Всесвіт сьогодні
Внутрішня частина Сонця. Фотографія надана: NASA.
Звідси з Землі. Сонце схоже на гладкий кулю вогню, і до відкриття сонячних плям космічним кораблем Galileo, астрономи навіть вважали, що воно було ідеальним кулею без дефектів. Тим не менш, ми тепер знаємо, що Сонце, як Земля, насправді складаються з декількох шарів, кожен з яких служить своїм власним мети. Це така структура Сонця, яка приводить в дію цю масивну піч і постачальника всього земного життя і енергії.
З чого складається Сонце?
Якби ви могли розділити Сонце на частини, і порівняти ці різні елементи, ви б виявили, що Сонце складається з водню (74%) і гелію (близько 24%). Астрономи вважають, що будь-який елемент, важчих за гелій буде металом. Залишок Сонця становить залізо, нікель, кисень, кремній, сірку, магній, вуглець, неон, кальцій і хром. Фактично, Сонце має 1% кисню; а все інше - це залишився 1%.
Залишки наднової NR 0509-67.5. Наднові надавали більш важкі елементи в Сонце. Фотографія надана: NASA / ESA / CXC.
Звідки з'явилися ці елементи? Водень і гелій з'явилися від Великого Вибуху. У ранні моменти Всесвіту, перший елемент, водень, утворився з супу елементарних частинок. Тиск і температури були все ще сильні, що весь Всесвіт мала одні й ті ж умови як в ядрі зірки. Водень синтезировался в гелій, поки Всесвіт не охолола достатньо, що ця реакція не могла б більше відбуватися. Співвідношення водню і гелію, які ми бачимо у Всесвіті в наші дні, було створено в ці перші моменти після Великого Вибуху.
Інші елементи були створені в інших зірках. Зірки постійно синтезують водень в гелій в своїх ядрах. Як тільки водень в ядрі виробиться, вони переключаться на ядерний синтез все більш і більш важких елементів, як гелій, літій, кисень. Більшість більш важких металів, які ми бачимо в Сонце утворилися в інших зірках в кінці їх життів.
Найважчі елементи, як золото і уран, утворилися, коли зірки, у багато разів потужніші за наше Сонце, здетонували у вибухах наднових. У частки секунди, коли утворювалася чорна діра, елементи стикалися разом при інтенсивному теплі і тиску для освіти найважчих елементів. Вибух поширив ці елементи по всьому регіону, де вони могли б сприяти утворенню нових зірок.
Наше Сонце складається з елементів, що залишилися від Великого Вибуху, елементів, які утворилися з вмираючих зірок, і елементів, створених в наднових. Це досить дивно.
Ланцюжок протон-протон, яка живить ядерний синтез всередині ядра нашого Сонця. Надано: Ian O'Neill.
Хоча Сонце головним чином просто куля з водню і гелію, воно насправді розбите на виразні шари. Шари Сонця були створені, тому що температури і тиску збільшуються, коли ви рухаєтеся до центра Сонця. Водень і гелій поводяться по-різному при різних умовах, що змінюються.
Давайте почнемо з самого внутрішнього шару Сонця, ядра. Це самий центр Сонця, де температури і тиску такі високі, що може відбуватися ядерний синтез. Сонце об'єднує водень в атоми гелію, і ця реакція віддає світло і тепло, які ми бачимо тут на Землі. Щільність ядра в 150 разів більше щільності води, а температури, як вважають, доходять до 13,600,000 градусів Кельвіна.
Астрономи вважають, що ядро Сонця тягнеться від центру до близько 0.2 сонячного радіуса. І всередині цього регіону температури і тиску такі високі, що атоми водню розриваються на частини для утворення окремих протонів, нейтронів і електронів. При всіх цих вільно плаваючих частках Сонце здатне перетворювати їх в атоми гелію.
Ця реакція екзотермічна. Це означає, що реакція віддає величезну кількість тепла - 3.89 х 10 33 ерг енергії кожну секунду. Тиск світла всієї цієї енергії, що тече з ядра Сонця таке, що зупиняє його від стягування всередину себе.
Масивний викид корональної маси. Ця фотографія показує розмір Землі для порівняння в лівому верхньому кутку. Надано: NASA / SDO / J. Major.
Радіаційна зона Сонця починається на кордоні ядра (0.2 сонячного радіуса), і простягається до 0.7 радіуса. Усередині радіаційної зони сонячне речовина досить гаряче і щільне для того, щоб теплове випромінювання передавало тепло ядра за межі Сонця.
Ядро Сонця - це там, де відбуваються реакції ядерного синтезу - протони зливаються разом для створення атомів гелію. Ця реакція виробляє величезну кількість гамма-випромінювання. Ці фотони енергії випускаються, поглинаються і потім випускаються знову різними частинками в радіаційній зоні.
Траєкторія, яка потрібна фотонам, називається "випадкове блукання". Замість руху прямого променя світла, вони подорожують зигзагами, в кінцевому рахунку досягаючи поверхні Сонця. Фактично, окремим фотону може знадобитися 200,000 років, щоб здійснити подорож через радіаційну зону Сонця. Оскільки вони переходять від частки до частки, фотони втрачають енергію. Це добре, тому що ми б не хотіли отримувати тільки гамма-випромінювання, струмуюче з Сонця. Як тільки ці фотони досягають космосу, їм потрібно приблизно 8 хвилин, щоб досягти Землі.
Більшість зірок матимуть радіаційні зони, але їх розмір залежить від розміру зірки. Маленькі зірки матимуть набагато менші зони, а конвективная зона займе велику частину зірки. Найменші зірки можуть не мати радіаційної зони зовсім, при конвективної зоні, що досягає всього шляху до ядра. Найбільші зірки мали б зворотну ситуацію, де радіаційна зона займає весь шлях до поверхні.
Зовні радіаційної зони є ще шар, званий конвективная зона, де тепло зсередини Сонця переноситься в стовпах гарячого газу.
Більшість зірок мають конвективную зону. У разі Сонця, вона починається від 70% сонячного радіуса до зовнішньої поверхні (фотосфери). Газ глибше всередині зірки нагрівається так, що піднімається, як бульбашки воску в лавової лампі. Коли він досягає поверхні, газ втрачає частину тепла, охолоджується і занурюється назад до центру, щоб забрати більше тепла. Ще приклад - горщик окропу на печі.
Сонячний протуберанець і сонячна пляма 1271. Надано: John Chumack.
Поверхня Сонця виглядає гранульованої. Ці гранули є стовпами гарячого газу, які несуть тепло до поверхні. Вони можуть бути більше 1000 км в ширину, і зазвичай тривають 8-20 хвилин до розсіювання.
Астрономи вважають, що зірки з низькою масою, як червоні карлики, мають конвективную зону, яка поширена до ядра. На відміну від Сонця, вони не мають радіаційної зони зовсім.
Шар Сонця, який ми можемо бачити з Землі, називається фотосфера. Нижче фотосфери, Сонце стає непрозорим для видимого світла, і астрономи повинні використовувати інші методи для зондування внутрішньої частини. Температура фотосфери близько 6000 Кельвін, і віддає жовто-білий світ, який ми бачимо.
Вище фотосфери знаходиться атмосфера Сонця. Можливо, сама ефектна - це корона, яку видно під час повного сонячного затемнення.
Схема Сонця. Надано: NASA.
- Видиме, інфрачервоне і ультрафіолетове випромінювання (Visible, IR and UV radiation) - Світло, який ми бачимо приходять, видно, але якщо ви закриєте очі і просто відчуєте тепло, ось інфрачервоне випромінювання. А світло, який дає вам загар - це ультрафіолетове випромінювання. Сонце виробляє всі ці довжини хвиль одночасно.
- Фотосфера 6000 Кельвін (Photosphere 6000 K) - фотосфера - це поверхня Сонця. Це регіон, де світло зсередини нарешті досягає космосу. Температура 6000 Кельвін - то ж, що 5700 градусів Цельсія.
- Радіо емісія (Radio emissions) - На додаток до видимого, інфрачервоного і ультрафіолетового, Сонце також віддає радіо емісію, яка може бути виявлена радіо телескопом. Ця емісія зростає і падає в залежно від числа сонячних плям на поверхні Сонця.
- Корональна діра (Coronal Hole) - Це регіони на Сонце, де корона холодніше, темніше і має менш щільну плазму.
- 2100000 Кельвін - Це температура радіаційної зони Сонця.
- Конвективная зона / Турбулентна конвекція (Convective zone / Turbulent convection) - Це регіон Сонця, де тепло від ядра передається через конвекцію. Теплі стовпи плазми піднімаються до поверхні, випускають своє тепло, а потім падають назад, щоб нагрітися знову.
- Корональні петлі (Coronal loops) - Це петлі плазми в атмосфері Сонця, які слідують за магнітними лініями. Вони виглядають як великі арки, що розтягуються від поверхні Сонця на сотні тисяч кілометрів.
- Ядро (Core) - Це серце Сонця, де температури і тиску такі високі, що може відбуватися ядерний синтез. Вся енергія, що виходить від Сонця, відбувається з ядра.
- 14,500,000 Кельвін. Температура ядра Сонця.
- Радіаційна зона (Radiative Zone) - Регіон Сонця, де енергія може бути передана тільки через радіацію. Одному фотону може знадобитися 200,000 років, щоб досягти з ядра через радіаційну зону до поверхні і в космос.
- Нейтрино (Neutrinos) - Нейтрино є частинками майже без маси, що випускаються з Сонця як частина реакцій ядерного синтезу. Мільйони нейтрино проходять через ваше тіло щосекунди, але вони не взаємодіють, так що ви не відчуваєте їх.
- Хромосферні спалах (Chromospheric Flare) - Магнітне поле Сонця може закручуватися, а потім різко обриватися в різних конфігураціях. Коли це відбувається, можуть бути потужні рентгенівські спалахи, що виділяються з поверхні Сонця.
- Петля магнітного поля (Magnetic Field Loop) - Магнітне поле Сонця тягнеться над його поверхнею, і може бути видно, тому що гаряча плазма в атмосфері слід по магнітним лініям.
- Сонячні плями (Spot- A sunspot) - Це області на поверхні Сонця, де лінії магнітного поля пронизують поверхню Сонця, і вони відносно холодніше, часто у формі петлі.
- Енергійні частки (Energetic particles) - Там можуть бути енергійні частинки, що випускаються з поверхні Сонця для створення сонячного вітру. У сонячних бурях, енергійні протони можуть прискорюватися майже до швидкості світла.
- Рентгенівські промені (X-rays) На додаток до довжин хвиль, які ми можемо бачити, є невидимі рентгенівські промені, що з'являються з Сонця, особливо під час спалахів. Атмосфера Землі захищає нас від цього випромінювання.
- Яскраві плями і недовгі магнітні регіони (Bright spots and short-lived magnetic regions) - Поверхня Сонця має набагато яскравіші і більш тьмяні плями, викликані зміною температур. Температури змінюються від постійно зрушується магнітного поля.