Hoe geeft de zon energie vrij?

De zon is, net als alle actieve sterren, een enorme waterstofbrandende oven die enorme hoeveelheden licht, warmte en straling produceert, ongeveer 4 x 10^26 watt per seconde. De zon is in feite de oorsprong van alle energie op aarde, zelfs fossiele brandstoffen. Het proces waarbij de zon energie creëert en vrijgeeft, wordt fusie genoemd.

Waterstof is het lichtste, meest eenvoudige element in het universum en bestaat uit slechts één proton en één elektron. Bij lage temperaturen stoten de positieve ladingen van de waterstofkernen elkaar af, waardoor fusie wordt voorkomen. Als een jonge ster echter condenseert en zijn temperatuur en druk verhoogt, zullen vier waterstofatomen dicht genoeg bij elkaar komen om samen te smelten tot één enkel heliumatoom. Daarbij wordt een deel van de massa omgezet in energie. Waterstoffusie kan beginnen bij 8 miljoen graden Kelvin. Naarmate de waterstoffusie vordert, bereikt de ster steeds hogere temperaturen waardoor hij zwaardere elementen kan samensmelten. Drie atomen helium smelten samen tot een enkel atoom van koolstof-12 bij 100 miljoen graden Kelvin.

De energie die vrijkomt bij fusie is in de vorm van gammastralen, kleine maar zeer energetische stralingsgolven. Hun hoge frequentie maar kleine golflengte maakt ze gevaarlijk voor levende cellen. Gelukkig vindt de meeste fusie plaats in de kern van de zon, en voordat de gammastralen de ruimte in kunnen worden vrijgegeven, moeten ze door de buitenste lagen van de zon gaan. Direct rondom de kern bevindt zich de stralingszone, een gebied dat zo dicht is dat het gemiddeld 171.000 jaar en tot enkele miljoenen jaren duurt voordat energie eraan ontsnapt. De volgende laag is de convectiezone, waar heet plasma dicht bij de kern stijgt terwijl het koelere plasma daalt. In de convectiezone worden veel gammastralen verder afgeremd en planten ze zich voort als fotonen, deeltjes van zichtbaar licht, terwijl de energie naar het oppervlak van de zon beweegt.

De fotosfeer is het gebied van de zon dat het zichtbare licht bevat. De temperatuur ligt nog steeds tussen de 4.500 en 6.000 graden Kelvin, maar is aanzienlijk koeler dan de binnenste lagen. Het buitenste deel van de fotosfeer wordt de corona genoemd en is waar zonnevlekken en zonneprotuberansen voorkomen. Van de energie die de aarde bereikt, is ongeveer de helft zichtbaar licht en de helft bevindt zich in het infrarode deel van het elektromagnetische spectrum. Maar het gevaarlijkst is de kleine hoeveelheid ultraviolette straling. Energie die uit de fotosfeer ontsnapt, beweegt met ongeveer de snelheid van het licht, en het duurt ongeveer acht minuten om de aarde te bereiken.