončja. Tukaj na Zemlji zgornja plast atmosfere (ozonska plast) filtrira večino sončnega ultravijoličnega (UV) sevanja, nekaj pa prenese na površino. Prejeto energijo nato absorbirajo zemeljski zrak in skorja, segrevajo naš planet in zagotavljajo organizme vir energije.
Sončna fotosfera, kjer se vidna sončna svetloba in toplota pošiljata v vesolje. Zasluge: NASA/SDO/AIA)
Sonce je v središču bioloških in kemičnih procesov na Zemlji. Brez tega bi se življenjski cikel rastlin in živali končal, moteni bi bili cirkadiani ritmi vseh kopenskih bitij; in sčasoma bi vse življenje na Zemlji prenehalo obstajati. Pomen Sonca je bil priznan že v prazgodovini, pri čemer so številne kulture nanj gledale kot na božanstvo (pogosteje kot na glavno božanstvo v svojih panteonih).
Toda šele v zadnjih nekaj stoletjih je prišlo do razumevanja procesov, ki poganjajo Sonce. Zahvaljujoč nenehnim raziskavam fizikov, astronomov in biologov lahko zdaj razumemo, kako Sonce proizvaja energijo in kako jo prenaša v naš sončni sistem. Preučevanje znanega vesolja s svojo raznolikostjo zvezdnih sistemov in eksoplanetov nam je pomagalo tudi pri primerjanju z drugimi vrstami zvezd.
O tem smo napisali veliko člankov sonce in Sončna energija za Universe Today. Tukaj je Kakšne barve je sonce? , Kako daleč je Zemlja od Sonca? , nekaj Zanimiva dejstva o soncu , in ena o Značilnost Sonca .
Za tiste, ki so zanimivi v resnično špekulativnem in futurističnem, tukaj Ali bi lahko Terraformirali Sonce? , in Nabiranje sončne energije iz vesolja .
Za več informacij obiščite NASA-in vodnik za raziskovanje sončnega sistema na soncu , in tukaj je povezava do Domača stran misije SOHO , ki ima najnovejše slike s Sonca.
Astronomy Cast ima tudi nekaj zanimivih epizod o Soncu. Poslušaj tukaj, Epizoda 30: Sonce, pege in vse , in Epizoda 320: Plasti sonca .
