Wetenschap
Wanneer was de laatste keer dat je naar boven keek en je verwonderde over het mysterieuze, levengevende kracht die de zon is?
Als je het hele staren-naar-de-zon-maakt-je-blind-gedoe gelooft (wat eigenlijk waar is), je bent waarschijnlijk niet veel aan het zonnekijken. Maar het is een echt wonder:de zon verwarmt onze planeet elke dag, geeft het licht waarmee we zien en is nodig voor het leven op aarde. Het kan ook celdood veroorzaken en ons blind maken. Het zou 1,3 miljoen aardes in zijn bol kunnen passen [bron:SpaceDaily]. Het produceert gedichtwaardige zonsondergangen en evenveel energie als 1 biljoen megaton-bommen per seconde [bron:Boston Globe].
Alles van dit, en onze zon is gewoon een doodgewone ster, volgens universele normen. Het is eigenlijk gewoon de nabijheid die het zo speciaal maakt voor de aarde. We zouden hier niet zijn als de zon niet zo dichtbij was.
Dus, hoe dichtbij is de zon? En hoeveel ruimte kost het om 1,3 miljoen aardes te bevatten? En nu we toch bezig zijn:
In dit artikel, we zullen de fascinerende wereld van onze dichtstbijzijnde ster onderzoeken. We zullen kijken naar de delen van de zon, ontdek hoe het licht en warmte maakt, en verken de belangrijkste functies ervan.
De zon "brandt" al meer dan 4,5 miljard jaar. Het is een enorme verzameling gas, meestal waterstof en helium. Omdat het zo groot is, het heeft een enorme zwaartekracht, genoeg zwaartekracht om al die waterstof en helium bij elkaar te houden (en om alle planeten in hun banen rond de zon te houden).
We zeggen dat de zon brandt, maar het brandt niet zoals houtbranden. In plaats daarvan, de zon is een gigantische kernreactor.
Inhoud
De zon is een ster, net als de andere sterren die we 's nachts zien. Het verschil is de afstand -- de andere sterren die we zien zijn lichtjaren verwijderd, terwijl onze zon slechts ongeveer 8 lichtminuten verwijderd is -- vele duizenden keren dichterbij.
officieel, de zon is geclassificeerd als een ster van het type G2, op basis van de temperatuur en de golflengten of spectrum van het licht dat het uitstraalt. Er zijn veel G2's, en de zon van de aarde is slechts een van de miljarden sterren die om het centrum van onze melkweg draaien, samengesteld uit dezelfde stof en componenten.
De zon bestaat uit gas. Het heeft geen vast oppervlak. Echter, het heeft nog steeds een gedefinieerde structuur. De drie belangrijkste structurele gebieden van de zon worden getoond in de bovenste helft van Figuur 1 . Ze bevatten:
Boven het oppervlak van de zon bevindt zich zijn atmosfeer, die uit drie delen bestaat, weergegeven in de onderste helft van Figuur 1 :
Alle belangrijke kenmerken van de zon kunnen worden verklaard door de kernreacties die haar energie produceren, door de magnetische velden die het gevolg zijn van de bewegingen van het gas en door zijn immense zwaartekracht.
Het begint bij de kern.
De kern begint vanuit het centrum en strekt zich naar buiten uit om 25 procent van de straal van de zon te omvatten. De temperatuur is hoger dan 15 miljoen graden Kelvin [bron:Montana]. In de kern, zwaartekracht trekt alle massa naar binnen en creëert een intense druk. De druk is hoog genoeg om waterstofatomen te dwingen samen te komen in kernfusiereacties - iets wat we hier op aarde proberen na te streven. Twee waterstofatomen worden in verschillende stappen gecombineerd om helium-4 en energie te creëren:
Deze reacties zijn goed voor 85 procent van de energie van de zon. De overige 15 procent komt van de volgende reacties:
De helium-4-atomen zijn minder massief dan de twee waterstofatomen die het proces begonnen, dus het verschil in massa wordt omgezet in energie zoals beschreven door de relativiteitstheorie van Einstein (E=mc²). De energie wordt uitgestraald in verschillende vormen van licht:ultraviolet licht, Röntgenstralen, zichtbaar licht, infrarood, microgolven en radiogolven.
De zon zendt ook energierijke deeltjes uit (neutrino's, protonen) die deel uitmaken van de zonnewind . Deze energie treft de aarde, waar het de planeet verwarmt, drijft ons weer en levert energie voor het leven. We worden niet geschaad door de meeste straling of zonnewind omdat de atmosfeer van de aarde ons beschermt.
Na het afdekken van de kern, het is tijd om zich naar buiten uit te breiden in de structuur van de zon. De volgende zijn de stralings- en convectieve zones.
De stralingszone strekt zich naar buiten uit vanaf de kern, goed voor 45 procent van de straal van de zon. In deze zone, de energie van de kern wordt naar buiten gedragen door fotonen, of lichtunits. Als één foton wordt gemaakt, het reist ongeveer 1 micron (1 miljoenste van een meter) voordat het wordt geabsorbeerd door een gasmolecuul. Bij absorptie, het gasmolecuul wordt verwarmd en zendt een ander foton van dezelfde golflengte opnieuw uit. Het opnieuw uitgezonden foton reist nog een micron af voordat het wordt geabsorbeerd door een ander gasmolecuul en de cyclus herhaalt zich; elke interactie tussen foton en gasmolecuul kost tijd. Ongeveer 10 25 in deze zone vinden absorpties en heremissies plaats voordat een foton het oppervlak bereikt, er is dus een aanzienlijke tijdsvertraging tussen een foton dat in de kern wordt gemaakt en een foton dat het oppervlak bereikt.
De convectieve zone , dat is de laatste 30 procent van de straal van de zon, wordt gedomineerd door convectiestromen die de energie naar de oppervlakte dragen. Deze convectiestromen zijn stijgende bewegingen van heet gas naast dalende bewegingen van koel gas, en het ziet eruit als glitter in een sudderende pan met water. De convectiestromen voeren fotonen sneller naar buiten naar het oppervlak dan de stralingsoverdracht die plaatsvindt in de kern en de stralingszone. Met zoveel interacties tussen fotonen en gasmoleculen in de stralings- en convectiezones, er is een foton nodig van ongeveer 100, 000 tot 200, 000 jaar om de oppervlakte te bereiken.
Feiten over de zon
We hebben eindelijk onze weg naar de oppervlakte gevonden. Laten we hierna de atmosfeer doornemen. Net als de aarde, de zon heeft een atmosfeer. Echter, de zon is samengesteld uit de fotosfeer, de chromosfeer en de corona .
De fotosfeer is het laagste gebied van de atmosfeer van de zon en is het gebied dat we kunnen zien. "Het oppervlak van de zon" verwijst meestal naar de fotosfeer, althans in lekentermen. Het is 180-240 mijl (300-400 kilometer breed) en heeft een gemiddelde temperatuur van 5, 800 graden Kelvin. Het lijkt korrelig of bruisend, net als het oppervlak van een sudderende pot water. De hobbels zijn de bovenoppervlakken van de convectiestroomcellen eronder; elke granulatie kan 600 mijl (1, 000 kilometer) breed. Als we door de fotosfeer gaan, de temperatuur daalt en de gassen, omdat ze koeler zijn, straal niet zoveel lichtenergie uit. Hierdoor zijn ze minder ondoorzichtig voor het menselijk oog. Daarom, de buitenrand van de fotosfeer ziet er donker uit, een effect genaamd ledemaat donker worden dat verklaart de heldere scherpe rand van het oppervlak van de zon.
De chromosfeer strekt zich uit boven de fotosfeer tot ongeveer 1, 200 mijl (2, 000 kilometer). De temperatuur stijgt over de chromosfeer van 4, 500 graden Kelvin tot ongeveer 10, 000 graden Kelvin. Men denkt dat de chromosfeer wordt verwarmd door convectie in de onderliggende fotosfeer. Terwijl gassen in de fotosfeer karnen, ze produceren schokgolven die het omringende gas verwarmen en het door de chromosfeer laten doordringen in miljoenen kleine pieken heet gas genaamd kruiden . Elke spicule stijgt tot ongeveer 3, 000 mijl (5, 000 kilometer) boven de fotosfeer en duurt slechts enkele minuten. Spicules kunnen ook langs magnetische veldlijnen van de zon volgen, die worden gemaakt door de bewegingen van gassen in de zon.
De corona is de laatste laag van de zon en strekt zich enkele miljoenen mijlen of kilometers naar buiten uit vanaf de andere sferen. Het is het beste te zien tijdens een zonsverduistering en in röntgenfoto's van de zon. De temperatuur van de corona is gemiddeld 2 miljoen graden Kelvin. Hoewel niemand zeker weet waarom de corona zo heet is, men denkt dat het wordt veroorzaakt door het magnetisme van de zon. De corona heeft lichte gebieden (hete) en donkere gebieden genaamd coronale gaten . Coronale gaten zijn relatief koel en men denkt dat het gebieden zijn waar deeltjes van de zonnewind ontsnappen.
Door telescoopbeelden kunnen we verschillende interessante kenmerken op de zon zien die hier op aarde effecten kunnen hebben. Laten we er drie bekijken:zonnevlekken, zonneprotuberansen en zonnevlammen.
Natuurlijk, de bollen zijn gesierd met interessante functies en activiteit. We zullen ze hier bekijken.
Donker, koele gebieden genaamd zonnevlekken verschijnen op de fotosfeer. Zonnevlekken verschijnen altijd in paren en zijn intense magnetische velden (ongeveer 5, 000 keer groter dan het magnetisch veld van de aarde) die door het oppervlak breken. Veldlijnen vertrekken door de ene zonnevlek en komen weer binnen via de andere. Het magnetische veld wordt veroorzaakt door bewegingen van gassen in het binnenste van de zon.
Zonnevlekactiviteit vindt plaats als onderdeel van een 11-jarige cyclus die de zonnecyclus wordt genoemd, waarbij er perioden zijn van maximale en minimale activiteit.
Het is niet bekend wat de oorzaak is van deze 11-jarige cyclus, maar er zijn twee hypothesen voorgesteld:
Af en toe, wolken van gassen uit de chromosfeer zullen opstijgen en zich oriënteren langs de magnetische lijnen van paren zonnevlekken. Deze bogen van gas heten zonne- uitsteeksels .
Protuberansen kunnen twee tot drie maanden duren en kunnen 30, 000 mijl (50, 000 kilometer) of meer boven het oppervlak van de zon. Bij het bereiken van deze hoogte, ze kunnen enkele minuten tot uren uitbarsten en grote hoeveelheden materiaal door de corona de ruimte in sturen met een snelheid van 600 mijl per seconde (1, 000 kilometer per seconde); deze uitbarstingen heten coronale massa-ejecties .
Soms in complexe zonnevlekkengroepen, abrupt, gewelddadige explosies van de zon optreden. Deze heten zonnevlammen .
Men denkt dat zonnevlammen worden veroorzaakt door plotselinge veranderingen in het magnetische veld in gebieden waar het magnetische veld van de zon is geconcentreerd. Ze gaan gepaard met het vrijkomen van gas, elektronen, zichtbaar licht, ultraviolet licht en röntgenstraling. Wanneer deze straling en deze deeltjes het aardmagnetisch veld bereiken, ze interageren ermee aan de polen om de aurora's (borealis en australis). Zonnevlammen kunnen ook de communicatie verstoren, satellieten, navigatiesystemen en zelfs elektriciteitsnetten. De straling en deeltjes ioniseren de atmosfeer en voorkomen de beweging van radiogolven tussen satellieten en de grond of tussen de grond en de grond. De geïoniseerde deeltjes in de atmosfeer kunnen elektrische stromen in hoogspanningslijnen induceren en stroompieken veroorzaken. Deze stroompieken kunnen een elektriciteitsnet overbelasten en stroomuitval veroorzaken. U kunt meer leren over zonnevlammen door te lezen Kan een extreem krachtige zonnevlam alle elektronica op aarde vernietigen?
Al deze activiteiten vereisen energie, die beperkt leverbaar is. Eventueel, de zon zal zonder brandstof komen te zitten.
De zon schijnt al ongeveer 4,5 miljard jaar [bron:Berkeley]. De grootte van de zon is een balans tussen de uitwaartse druk die wordt veroorzaakt door het vrijkomen van energie uit kernfusie en de aantrekkingskracht van de zwaartekracht naar binnen. Gedurende zijn 4,5 miljard jaar van leven, de straal van de zon is ongeveer 6 procent groter geworden [bron:Berkeley]. Het heeft genoeg waterstofbrandstof om ongeveer 10 miljard jaar te "verbranden", wat betekent dat het nog iets meer dan 5 miljard jaar te gaan heeft, en gedurende deze tijd zal het in hetzelfde tempo blijven groeien [bron:Berkeley].
Wanneer de kern geen waterstof meer heeft, het zal samentrekken onder het gewicht van de zwaartekracht; echter, in de bovenste lagen zal enige waterstoffusie plaatsvinden. Zoals de kerncontracten, het warmt op en dit verwarmt de bovenste lagen waardoor ze uitzetten. Naarmate de buitenste lagen uitzetten, de straal van de zon wordt groter en wordt a rode reus , een bejaarde ster.
De straal van de rode reuzenzon zal 100 keer zo groot zijn als nu, net buiten de baan van de aarde liggen, dus de aarde zal in de kern van de rode gigantische zon duiken en worden verdampt [bron:NASA]. Op een gegeven moment daarna de kern zal heet genoeg worden om het helium te laten samensmelten tot koolstof.
Als de heliumbrandstof op is, de kern zal uitzetten en afkoelen. De bovenste lagen zullen uitzetten en materiaal uitwerpen.
Eindelijk, de kern zal afkoelen tot a witte dwerg.
Eventueel, het zal verder afkoelen tot een bijna onzichtbare zwarte dwerg . Dit hele proces duurt een paar miljard jaar.
Dus voor de komende miljarden jaren, de mensheid is veilig -- in termen van het bestaan van de zon, minstens. Andere debacles zijn een gok.
Voor meer informatie over de zon en aanverwante onderwerpen, bekijk de links op de volgende pagina.
Wetenschap © https://nl.scienceaq.com