Bagian Luar & Dalam Matahari

Bahkan jika Anda tidak memiliki minat khusus dalam astronomi – belum – Anda pasti bertanya-tanya apa yang terjadi di bola terang besar di langit yang sangat panas dan benar-benar memberi kehidupan pada saat yang sama waktu. Anda mungkin tahu bahwa matahari adalah bintang, sama seperti titik cahaya yang tak terhitung jumlahnya yang mengambil tempat matahari di atas kepala pada malam hari ketika kegelapan datang, hanya lebih dekat. Anda mungkin tahu bahwa ia memiliki pasokan bahan bakarnya sendiri dan bahwa pasokan ini, meskipun tidak terbatas, sangat luas sehingga tidak dapat dihitung. Anda mungkin menyadari bahwa bukan ide yang bagus untuk lebih dekat dengan matahari bahkan jika Anda memiliki kemampuan untuk melakukannya – tetapi itu akan menjadi ide yang hampir sama buruknya untuk menyimpang lebih jauh darinya daripada yang sudah Anda lakukan, jarak sekitar 93 juta mil.

Namun, dalam perenungan Anda, Anda mungkin tidak mempertimbangkan gagasan bahwa matahari bukanlah bola cahaya yang seragam dan panas, tetapi memiliki lapisan tersendiri, seperti Bumi dan tujuh planet lainnya di tata surya melakukan. Apa saja lapisan-lapisan ini – dan bagaimana mungkin ilmuwan manusia bisa mengetahuinya dari jarak yang begitu jauh?

Matahari terletak di pusat tata surya (karena itu namanya!) dan menyumbang 99,8 persen massa tata surya. Karena efek gravitasi, segala sesuatu di tata surya – delapan planet, lima (untuk saat ini) planet kerdil, bulan dari planet-planet dan planet kerdil, asteroid dan elemen kecil lainnya seperti komet – berputar di sekitar matahari. Planet Merkurius membutuhkan waktu kurang dari 88 hari Bumi untuk menyelesaikan satu perjalanan mengelilingi matahari, sedangkan Neptunus membutuhkan waktu hampir 165 tahun Bumi.

Matahari adalah bintang yang cukup mencolok saat bintang-bintang pergi, mendapatkan klasifikasi "katai kuning". Dengan usia sekitar 4,5 miliar tahun, matahari berada sekitar 26.000 tahun cahaya dari pusat galaksi yang didiaminya, Bima Sakti Galaksi. Sebagai referensi, satu tahun cahaya adalah jarak yang ditempuh cahaya dalam satu tahun, sekitar 6 triliun mil. Seluas tata surya itu sendiri, Neptunus, planet terjauh dari matahari pada jarak hampir 2,8 miliar mil, hampir 1/2000 tahun cahaya dari matahari.

Matahari, selain berfungsi sebagai tungku raksasa, juga memiliki arus listrik internal yang kuat. Arus listrik menghasilkan medan magnet, dan matahari memiliki medan magnet yang luas yang merambat melalui tata surya sebagai angin matahari – gas bermuatan listrik yang terbang keluar dari matahari di setiap arah.

Matahari, sebagaimana dicatat, adalah katai kuning, tetapi secara lebih formal diklasifikasikan sebagai bintang kelas spektral G2. Bintang diklasifikasikan dalam urutan dari yang terpanas hingga yang paling keren sebagai bintang tipe O, B, A, F, G, K atau M. Yang terpanas memiliki suhu permukaan sekitar 30.000 hingga 60.000 Kelvin (K), sedangkan suhu permukaan matahari relatif hangat 5.780 K. (Untuk referensi, derajat Kelvin adalah "ukuran" yang sama dengan derajat Celcius, tetapi skalanya mulai 273 derajat lebih rendah. Artinya, 0 K, atau "nol mutlak", sama dengan 273 C, 1,273 K sama dengan 1.000 C dan seterusnya. Juga, simbol derajat dihilangkan dari satuan Kelvin.) Massa jenis matahari, yang bukan benda padat, a cair atau gas dan paling baik diklasifikasikan sebagai plasma (yaitu, gas bermuatan listrik), adalah sekitar 1,4 kali lipat dari air.

Statistik matahari vital lainnya: Matahari memiliki massa 1,989 × 10³⁰ kg dan jari-jari sekitar 6,96 × 10⁸ m. (Karena kecepatan cahaya adalah 3 × 10⁸ m/s, cahaya dari satu sisi matahari akan membutuhkan waktu lebih dari dua detik untuk melewati bagian tengah ke sisi lain.) Jika matahari setinggi, katakanlah, pintu biasa, Bumi akan setinggi nikel AS yang berdiri di atas tepi. Namun bintang 1.000 kali diameter matahari ada, seperti halnya bintang kerdil yang lebarnya kurang dari seperseratus.

Matahari juga mengeluarkan 3,85 × 10²⁶ watt daya, sekitar 1340 watt per meter persegi yang mencapai Bumi. Ini diterjemahkan menjadi luminositas 4 × 10³³ erg. Angka-angka ini mungkin tidak berarti banyak secara terpisah, tetapi untuk referensi, eksponen "hanya" 9 menyiratkan miliaran, sedangkan eksponen 12 berarti triliunan. Ini adalah angka yang sangat besar! Namun beberapa bintang memiliki cahaya satu juta kali lebih terang daripada matahari, yang berarti bahwa output daya mereka satu juta kali lebih besar. Pada saat yang sama, beberapa bintang seribu kali kurang bercahaya.

Sangat menarik untuk dicatat bahwa meskipun matahari diklasifikasikan sebagai bintang sederhana yang terbaik dalam skema keseluruhan, masih lebih besar dari 95 persen dari bintang yang diketahui ada. Implikasinya adalah sebagian besar bintang sudah melewati masa jayanya dan telah menyusut jauh sejak itu puncak hidup mereka miliaran tahun sebelumnya, dan sekarang melanjutkan usia tua mereka secara relatif anonimitas.

Matahari dapat dibagi menjadi empat spasial daerah, terdiri dari inti, zona radiasi, zona konvektif dan fotosfer. Yang terakhir duduk di bawah dua tambahan lapisan, yang akan dieksplorasi di bagian selanjutnya. Diagram matahari yang terdiri dari penampang, seperti tampilan bagian dalam bola yang telah dipotong tepat menjadi dua, dengan demikian akan mencakup lingkaran di pusat mewakili inti, dan kemudian cincin berturut-turut di sekitarnya dari dalam ke luar yang menunjukkan zona radiasi, zona konvektif dan fotosfer.

Itu inti matahari adalah tempat segala sesuatu yang dapat diukur oleh pengamat di Bumi sebagai cahaya dan panas. Wilayah ini meluas ke luar sekitar seperempat jarak dari pusat matahari. Suhu di pusat matahari diperkirakan sekitar, 15,5 juta K hingga 15,7 juta K, sama dengan sekitar 28 juta derajat Fahrenheit. Hal ini membuat suhu permukaan sekitar 5.780 K tampak sangat dingin. Panas di dalam inti dihasilkan oleh rentetan reaksi fusi nuklir yang konstan, di mana dua molekul hidrogen bergabung dengan kekuatan yang cukup untuk menyebabkan mereka bergabung bersama menjadi helium (dengan kata lain, molekul hidrogen sekering.)

Itu zona radiasi Matahari dinamakan demikian karena ia berada di kulit bola ini – sebuah wilayah yang dimulai sekitar seperempat jarak dari pusat matahari, di mana inti berakhir, dan memanjang ke luar sekitar tiga perempat perjalanan ke permukaan matahari di mana ia bertemu dengan zona konvektif – energi yang dilepaskan dari fusi di dalam inti bergerak keluar ke segala arah, atau memancarkan. Anehnya, dibutuhkan waktu yang sangat lama untuk memancarkan energi untuk melakukan perjalanan melintasi ketebalan wilayah radiasi – bahkan, beberapa ratus ribu tahun! Meskipun kedengarannya tidak mungkin, dalam waktu matahari, ini tidak terlalu lama, mengingat usia matahari sudah 4,5 miliar tahun dan masih kuat.

Itu zona konvektif menempati sebagian besar seperempat volume matahari. Pada awal zona ini (yaitu, di bagian dalam) suhu sekitar 2.000.000 K dan menurun. Akibatnya, materi seperti plasma yang membentuk interior matahari, percaya atau tidak, terlalu dingin dan buram untuk memungkinkan panas dan cahaya untuk terus melakukan perjalanan menuju permukaan matahari dalam bentuk radiasi. Alih-alih, energi ini ditransmisikan melalui konveksi, yang pada dasarnya adalah penggunaan media fisik untuk mengalirkan energi alih-alih membiarkannya berjalan sendiri. (Gelembung yang naik dari dasar panci berisi air mendidih ke permukaan dan melepaskan panas saat meletus merupakan contoh konveksi.) Dalam Berbeda dengan periode waktu yang lama yang dibutuhkan energi untuk menavigasi zona radiasi, energi bergerak melalui zona konveksi secara komparatif segera.

Itu fotosfer terdiri dari zona di mana lapisan matahari berubah dari yang sepenuhnya buram, sehingga menghalangi radiasi, menjadi transparan. Ini berarti bahwa cahaya serta panas dapat melewati tanpa hambatan. Oleh karena itu, fotosfer adalah lapisan matahari dari mana cahaya yang terlihat oleh mata manusia tanpa bantuan dipancarkan. Lapisan ini hanya setebal 500 km, artinya jika seluruh matahari diibaratkan bawang, maka fotosfer mewakili kulit bawang. Suhu di bagian bawah wilayah ini lebih panas daripada di permukaan matahari, meskipun tidak begitu drastis – sekitar 7.500 K, perbedaannya kurang dari 2.000 K.

Sebagaimana dicatat, inti matahari, zona radiasi, zona konvektif, dan fotosfer dianggap sebagai wilayah, tetapi masing-masing juga dapat diklasifikasikan sebagai salah satu lapisan matahari, yang jumlahnya enam. Di luar fotosfer adalah atmosfer matahari, yang meliputi dua lapisan: kromosfer dan korona.

Itu kromosfer memanjang sekitar 2.000 hingga 10.000 km di atas permukaan matahari (yaitu, bagian terluar dari fotosfer), tergantung pada sumber apa yang Anda lihat. Anehnya, suhu agak dapat diprediksi turun dengan meningkatnya jarak dari fotosfer pada awalnya, tetapi kemudian mulai naik lagi, mungkin karena efek matahari Medan gaya.

Itu korona (Latin untuk "mahkota") memanjang di atas kromosfer hingga jarak beberapa kali radius matahari dan mencapai suhu setinggi 2.000.000 K, mirip dengan interior zona konveksi. Lapisan matahari ini sangat renggang, hanya mengandung sekitar 10 atom per cm³, dan sangat dilintasi oleh garis-garis medan magnet. "Pita" dan gumpalan gas terbentuk di sepanjang garis medan magnet ini dan dihembuskan ke luar oleh angin matahari, memberikan matahari penampilan karakteristiknya memiliki sulur-sulur cahaya ketika bagian utama matahari adalah dikaburkan.

Sebagaimana dicatat, bagian terluar matahari adalah fotosfer, yang merupakan bagian dari matahari, dan kromosfer dan korona, yang merupakan bagian dari atmosfer matahari. Dengan demikian matahari dapat digambarkan memiliki tiga bagian dalam (inti, zona radiasi dan zona konvektif) dan tiga bagian luar (fotosfer, kromosfer, dan korona).

Sejumlah peristiwa menarik terungkap di atau tepat di atas permukaan matahari. Salah satunya adalah bintik matahari, yang terbentuk di fotosfer di daerah yang relatif dingin (4.000 K). Yang lainnya adalah solar flare, yaitu peristiwa ledakan di permukaan yang ditandai dengan sangat intensnya daerah-daerah di atmosfer matahari dalam bentuk sinar-x, ultraviolet, dan cahaya tampak. Ini terungkap selama periode yang berlangsung selama beberapa menit, dan kemudian memudar dalam jangka waktu yang agak lebih lama dari satu jam atau sekitar itu.