Även om du inte har något särskilt intresse för astronomi - har du utan tvekan undrat vad som händer i den massiva ljusa bollen på himlen som både är farligt het och bokstavligen livgivande på samma gång tid. Du vet förmodligen att solen är en stjärna, ungefär som de otaliga ljuspunkterna som tar solens plats över huvudet på natten när mörkret går in, bara närmare. Du kanske vet att den har sin egen bränsletillförsel och att denna leverans, även om den inte är oändlig, är så stor att den kan räknas ut. Du inser förmodligen att det inte skulle vara en bra idé att komma mycket närmare solen även om du hade förmågan att göra det - men att det skulle vara nästan lika dålig en idé att avvika mycket längre från det än du redan är, ett avstånd på cirka 93 miljoner miles.
När du funderar över kan du dock inte ha tänkt på tanken att solen inte är en enhetlig ljuskula och värme, men har istället lager i sig, precis som jorden och de andra sju planeterna i solsystemet do. Vilka är dessa skikt - och hur i världen kan mänskliga forskare till och med veta om dem från ett så stort avstånd ändå?
Solen och solsystemet
Solen ligger i mitten av solsystemet (därav namnet!) Och står för 99,8 procent av solsystemets massa. På grund av gravitationens effekter, allt i solsystemet - de åtta planeterna, de fem (för närvarande) dvärgplaneterna, månarna på dessa planeter och dvärgplaneter, asteroiderna och andra mindre element som kometer - kretsar kring Sol. Planeten Merkurius tar lite mindre än 88 jorddagar för att genomföra en resa runt solen, medan Neptun tar nästan 165 jordår.
Solen är en ganska obeskrivlig stjärna när stjärnor går och tjänar klassificeringen som "gul dvärg." Med en ålder på ungefär 4,5 miljarder år sitter solen cirka 26 000 ljusår från mitten av galaxen som den bor, Vintergatan Galaxy. Som referens är ett ljusår det avstånd som ljuset färdas på ett år, cirka 6 biljoner mil. Så stort som själva solsystemet är, är Neptunus, den längsta planeten från solen på ett avstånd av nästan 2,8 miljarder miles, knappt 1/2000 av ett ljusår från solen.
Solen, förutom att fungera som en gigantisk ugn, har också en stark intern elektrisk ström. Elektriska strömmar genererar magnetfält och solen har ett stort magnetfält som sprider sig igenom solsystemet som solvind - elektriskt laddad gas som flyger utåt från solen i varje riktning.
Är solen en stjärna?
Solen är som sagt en gul dvärg, men den klassificeras mer formellt som en G2-spektralklassstjärna. Stjärnor klassificeras i ordning från hetaste till svalaste som typ O-, B-, A-, F-, G-, K- eller M-stjärnor. De hetaste har en yttemperatur på cirka 30 000 till 60 000 Kelvin (K), medan solens yttemperatur är relativt ljummet 5780 K. (Som referens är Kelvin grader samma "storlek" som Celsius grader, men skalan börjar 273 grader lägre. Det vill säga 0 K, eller "absolut noll", är lika med −273 C, 1 273 K är lika med 1 000 C och så vidare. Gradsymbolen utelämnas också från Kelvin-enheter.) Solens densitet, som varken är en fast, a vätska eller en gas och klassificeras bäst som plasma (dvs. elektriskt laddad gas), är ungefär 1,4 gånger den för vatten.
Annan viktig solstatistik: Solen har en massa av 1,989 × 1030 kg och en radie av ca 6,96 × 108 m. (Eftersom ljusets hastighet är 3 × 108 m / s, ljus från ena sidan av solen skulle ta drygt två sekunder att passera hela vägen till mitten andra sidan.) Om solen var så hög som, säg, en typisk dörr, skulle jorden vara ungefär lika hög som en amerikansk nickel som stod på kant. Ändå finns stjärnor 1000 gånger solens diameter, liksom dvärgstjärnor som är mindre än en hundradel så breda.
Solen släpper också ut 3,85 × 1026 watt effekt, varav cirka 1340 watt per kvadratmeter når jorden. Detta översätts till en ljusstyrka på 4 × 1033 ergs. Dessa siffror betyder förmodligen inte mycket isolerat, men för referens innebär en exponent på "endast" 9 miljarder, medan en exponent på 12 översätter till biljoner. Det här är enorma siffror! Ändå är vissa stjärnor så många som en miljon gånger mer lysande än solen är, vilket innebär att deras effekt är en miljon gånger större. Samtidigt är vissa stjärnor tusen eller så gånger mindre lysande.
Det är intressant att notera att även om solen i bästa fall klassificeras som en blygsam stjärna, är den fortfarande mer massiv än 95 procent av de kända stjärnor som finns. Implikationen av detta är att de flesta stjärnor är långt över sin bästa och har krympt avsevärt sedan dess deras livstid toppar miljarder år tidigare och fortsätter nu i sin ålderdom i släkting anonymitet.
Vilka är solens fyra regioner?
Solen kan delas in i fyra rumsliga regioner, bestående av kärnan, strålningszonen, konvektionszonen och fotosfären. Den senare sitter under två ytterligare skikten, som kommer att utforskas i nästa avsnitt. Ett soldiagram bestående av ett tvärsnitt, som en vy av insidan av en boll som har klippts exakt i hälften, skulle således inkludera en cirkel i centrumet som representerar kärnan, och sedan på varandra följande ringar runt den inifrån och ut som betecknar strålningszonen, konvektionszonen och fotosfär.
De kärna av solen är där allt som observatörer på jorden kan mäta som ljus och värme har sitt ursprung. Denna region sträcker sig utåt till ungefär en fjärdedel av vägen från solens centrum. Temperaturen mitt i solens centrum uppskattas till cirka 15,5 miljoner K till 15,7 miljoner K, vilket motsvarar cirka 28 miljoner grader Fahrenheit. Detta gör att yttemperaturen på cirka 5780 K verkar vara positivt kylig. Värmen inuti kärnan genereras av en konstant spärr av kärnfusionsreaktioner, där två molekyler av väte kombineras med tillräcklig kraft för att få dem att sammanfoga i helium (med andra ord vätemolekylerna säkring.)
De strålningszon av solen är så namngiven eftersom det är i detta sfäriska skal - en region som börjar ungefär en fjärdedel av vägen från solens centrum, där kärnan slutar och sträcker sig utåt ungefär tre fjärdedelar av vägen till solytan där den möter konvektionszonen - att den energi som frigörs från fusionen inuti kärnan rör sig utåt i alla riktningar, eller utstrålar. Förvånansvärt tar det mycket lång tid för att utstråla energi att resa över strålningsregionens tjocklek - faktiskt flera hundra tusen år! Så osannolikt som detta förmodligen låter, på soltid är det inte alls så långt, med tanke på att solen redan är 4,5 miljarder år gammal och fortfarande går stark.
De konvektiv zon tar upp det mesta av den yttersta fjärdedelen av solens volym. I början av denna zon (det vill säga på insidan) är temperaturen cirka 2.000.000 K och sjunker. Som ett resultat är det plasmaliknande material som bildar solens inre, tro det eller inte, för coolt och ogenomskinlig så att värme och ljus fortsätter att färdas mot solytan i form av strålning. Istället överförs denna energi via konvektion, vilket i huvudsak är användningen av fysiska medier för att skicka energi längs istället för att låta den rida ensam. (Bubblor stiger från botten av en kruka med kokande vatten till ytan och släpper ut värme när de dyker upp representerar ett exempel på konvektion.) till skillnad från den långa tid det tar för energi att navigera i strålningszonen, rör sig energi jämfört med konvektionszonen snabbt.
De fotosfär består av en zon där solskikten ändras från att vara helt ogenomskinlig och därmed blockera strålning till att vara transparent. Det betyder att både ljus och värme kan passera obehindrat genom. Fotosfären är därför det skikt av solen från vilket ljus som är synligt för det ohjälpta mänskliga ögat avges. Detta lager är bara 500 km tjockt, vilket innebär att om hela solen liknas med en lök, representerar fotosfären lökens hud. Temperaturen längst ner i denna region är varmare än den är vid solens yta, men inte dramatiskt - cirka 7500 K, en skillnad på mindre än 2000 K.
Vilka är solens lager?
Som nämnts anses solens kärna, strålningszon, konvektiva zon och fotosfär vara regioner, men var och en kan också klassificeras som ett av solskikten, av vilka det finns sex i antal. Externt till fotosfären är solens atmosfär, som innehåller två lager: kromosfären och korona.
De kromosfär sträcker sig cirka 2000 till 10 000 km över solens yta (det vill säga den yttersta delen av fotosfären), beroende på vilken källa du konsulterar. Märkligt nog sjunker temperaturen något förutsägbart med ökande avstånd från fotosfären först, men börjar sedan stiga igen, möjligen på grund av solens effekter magnetiskt fält.
De korona (Latin för "krona") sträcker sig över kromosfären till ett avstånd av flera gånger solens radie och når temperaturer så höga som 2.000.000 K, liknar det inre av konvektionszonen. Detta solskikt är mycket tunt och innehåller endast cirka 10 atomer per cm3, och den är kraftigt korsad av magnetfältlinjer. "Strömmar" och gasplommor bildas längs dessa magnetfältlinjer och blåses utåt av solvinden, ger solen dess karakteristiska utseende att ha ljusränder när solens huvuddel är dolt.
Vad är de yttre delarna av solen?
Som nämnts är de yttersta delarna av solen fotosfären, som är en del av solen, och kromosfären och koronaen, som är en del av solens atmosfär. Således kan solen avbildas som att den har tre inre delar (kärnan, strålningszonen och den konvektiva zonen) och tre yttre delar (fotosfären, kromosfären och korona).
Ett antal intressanta händelser utvecklas vid eller strax ovanför solens yta. En av dessa är solfläckar, som bildas i fotosfären i relativt svala (4000 K) områden. En annan är solfacklor, som är explosiva händelser på ytan som präglas av mycket intensiv upplysning av områden i solatmosfären i form av röntgenstrålar, ultraviolett och synligt ljus. Dessa utvecklas över perioder som varar i några minuter och bleknar sedan över en något längre tidsram om en timme eller omkring.