Güneşi Hangi Gazlar Oluşturur?

Güneşimiz, diğer tüm yıldızlar gibi, devasa bir parlayan plazma topudur. Gezegenimizin ihtiyaç duyduğu ışık ve ısıyı sağlayan kendi kendini idame ettiren bir termonükleer reaktördür. yaşamı sürdürürken, yerçekimi bizi (ve güneş sisteminin geri kalanını) derinlere kaymaktan korur. Uzay.

Güneş, elektromanyetik radyasyon yayan çeşitli gazlar ve diğer elementler içerir ve bu da bilim adamlarının fiziksel örneklere erişememesine rağmen güneşi incelemesine izin verir.

TL; DR (Çok Uzun; Okumadım)

Güneşte kütle olarak en yaygın gazlar şunlardır: hidrojen (yaklaşık yüzde 70, helyum (yaklaşık yüzde 28), karbon, nitrojen ve oksijen (birlikte yaklaşık yüzde 1.5). Güneş kütlesinin geri kalanı (yüzde 0,5), neon, demir, silikon, magnezyum ve kükürt dahil ancak bunlarla sınırlı olmamak üzere eser miktarda diğer elementlerin karışımından oluşur.

Kütle olarak güneş maddesinin ezici çoğunluğunu iki element oluşturur: hidrojen (yaklaşık yüzde 70) ve helyum (yaklaşık yüzde 28). Farklı sayılar görürseniz endişelenmeyin; muhtemelen tek tek atomların toplam sayısına göre tahminler görüyorsunuz. Düşünmesi daha kolay olduğu için toplu gidiyoruz.

Kütlenin sonraki yüzde 1,5'i karbon, nitrojen ve oksijen karışımıdır Son yüzde 0,5'i ise neon, demir, silikon, magnezyum ve kükürt dahil ancak bunlarla sınırlı olmayan daha ağır elementlerden oluşan bir berekettir.

Güneşi neyin oluşturduğunu tam olarak nasıl bildiğimizi merak ediyor olabilirsiniz. Ne de olsa, hiçbir insan orada bulunmadı ve hiçbir uzay aracı asla güneş maddesi örneklerini geri getirmedi. Ancak güneş, sürekli olarak dünyayıElektromanyetik radyasyonve füzyonla çalışan çekirdeği tarafından salınan parçacıklar.

Her element belirli dalga boylarındaki elektromanyetik radyasyonu (yani ışık) emer ve aynı şekilde ısıtıldığında belirli dalga boylarını yayar. 1802'de bilim adamı William Hyde Wollaston, bir prizmadan geçen güneş ışığının beklenen gökkuşağı spektrumunu ürettiğini, ancak burada ve oraya dağılmış belirgin koyu çizgilerle olduğunu fark etti.

Bu fenomeni daha iyi görebilmek için gözlükçü Joseph von Fraunhofer ilk spektrometreyi icat etti. temel olarak geliştirilmiş bir prizma - güneş ışığının farklı dalga boylarını daha da fazla yayarak onları daha kolay hale getiren Görmek. Ayrıca Wollaston'ın karanlık çizgilerinin bir hile ya da yanılsama olmadığını görmeyi kolaylaştırdı - güneş ışığının bir özelliği gibi görünüyordu.

Bilim adamları, bu karanlık çizgilerin (şimdi Fraunhofer çizgileri olarak adlandırılır), hidrojen, kalsiyum ve sodyum gibi belirli elementler tarafından emilen ışığın belirli dalga boylarına karşılık geldiğini anladılar. Bu nedenle, bu elementler, çekirdeğin yaydığı ışığın bir kısmını emerek güneşin dış katmanlarında bulunmalıdır.

Zamanla, giderek karmaşıklaşan algılama yöntemleri, güneşten gelen çıktıyı ölçmemize izin verdi: elektromanyetik tüm formlarında radyasyon (X-ışınları, radyo dalgaları, ultraviyole, kızılötesi vb.) ve atom altı parçacıkların akışı gibi nötrinolar. Güneşin ne saldığını ve ne emdiğini ölçerek, güneşin bileşimini uzaktan çok kapsamlı bir şekilde anlamış olduk.

Güneşi oluşturan malzemelerde herhangi bir desen fark ettiniz mi? Hidrojen ve helyum, periyodik tablodaki ilk iki elementtir: en basit ve en hafifi. Bir element ne kadar ağır ve karmaşıksa, güneşte o kadar az bulunur.

Daha hafif/basit elementlerden daha ağır/karmaşık elementlere geçtikçe azalan bu eğilim, yıldızların nasıl doğduğunu ve evrenimizdeki benzersiz rollerini yansıtır.

Büyük Patlama'nın hemen ardından evren, sıcak, yoğun bir atom altı parçacık bulutundan başka bir şey değildi. Bu parçacıkların ilk atom, hidrojen olarak tanıyacağımız bir formda bir araya gelmesi yaklaşık 400.000 yıl soğuma ve genişleme aldı.

Uzun bir süre evren, ilkel atom altı çorbanın içinde kendiliğinden oluşabilen hidrojen ve helyum atomlarının egemenliğindeydi. Yavaş yavaş, bu atomlar gevşek kümeler oluşturmaya başlar.

Bu kümelenmeler daha fazla yerçekimi uyguladığı için yakınlardan daha fazla malzeme çekerek büyümeye devam ettiler. Yaklaşık 1,6 milyon yıl sonra, bu kümelenmelerin bazıları o kadar büyüdü ki merkezlerindeki basınç ve ısı termonükleer füzyonu başlatmak için yeterli oldu ve ilk yıldızlar doğdu.

İşte nükleer füzyonla ilgili en önemli şey: Başlamak için muazzam miktarda enerji gerektirse de, süreç aslındaSalıvermeenerji.

Hidrojen füzyonu yoluyla helyum oluşumunu düşünün: İki hidrojen çekirdeği ve iki nötron birleşerek bir tek bir helyum atomu, ancak ortaya çıkan helyum aslında başlangıç ​​malzemelerinden yüzde 0,7 daha az kütleye sahiptir. Bildiğiniz gibi madde ne yaratılabilir ne de yok edilebilir, o halde kütlenin bir yere gitmiş olması gerekir. Aslında, Einstein'ın en ünlü denklemine göre enerjiye dönüştü:

hangisinde Ejoule (J) cinsinden enerjidir,mkütle kilogramdır (kg) vecmetre/saniye (m/s) cinsinden ışık hızıdır – bir sabit. Denklemi sade İngilizceye şu şekilde koyabilirsiniz:

​​enerji (joule) = kütle (kilogram) × ışık hızı (metre/saniye)²​

Işık hızı yaklaşık 300.000.000 metre/saniyedir, yanic²yaklaşık 90.000.000.000.000.000.000 değerindedir – bu doksandırkatrilyon– metre²/second². Normalde bu kadar büyük sayılarla uğraşırken, yer kazanmak için onları bilimsel gösterime koyarsınız, ancak burada kaç tane sıfırla uğraştığınızı görmek yararlıdır.

Tahmin edebileceğiniz gibi, küçük bir sayı bile çarpılırdoksan katrilyonçok büyük bitiyor. Şimdi, bir gram hidrojene bakalım. Denklemin bize joule cinsinden bir yanıt verdiğinden emin olmak için bu kütleyi 0,001 kilogram olarak ifade edeceğiz – birimler önemlidir. Yani, kütle ve ışık hızı için bu değerleri eklerseniz:

Bu, en küçük, en hafif elementin tek bir gramında bulunan Nagazaki'ye atılan nükleer bomba tarafından salınan enerji miktarına yakın. Alt satır: Kütleyi füzyon yoluyla enerjiye dönüştürerek enerji üretme potansiyeli akıllara durgunluk veriyor.

Bu nedenle bilim adamları ve mühendisler, burada, Dünya'da bir nükleer füzyon reaktörü yaratmanın bir yolunu bulmaya çalışıyorlar. Bugün tüm nükleer reaktörlerimiz şu şekilde çalışıyor: nükleer fisyonatomları daha küçük elementlere bölen, ancak kütleyi enerjiye dönüştürmek için çok daha az verimli bir süreçtir.

Güneş, yerkabuğu gibi katı bir yüzeye sahip değildir - aşırı sıcaklıkları bir kenara bıraksanız bile güneşin üzerinde duramazsınız. Bunun yerine, güneş yedi ayrı katmandan oluşur.plazma​.

Plazma, maddenin dördüncü, en enerjik halidir. Buzu (katı) ısıtın ve suya (sıvı) dönüşür. Isıtmaya devam edin ve tekrar su buharına (gaz) dönüşür.

Ancak o gazı ısıtmaya devam ederseniz, plazma haline gelecektir. Plazma, bir gaz gibi bir atom bulutudur, ancak o kadar çok enerji ile aşılanmıştır ki,iyonize. Yani, elektronları olağan yörüngelerinden kopartılarak atomları elektriksel olarak yüklenmiştir.

Gazdan plazmaya dönüşüm, bir maddenin özelliklerini değiştirir ve yüklü parçacıklar genellikle enerjiyi ışık olarak serbest bırakır. Parlayan neon tabelalar aslında neon gazıyla doldurulmuş cam tüplerdir - tüpten bir elektrik akımı geçtiğinde, gazın parlayan bir plazmaya dönüşmesine neden olur.

Güneşin küresel yapısı, sürekli rekabet halinde olan iki kuvvetin sonucudur:YerçekimiGüneşin merkezindeki yoğun kütleden tüm plazmasını içe doğru çekmeye çalışan çekirdekte meydana gelen nükleer füzyondan gelen enerjiye karşı plazmanın genişlemesine neden olur.

Güneş yedi katmandan oluşur: üç iç ve dört dış. Bunlar, merkezden dışa doğru:

1. çekirdek
2. radyasyon bölgesi
3. konvektif bölge
4. Fotosfer
5. kromosfer
6. Geçiş bölgesi
7. korona

hakkında konuştuk çekirdekzaten çok; füzyonun gerçekleştiği yerdir. Beklediğiniz gibi, güneşte en yüksek sıcaklığı bulacağınız yer burasıdır: yaklaşık 27.000.000 (27 milyon) Fahrenheit derece.

radyasyon bölgesiBazen "radyasyon" bölgesi olarak adlandırılan, çekirdekten gelen enerjinin öncelikle elektromanyetik radyasyon olarak dışa doğru hareket ettiği yerdir.

konvektif bölge, diğer adıyla "konveksiyon" bölgesi, enerjinin öncelikle katmanın plazmasındaki akımlar tarafından taşındığı yerdir. Kaynayan bir tencereden çıkan buharın brülörden sobanın üzerindeki havaya nasıl ısı taşıdığını düşünün ve doğru fikre sahip olacaksınız.

Güneşin "yüzeyi", öyle ki, fotosfer. Güneşe baktığımızda gördüğümüz şey budur. Bu katman tarafından yayılan elektromanyetik radyasyon, çıplak gözle ışık olarak görülebilir ve o kadar parlaktır ki, daha az yoğun olan dış katmanları gözden gizler.

kromosferfotosferden daha sıcak ama korona kadar sıcak değil. Sıcaklığı hidrojenin kırmızımsı ışık yaymasına neden olur. Genellikle görünmezdir, ancak tam bir tutulma fotosferi gizlediğinde güneşi çevreleyen kırmızımsı bir parıltı olarak görülebilir.

geçiş bölgesisıcaklıkların kromosferden koronaya önemli ölçüde değiştiği ince bir tabakadır. Ultraviyole (UV) ışığı algılayabilen teleskoplar tarafından görülebilir.

Son olarak, koronagüneşin en dış tabakasıdır ve son derece sıcaktır – fotosferden yüzlerce kat daha sıcaktır – ama Güneşin etrafında ince beyaz bir aura olarak göründüğü tam tutulma dışında çıplak gözle görünmez. Kesinlikle nedençok sıcak, biraz gizemli, ancak en az bir faktör "ısı bombaları" gibi görünüyor: patlamadan ve güneşe enerji salmadan önce güneşin derinliklerinden yükselen aşırı sıcak malzeme korona.

Güneş yanığı geçirmiş herkesin size söyleyebileceği gibi, güneşin etkileri koronanın çok ötesine uzanır. Aslında, korona o kadar sıcak ve çekirdekten uzaktır ki, güneşin yerçekimi aşırı ısıtılmış plazmayı tutamaz - yüklü parçacıklar sabit olarak uzaya akar.Güneş rüzgarı​.

Güneşin inanılmaz boyutuna rağmen, sonunda füzyon çekirdeğini sürdürmek için ihtiyaç duyduğu hidrojen tükenecek. Güneşin tahmini toplam ömrü yaklaşık 10 milyar yıldır. Yaklaşık 4,6 milyar yıl önce doğdu, yani sönmesi için epey zaman var ama sönecek.

Güneş tahmini 3.846 × 10 yayıyor²⁶ Her gün enerji J. Bu bilgiyle, saniyede ne kadar kütle dönüştürmesi gerektiğini tahmin edebiliriz. Şimdilik size daha fazla matematik ayıracağız; 4.27 × 10 civarında çıkıyor⁹ kilogramher saniye. Sadece üç saniyede güneş, Büyük Giza Piramidi'ni iki katı kadar kütle tüketir.

Hidrojeni bittiğinde, daha ağır elementlerini füzyon için kullanmaya başlayacak - uçucu bir madde. kütlesinin çoğunu içine püskürtürken mevcut boyutunun 100 katına kadar genişlemesini sağlayacak süreç Uzay. Sonunda yakıtını tükettiğinde, arkasında küçük, aşırı yoğun bir nesne bırakacaktır.Beyaz cüce, Dünyamızın büyüklüğü ile ilgili, ancak birçok kez daha yoğun.