Tragom zvezda

Sunce

Sunce je naša zvezda. Glavni pokretač svekolikog života i centralni objekat solarnog sistema. Sunce je skoro idealan sferičan objekat čiji se sastav najbolje može opisati kao vrela plazma koja se mehanizmom konvektivnog kretanja oponaša dinamo mašinu koja generiše jako magnetno polje. Prečnik Sunca je 109 puta veći od prečnika Zemlje a masa mu je 330 000 puta veća od mase Zemlje. Masa Sunca obuhvata 99.86% ukupne mase solarnog sistema.

Sunce

U pogledu hemijskog sastava Sunce čini oko ¾ vodonik, a ostatak mase čini helijum sa vrlo malo primesa kisonika, ugljenika, neona i gvožđa. Sunce pripada G (G2V) klasi zvezda Glavnog niza a neformalno pripada klasi žutih patuljaka. Sunce je formirano pre 4.567 milijardi godina mehanizmom gravitacionog kolapsa molekularnog oblaka. Većina materije molekularnog oblaka je završila u Suncu dok je od ostatka formiran solarni sistem. Zbog svoje ogromne mase temperature u centru Sunca su postale tolike da su pokrenule proces nuklearne fuzije koja se svojim dejstvom suprotstavlja gravitaciji i daljem sažimanju pa Sunce odaje ogromne količine energije koje i nama predstavljaju esencijalni izvor bitisanja. Sunce je sredovečna zvezda koja je stabilna već nekoliko milijardi godina i biće stabilna još nekoliko milijardi nakon čega će preći u fazu crvenog džina koji će progutati sve do orbite Marsa.

Apsolutna magnituda sjaja Sunca je +4.83 pa se procenjuje da je sjajnija zvezda od 85% zvezda Mlečnog puta, od kojih su većina crveni patuljci. Sunce je zvezda Populacije I, ili zvezda bogata težim hemijskim elementima. Formiranje Sunca je verovatno uzrokovano udarnim talasom neke obližnje supernove. Ovaj zaključak se izvodi iz relativno velike količine težih elemenata koji su prisutni u solarnom sistemu (zlato, uranijum) u odnosu na prisustvo ovih elemenata u zvezdama Populacije II. Ovi elementi su najverovatnije proizvedeni tokom endotermne nuklearne reakcije tokom supernove ili transmutacijom kroz apsorpciju neutrona u masivnim zvezdama druge generacije. Sunce je bez ikakve konkurencije najsjajniji objekat na našem nebu sa prividnom magnitudom od -26,74 što je oko 13 milijardi puta sjajnije od druge najsjajnije zvezde, Sirijusa čiji je prividni sjaj -1.46. Srednja udaljenost Zemlje od Sunca se naziva astronomska jedinica AU (150 miliona kilometara). Zemlja je Suncu najbliža početkom Januara (perihel) a najdalja početkom Jula (afel). Svetlost sa Sunca do Zemlje stiže za 8 minuta i 19 sekundi. Ova energija održava život na Zemlji kroz proces fotosinteze a presudno utiče i na klimatske promene i vremenske prilike. Sunce nema definitivnu i jasno definisanu granicu a njegova gustina se menja sa udaljavanjem od centra. Za potrebe merenja granica Sunca se uzima rastojanje od centra do gornje granice fotosfere , prividno vidljive površine Sunca. Prema takvim merenjima Sunce je skoro savršena sfera sa eliptičnošću reda 9 milionitih delova, što znači da je njegov polarni prečnik razlikuje od ekvatorijalnog za samo 10 km.

Slika Sunca u UV oblasti elektromagnetnog spektra zračenja

Plimski efekti planetarnog sistema nisu dovoljno jaki da bi značajnije uticali na oblik Sunca. Sunce brže rotira na svom ekvatoru nego na polovima. Ova različita brzina rotacije je izazvana konvektivnim transportom toplote u Suncu i Korjolisovom silom usled same rotacije. U referentnom okviru vezanom za zvezdu period rotacije na ekvatoru je oko 25.6 dana a na polovima 33.5 dana. Gledano sa Zemlje koja kruži oko Sunca, prividni rotacioni period na Sunčevom ekvatoru je 28 dana. Sunčeva svetlost je primarni izvor energije na Zemlji. Drugio značajni izvori energije na Zemlji su materijali podložni fisiji (raspadanju), a koji su generisani tokom dramatičnog raspada i smrti drugih zvezda. Ovi fisioni elementi su zarobljeni u Zemljinoj kori i dovode do pojave geotermalne energije koja upravlja procesom vulkanizma na Zemlji a služe i kao gorivo za nuklearnu fisiju u nuklearnim centralama na Zemlji. Solarna konstanta je količina energije koja stiže na jediničnu površinu direktno izloženu Suncu. Solarna konstanta iznosi 1,368 W/m2 na udaljenosti od 1 AU od Sunca.

Sunčeva svetlost znatno oslabljena dolazi na površinu Zemlje usled prisustva atmosfere pa je solarna konstanta na površini Zemlje bliže 1000 W/m2. Sunčeva svetlost na vrhu Zemljine atmosfere je sastavljena od 50% infracrvene svetlosti, 40% vidljive svetlosti i 10% ultraljubičaste svetlosti. Atmosfera blokira oko 70% UV zračenja posebno na manjim talasnim dužinama a ovo zračenje jonizuje Zemljinu gornju atmosferu stvarajući električno provodnu jonosferu. Boja Sunca je bela kada se gleda iznad atmosfere ili kada je Sunce visoko na nebu, a kada je na nižim položajima atmosfersko rasejanje stvara lažni utisak, žute, narandžaste ili crvene boje. Uprkos ovome većina ljudi Sunce doživljava kao zvezdu žute boje i ovo je predmet raznih debata. Sunce je G2V zvezda gde G2 ukazuje da je njegova površinska temperatura približno 5778 K a V da je slično mnogim drugim zvezdama, zvezda glavnog niza. Sunce je primarno sastavljeno do najlakših hemijskih elemenata, vodonika 74,9% i 23,8% helijuma. Svi ostali teži elementi koji se u astronomiji zovu metalima čine manje od 2% mase Sunca (1% kiseonik, ugljenik 0.3%, neon 0.2% i gvožđe 0.2%). Sunce je nasledilo hemijski sastav molekularnog oblaka iz koga je i napravljeno. Vodonik potiče iz Velikog Praska a teži elementi su nastali nukleosintezom težih elemenata u zvezdama ranijih generacija koje su završile svoj životni vek i materijal vratile u okolni prostor.

Unutrašnja struktura Sunca

U unutrašnjim delovima Sunca, nuklearna fuzija je modifikovala sastav tako da se u jezgru sada nalazi oko 60% helijuma sa obiljem težih elemenata. Pošto je unutrašnjost Sunca radijativna a ne konvektivna ni jedan od težih elemenata ne dospeva u njegovu fotosferu. Reaktivno jezgro Sunca sagoreva vodonik stvarajući helijum i ovaj proces će se nastaviti do trenutka kada se sagori ceo vodonik u jezgru i kada zvezda napusti Glavni niz, kada će postati crveni džin. Prisustvo težih elemenata u Suncu se određuje pomoću dve metode. Prva se zasniva na spektroskopiji Sunčeve fotosfere i merenjem njihovog prisustva u meteoritima koji se nikada nisu zagrevali do tačke topljenja tako da bi oni trebali da odražavaju sastav protozvezdane materije Sunca. Ove dve metode se uglavnom dobro slažu. Jezgro sunca zauzima 20-25% njegovog prečnika a gustina u jezgru je oko 150 g/cm3 što je oko 150 puta više od gustine vode, a temperatur au jezgru je oko 15.7 miliona Kelvina. Nasuprot tome temperatura na površinu Sunca je oko 5800 Kelvina. Nedavna analiza podataka sa SOHO misije ukazuje na bržu rotaciju jezgra Sunca od radijativne zone. Tokom većeg dela života Sunca energija u jezgru se proizvodi kroz tzv lanac p-p rekacija. Ovaj proces pretvara vodonik u helijum. Samo 0.8% energije se stvara kroz CNO ciklus mada se očekuje da će ovaj procenat porasti kako Sunce bude starilo. Jezgro je jedini region u Suncu gde se proizvodi značajna količina energije; 99% energije se stvara u 24% poluprečnika Sunca, a na 30% poluprečnika fuzija praktično prestaje. Ostatak Sunca se zagreva prenosom toplote kroz susedne slojeve sve do fotosfere kada se toplota oslobađa kroz svetlost ili kinetičku energiju čestica. Proton-proton (p-p) lanac se dešava oko 9.2×1037 puta u jezgru u toku jedne sekunde, konvertujući oko 3.7×1038 protona u alfa čestice (jezgra helijuma) svake sekunde (ili 6.2×1011 kg/s). Fuzija 4 slobodna protona u helijumsko jezgro oslobađa oko 0.7% fuzione mase u energiju pa Sunce u toku jedne sekunde oslobađa energiju po stopi od 4.26 metričkih tona u sekundi ili 9.192×1010 megatona TNT-a u sekundi. Stopa fuzije u jezgru je samo korektivna tako da unutrašnjost zvezde održava uvek u ravnotežnom stanju.

Od jezgra do oko 0.7 solarnih poluprečnika termalno zračenje je primarni sistem prenosa energije. Ova zona nije regulisana termalnom konvekciom. Temperatura opadne sa 7 na 2 miliona Kelvina sa udaljavanjem od jezgra. Ovaj temperaturni pad je manji od potrebnog da bi se energija prenosila konvekcijom. Energija se prenosi zračenjem – joni vodonika i helijuma emituju fotone koji prelaze jako kratke razdaljine pre nego što se reapsorbuju u druge jone. Radijativna i konvektivna zona su razdvojene tranzicionim slojem u kome dolazi do nagle promene u rotaciji od jedinstvene rotacije radijativne zone do diferencijalne rotacije različitih slojeva konvektivne zone. Sloje vi bukvalno klize jedni preko drugih. Pretpostavlja se da je ovaj sloj izvor magnetnog polja Sunca. U spoljašnjem delu Sunca, od radijativne zone do nekih 200 000 km ispod površine temperatura je niža nego u radijativnoj zoni i teži atomi nisu u potpunosti jonizovani. Kao rezultat toga, radijativni prenos toplote je manje efikasan. Gustina plazme je dovoljno niska da se mogu formirati konvektivne struje. Materijal zagrejan na prelaznoj zoni se podiže i širi što kao rezultat daje ćelije koje prenose toplotu ka fotosferi. Kako se materijal ispod površine fotosfere difuziono i radijativno hladi, povećava mu se gustina pa on pada u unutrašnjost do radijativne zone gde se opet zagreva i tako se uspostavlja konvektivni ciklus prenosa toplote. U fotosferi temperatura pada na 5700 kelvina. Vidljiva površina Sunca ili fotosfera je sloj gde sunce postaje prozračno za vidljivu svetlost. Iznad fotosfere, vidljiva svetlost je slobodna da se otisne dalje u prostor oko Sunca.

RSS
Follow by Email
Facebook
Twitter