Који гасови чине сунце?

Наше сунце је, као и свака друга звезда, џиновска кугла ужарене плазме. То је самоодрживи термонуклеарни реактор који пружа светлост и топлоту која је потребна нашој планети одржавају живот, док његова гравитација спречава нас (и остатак Сунчевог система) да се окренемо у дубоко свемир.

Сунце садржи неколико гасова и других елемената који одају електромагнетно зрачење, што омогућава научницима да проучавају сунце иако нису у могућности да приступе физичким узорцима.

ТЛ; ДР (предуго; Нисам прочитао)

Најчешћи гасови на сунцу, по маси, су: водоник (око 70 процената, хелијум (око 28 процената), угљеник, азот и кисеоник (заједно око 1,5 процената). Остатак сунчеве масе (0,5 процента) састоји се од мешавине трагова других елемената, укључујући, али не ограничавајући се на неон, гвожђе, силицијум, магнезијум и сумпор.

Два елемента чине огромну већину сунчеве материје, масено: водоник (око 70 процената) и хелијум (око 28 процената). Имајте на уму, ако видите различите бројеве, немојте се нервирати; вероватно видите процене према укупном броју појединачних атома. Идемо мисом јер је лакше размишљати о томе.

Следећих 1,5 процената масе чини мешавина угљеника, азота и кисеоника Коначних 0,5 процената је рог изобиља тежих елемената, укључујући, али не ограничавајући се на: неон, гвожђе, силицијум, магнезијум и сумпор.

Можда се питате како тачно знамо шта чини сунце. На крају, ниједан човек никада није био тамо и ниједна летелица никада није вратила узорке соларне материје. Сунце, међутим, непрестано купа земљуелектромагнетно зрачењеи честице које ослобађа његово језгро на фузију.

Сваки елемент апсорбује одређене таласне дужине електромагнетног зрачења (тј. Светлост), а такође емитује одређене таласне дужине када се загрева. 1802. године научник Виллиам Хиде Волластон приметио је да сунчева светлост која пролази кроз призму ствара очекивани дугин спектар, али са запаженим тамним линијама раштрканим ту и тамо.

Да би боље погледао ове појаве, оптичар Јосепх вон Фраунхофер измислио је први спектрометар - у основи побољшана призма - која још више шири различите таласне дужине сунчеве светлости, чинећи их лакшим видети. Такође је олакшало увиђање да Воластонове тамне линије нису трик или илузија - чинило се да су одлика сунчеве светлости.

Научници су схватили да те тамне линије (које се данас зову Фраунхоферове линије) одговарају специфичним таласним дужинама светлости коју апсорбују одређени елементи попут водоника, калцијума и натријума. Стога ти елементи морају бити присутни у спољним слојевима сунца, упијајући део светлости коју емитује језгро.

Временом, све софистицираније методе откривања омогућиле су нам да квантификујемо излаз сунца: електромагнетни зрачење у свим облицима (рендгенски зраци, радио таласи, ултраљубичасто, инфрацрвено и тако даље) и проток субатомских честица попут неутрино. Мерећи шта сунце ослобађа и шта упија, из далека смо изградили врло темељно разумевање сунчевог састава.

Да ли сте случајно приметили неке узорке у материјалима који чине сунце? Водоник и хелијум су прва два елемента у периодном систему: најједноставнији и најлакши. Што је елемент тежи и сложенији, то га мање налазимо на сунцу.

Овај тренд смањења количина како прелазимо са лакших / једноставнијих на теже / сложенијих елемената одражава како се звезде рађају и њихову јединствену улогу у нашем универзуму.

Одмах након Великог праска, свемир није био ништа друго до врели, густи облак субатомских честица. Било је потребно скоро 400 000 година хлађења и ширења да би се ове честице спојиле у облику који бисмо препознали као први атом, водоник.

Дуго времена свемиром су доминирали атоми водоника и хелијума који су могли спонтано да се формирају унутар исконске субатомске супе. Полако ови атоми почињу да формирају растресите накупине.

Ови агрегати су имали већу гравитацију, па су непрестано расли, повлачећи више материјала из близине. После око 1,6 милиона година, неке од ових накупина постале су толико велике да су притисак и топлота у њиховим центрима били довољни да покрену термонуклеарну фузију и рођене су прве звезде.

Ево кључне ствари у вези са нуклеарном фузијом: иако је за почетак потребна огромна количина енергије, процес заправоиздањаенергије.

Размотрите стварање хелијума путем фузије водоника: Два језгра водоника и два неутрона комбинују се да би створили а појединачни атом хелијума, али добијени хелијум заправо има 0,7 одсто мање масе од почетних материјала. Као што знате, материја не може бити ни створена ни уништена, тако да је та маса морала негде отићи. У ствари, трансформисана је у енергију, према Ајнштајновој најпознатијој једначини:

У којима Е.је енергија у џулима (Ј),мје маса килограма (кг) ицје брзина светлости у метрима / секунди (м / с) - константа. Једначину можете ставити на обичан енглески као:

​​енергија (џула) = маса (килограми) × брзина светлости (метара у секунди)²​

Брзина светлости је отприлике 300.000.000 метара у секунди, што значиц²има вредност од приближно 90 000 000 000 000 000 - то је деведесетквадрилион- метара²/second². Када се бавите овако великим бројевима, поставили бисте их у научне записе како бисте уштедели простор, али овде је корисно видети са колико нула имате посла.

Као што можете замислити, чак и мали број помножен садеведесет квадрилионаће завршити врло велико. Сада, погледајмо један грам водоника. Да бисмо били сигурни да нам једначина даје одговор у џулима, изражићемо ову масу као 0,001 килограма - јединице су важне. Дакле, ако прикључите ове вредности за масу и брзину светлости:

То је приближно количини енергије коју је ослободила нуклеарна бомба бачена на Нагасаки и која се налазила унутар једног грама најмањег, најлакшег елемента. Закључак: Потенцијал за производњу енергије претварањем масе у енергију фузијом запањујући је.

Због тога научници и инжењери покушавају да пронађу начин за стварање нуклеарног фузионог реактора овде на Земљи. Сви наши нуклеарни реактори данас раде преко Нуклеарна фисија, који дели атоме на мање елементе, али је много мање ефикасан процес претварања масе у енергију.

Сунце нема чврсту површину попут земљине коре - чак и ако оставите по страни екстремне температуре, не бисте могли да стојите на сунцу. Уместо тога, сунце се састоји од седам различитих слојеваплазме​.

Плазма је четврто, најенергичније, стање материје. Загрејте лед (чврст) и он се истопи у воду (течност). Наставите да га загревате и он се поново претвара у водену пару (гас).

Ако наставите да загревате тај гас, он ће постати плазма. Плазма је облак атома, попут гаса, али у њега је уливено толико енергије да је и билојонизован. Односно, његови атоми су се електрично наелектрисали тако што су им електрони избачени из уобичајених орбита.

Трансформација из гаса у плазму мења својства супстанце, а наелектрисане честице често ослобађају енергију као светлост. Ужарени неонски знаци су у ствари стаклене цеви испуњене неонским гасом - када кроз цев прође електрична струја, гас се претвара у ужарену плазму.

Сунчева сферна структура резултат је две непрекидно надмећуће се силе:гравитацијаиз густе масе у сунчевом центру која покушава да повуче сву своју плазму према енергији из нуклеарне фузије која се одвија у језгру, што доводи до ширења плазме.

Сунце се састоји од седам слојева: три унутрашња и четири спољна. Они су, од центра ка споља:

1. Језгро
2. Зона зрачења
3. Конвективна зона
4. Пхотоспхере
5. Хромосфера
6. Прелазни регион
7. Цорона

Разговарали смо о језгровећ много; ту се одвија фузија. Као што бисте и очекивали, тамо ћете пронаћи највишу температуру на сунцу: неких 27 000 000 000 (27 милиона) степени Фахренхеита.

Тхезона зрачења, која се понекад назива и зона „зрачења“, је место где енергија из језгра путује напоље првенствено као електромагнетно зрачење.

Тхе конвективна зона, звана „зона конвекције“, тамо где енергију преносе струје унутар плазме слоја. Замислите како пара из кључале посуде преноси топлоту из горионика у ваздух изнад пећи и имаћете праву идеју.

Таква „површина“ сунца је фотосфера. То је оно што видимо када гледамо у сунце. Електромагнетно зрачење које емитује овај слој голим оком је видљиво као светлост и толико је светло да скрива од погледа мање густе спољне слојеве.

Тхехромосфераје врућа од фотосфере, али није толико врућа као корона. Његова температура доводи до тога да водоник емитује црвенкасту светлост. Обично је невидљив, али се може видети као црвенкаст сјај који окружује сунце када потпуно помрачење сакрије фотосферу.

Тхепрелазна зонаје танак слој где се температуре драматично померају са хромосфере на корону. Видљив је телескопима који могу да открију ултраљубичасту (УВ) светлост.

Коначно, коронаје крајњи спољни слој сунца и изузетно је врућ - стотине пута топлији од фотосфере - али невидљив голим оком, осим током потпуног помрачења, када се појављује као танка бела аура око сунца. Баш тако заштотако је вруће помало је мистерија, али чини се да су бар један фактор „топлотне бомбе“: пакети изузетно врућ материјал који плута из дубоког сунца пре експлозије и ослобађања енергије у корона.

Као што вам може рећи свако ко је икада имао опекотине, ефекти сунца се шире и даље од короне. У ствари, корона је толико врућа и удаљена је од језгра да сунчева гравитација не може задржати прегрејану плазму - наелектрисане честице струје у свемир као константасоларни ветар​.

Упркос невероватној величини сунца, на крају ће остати без водоника који му је потребан да одржи своје фузијско језгро. Сунце има предвиђени укупан животни век од око 10 милијарди година. Рођен је пре око 4,6 милијарди година, па ће проћи доста времена пре него што ће изгорети, али хоће.

Сунце зрачи процењених 3.846 × 10²⁶ Ј енергије сваки дан. Са тим знањем можемо проценити колику масу мора претворити у секунди. За сада ћемо вам поштедети још математике; излази на око 4,27 × 10⁹ кгу секунди. За само три секунде сунце потроши приближно онолико масе колико чини Велика пирамида у Гизи, двоструко више.

Када остане без водоника, почеће да користи своје теже елементе за фузију - испарљиве материје процес због којег ће се проширити до 100 пута веће од тренутне величине док у њу избацује већи део своје масе свемир. Када коначно исцрпи гориво, оставиће за собом мали, изузетно густи предмет назван абели патуљак, приближно величине наше Земље, али много, много пута гушће.