Selv om du ikke har noen spesiell interesse for astronomi - ennå - har du uten tvil lurt på hva som skjer den massive lyse kulen på himmelen som både er farlig varm og bokstavelig talt livgivende samtidig tid. Du vet sikkert at solen er en stjerne, omtrent som de utallige lyspunktene som tar solens plass over hodet om natten når mørket setter inn, bare nærmere. Du vet kanskje at den har sin egen drivstoffforsyning, og at denne tilførselen, selv om den ikke er uendelig, er så stor at den ikke kan beregnes. Du skjønner sannsynligvis at det ikke ville være en god idé å komme mye nærmere solen selv om du hadde muligheten til å gjøre det - men at det ville være nesten like dårlig en idé å komme langt lenger enn du allerede er, en avstand på ca 93 millioner miles.
Når du grubler over det, har du kanskje ikke vurdert ideen om at solen ikke er en ensartet lyskule og varme, men har i stedet lag i seg selv, akkurat som jorden og de andre syv planetene i solsystemet gjøre. Hva er disse lagene - og hvordan i all verden er menneskelige forskere i stand til å vite om dem fra så stor avstand uansett?
Solen og solsystemet
Solen ligger i sentrum av solsystemet (derav navnet!) Og står for 99,8 prosent av solsystemets masse. På grunn av virkningen av tyngdekraften, alt i solsystemet - de åtte planetene, de fem (for nå) dvergplaneter, månene til disse planetene og dvergplanetene, asteroider og andre mindre elementer som kometer - dreier seg rundt sol. Planeten Merkur tar litt mindre enn 88 jorddager for å fullføre en tur rundt solen, mens Neptun tar nesten 165 jordår.
Solen er en ganske ubeskrivelig stjerne når stjernene går, og tjener klassifiseringen som "gul dverg." Med en alder på omtrent 4,5 milliarder år sitter solen omtrent 26.000 lysår fra sentrum av galaksen den bor, Melkeveien Galaxy. Som referanse er et lysår den avstanden lyset reiser på ett år, omtrent 6 billioner miles. Så stort som selve solsystemet er, er Neptun, den lengste planeten fra solen i en avstand på nesten 2,8 milliarder miles, knapt 1/2000 av et lysår fra solen.
Solen, i tillegg til å fungere som en gigantisk ovn, har også en sterk intern elektrisk strøm. Elektriske strømmer genererer magnetfelt, og solen har et enormt magnetfelt som forplanter seg gjennom solsystemet som solvind - elektrisk ladet gass som flyr utover fra solen i hvert retning.
Er solen en stjerne?
Solen er som nevnt en gul dverg, men den er mer formelt klassifisert som en G2-spektralklassestjerne. Stjerner klassifiseres i rekkefølge fra varmeste til kuleste som type O-, B-, A-, F-, G-, K- eller M-stjerner. De hotteste har en overflatetemperatur på omtrent 30.000 til 60.000 Kelvin (K), mens solens overflatetemperatur er relativt lunken 5780 K. (For referanse er Kelvin-grader samme "størrelse" som Celsius-grader, men skalaen starter 273 grader lavere. Det vil si 0 K, eller "absolutt null", er lik −273 C, 1.273 K tilsvarer 1000 C og så videre. Også gradssymbolet er utelatt fra Kelvin-enheter.) Solens tetthet, som verken er et fast stoff, a væske eller gass og er best klassifisert som plasma (dvs. elektrisk ladet gass), er omtrent 1,4 ganger så stor som vann.
Annen viktig solstatistikk: Solen har en masse på 1,989 × 1030 kg og en radius på ca 6,96 × 108 m. (Siden lysets hastighet er 3 × 108 m / s, lys fra den ene siden av solen ville ta litt over to sekunder å passere helt gjennom midten til andre siden.) Hvis solen var så høy som for eksempel en typisk dør, ville jorden være omtrent like høy som et amerikansk nikkel som sto på kant. Likevel eksisterer stjerner 1000 ganger solens diameter, det samme gjør dvergstjerner som er mindre enn en hundredel så brede.
Solen slukker også 3,85 × 1026 watt kraft, hvorav ca 1340 watt per kvadratmeter når jorden. Dette betyr en lysstyrke på 4 × 1033 ergs. Disse tallene betyr sannsynligvis ikke mye isolert, men for referanse innebærer en eksponent på "bare" 9 milliarder, mens en eksponent på 12 oversettes til billioner. Dette er enorme tall! Likevel er noen stjerner så mange som en million ganger mer lysende enn solen er, noe som betyr at deres effekt er en million ganger større. Samtidig er noen stjerner tusen eller så ganger mindre lysende.
Det er interessant å merke seg at selv om solen i beste fall er klassifisert som en beskjeden stjerne, er den fortsatt mer massiv enn 95 prosent av de kjente stjernene som eksisterer. Implikasjonen av dette er at de fleste stjerner er godt forbi sin beste alder og har krympet betydelig siden deres levetid toppet milliarder av år tidligere, og fortsetter nå i sin alderdom i slekt anonymitet.
Hva er solens fire regioner?
Solen kan deles i fire romlige regioner, bestående av kjernen, strålingssonen, konvektivssonen og fotosfæren. Sistnevnte sitter under to ekstra lag, som vil bli utforsket i neste avsnitt. Et soldiagram bestående av et tverrsnitt, som en visning av innsiden av en ball som er kuttet nøyaktig i to, vil således inkludere en sirkel i sentrum som representerer kjernen, og deretter suksessive ringer rundt den fra innsiden til ut som betegner strålingssonen, konvektivssonen og fotosfæren.
De kjerne av solen er der alt som observatører på jorden kan måle som lys og varme har sitt utspring. Denne regionen strekker seg utover til omtrent en fjerdedel av veien fra sentrum av solen. Temperaturen helt i sentrum av solen er beregnet til å være omtrent 15,5 millioner K til 15,7 millioner K, tilsvarende omtrent 28 millioner grader Fahrenheit. Dette gjør at overflatetemperaturen på rundt 5780 K virker positivt kjølig. Varmen inne i kjernen genereres av en konstant sperring av kjernefusjonsreaksjoner, hvor to molekyler av hydrogen kombineres med tilstrekkelig kraft til å få dem til å bli sammen til helium (med andre ord hydrogenmolekylene lunte.)
De strålesone av solen er så kalt fordi det er i dette sfæriske skallet - et område som starter omtrent en fjerdedel av veien fra sentrum av solen, der kjernen ender, og strekker seg utover omtrent tre fjerdedeler av veien til solens overflate der den møter konveksjonssonen - at energien frigjort fra fusjonen inne i kjernen beveger seg utover i alle retninger, eller utstråler. Overraskende nok tar det veldig lang tid for utstrålende energi å reise over tykkelsen på strålingsområdet - faktisk flere hundre tusen år! Så usannsynlig som dette sannsynligvis høres ut, på soltid, er dette ikke veldig lenge, gitt at solen allerede er 4,5 milliarder år gammel og fremdeles går sterk.
De konvektiv sone tar opp det meste av den ytterste en fjerdedel av solens volum. Ved begynnelsen av denne sonen (det vil si på innsiden) er temperaturen omtrent 2.000.000 K og fallende. Som et resultat er det plasmalignende materialet som danner solens indre, tro det eller ikke, for kult og ugjennomsiktig for å la varme og lys fortsette å bevege seg mot soloverflaten i form av stråling. I stedet overføres denne energien via konveksjon, som egentlig er bruk av fysiske medier for å skyte energi sammen i stedet for å la den ri alene. (Bobler som stiger fra bunnen av en gryte med kokende vann til overflaten og frigjør varme mens de spretter, er et eksempel på konveksjon.) i motsetning til den lange tidsperioden det tar for energi å navigere i strålesonen, beveger energi seg relativt gjennom konveksjonssonen raskt.
De fotosfæren består av en sone der sollagene endres fra å være helt ugjennomsiktige, og dermed blokkere stråling, til å være gjennomsiktige. Dette betyr at både lys og varme kan passere uhindret. Fotosfæren er derfor det laget av solen som lyset som er synlig for det uhjelpte menneskelige øyet, sendes ut. Dette laget er bare 500 km tykt, noe som betyr at hvis hele solen sammenlignes med en løk, representerer fotosfæren løkets hud. Temperaturen i bunnen av denne regionen er varmere enn den er på solens overflate, men ikke dramatisk - omtrent 7500 K, en forskjell på mindre enn 2000 K.
Hva er sollagene?
Som bemerket regnes solens kjerne, strålingssone, konvektiv sone og fotosfære som regioner, men hver kan også klassifiseres som et av lagene i solen, hvorav det er seks i antall. Eksternt for fotosfæren er solens atmosfære, som inkluderer to lag: kromosfæren og koronaen.
De kromosfæren strekker seg omtrent 2000 til 10.000 km over solens overflate (det vil si den ytterste delen av fotosfæren), avhengig av hvilken kilde du oppsøker. Merkelig nok faller temperaturen noe forutsigbart med økende avstand fra fotosfæren først, men begynner så å stige igjen, muligens på grunn av solens effekter magnetfelt.
De korona (Latin for "krone") strekker seg over kromosfæren til en avstand på flere ganger solens radius og når temperaturer så høyt som 2.000.000 K, som ligner det indre av konveksjonssonen. Dette sollaget er veldig tynt og inneholder bare omtrent 10 atomer per cm3, og den er sterkt krysset av magnetfeltlinjer. "Strømmere" og gassformer dannes langs disse magnetfeltlinjene og blåses utover av solvinden, å gi solen sitt karakteristiske utseende som å ha lysrender når hoveddelen av solen er tilslørt.
Hva er de ytre delene av solen?
Som nevnt er de ytterste delene av solen fotosfæren, som er en del av solen, og kromosfæren og koronaen, som er en del av solens atmosfære. Dermed kan solen være avbildet som å ha tre indre deler (kjernen, strålingssonen og den konvektive sonen) og tre ytre deler (fotosfæren, kromosfæren og koronaen).
En rekke interessante begivenheter utspiller seg på eller like over solens overflate. En av disse er solflekker, som dannes i fotosfæren i relativt kule (4000 K) områder. En annen er solbluss, som er eksplosive hendelser på overflaten preget av veldig intens lysning av regioner i solatmosfæren i form av røntgenstråler, ultrafiolett og synlig lys. Disse utspiller seg over perioder som varer i noen minutter, og forsvinner deretter over en noe lengre tidsramme på en time eller rundt.