Door Kenrick Vezina, bijgewerkt op 30 augustus 2022

Stocktrek/DigitalVision/GettyImages

TL;DR

In massa bestaat de zon uit ~70% waterstof, ~28% helium, ~1,5% koolstof, stikstof en zuurstof, en ~0,5% sporen van zware elementen zoals neon, ijzer, silicium, magnesium en zwavel.

De compositie van de zon

Het zonne-interieur wordt gedomineerd door twee elementen:waterstof (≈70 massaprocent) en helium (≈28%). De resterende 1,5% is een mengsel van koolstof, stikstof en zuurstof, terwijl de laatste 0,5% sporen van zwaardere soorten bevat, waaronder neon, ijzer, silicium, magnesium en zwavel.

Hoe wetenschappers de make-up van de zon bepalen

Hoewel we zonnematerie niet rechtstreeks kunnen bemonsteren, zendt de zon voortdurend elektromagnetische straling en deeltjes uit. Elk element absorbeert en zendt karakteristieke golflengten uit, waardoor de Fraunhofer-absorptielijnen ontstaan die voor het eerst werden opgemerkt door William Hyde Wollaston in 1802 en later in kaart werden gebracht door de spectrometer van Joseph von Fraunhofer.

Door de diepte en positie van deze lijnen in het zonnespectrum te analyseren en de neutrinofluxen te meten, hebben onderzoekers de elementaire samenstelling van de zon met hoge precisie gekwantificeerd. Moderne technieken, zoals hogeresolutiespectroscopie en helioseismologie, bevestigen dat waterstof en helium domineren, terwijl zwaardere elementen in sporenhoeveelheden aanwezig zijn.

Fusion:de motor van zonne-energie

Sterren worden geboren wanneer oerwaterstof- en heliumgassen onder invloed van de zwaartekracht instorten. Zodra de kerntemperatuur ~15 miljoen K bereikt, ontbrandt kernfusie, waarbij massa wordt omgezet in energie volgens de vergelijking van Einstein, E=mc².

Wanneer bijvoorbeeld vier waterstofkernen samensmelten tot een heliumkern, is het resulterende heliumatoom 0,7% minder zwaar dan de oorspronkelijke vier protonen en neutronen. Die ontbrekende massa komt vrij als de energie die de zon aandrijft.

Plasma, geen gas

De zon heeft geen vast oppervlak; het hele volume bestaat uit geïoniseerd plasma – een energetische toestand van materie waarin atomen elektronen hebben verloren en netto lading hebben. Dit geïoniseerde gas zendt licht uit terwijl elektronen overgaan tussen energieniveaus, waardoor de zon zijn schitterende gloed krijgt.

Structureel overzicht van de zon

De bolvorm van de zon komt voort uit het evenwicht tussen de zwaartekracht naar binnen en de druk naar buiten als gevolg van kernfusie. Het is verdeeld in zeven verschillende lagen:

1. Kern – de fusiezone, de heetste regio (~27 miljoen°F)
2. Stralingszone – energie die hoofdzakelijk door straling wordt getransporteerd
3. Convectieve zone – energie gedragen door stijgende en dalende plasmastromen
4. Fotosfeer – het zichtbare “oppervlak” dat zonlicht uitstraalt
5. Chromosfeer – een hetere laag die rood oplicht tijdens eclipsen
6. Overgangsgebied – een smal grensvlak waar de temperatuur omhoog schiet
7. Corona – het buitenste, extreem hete omhulsel dat alleen zichtbaar is tijdens totale zonsverduisteringen of door coronagrafen

Zonnewind en de invloed van de zon

De hoge temperatuur van de corona (miljoenen graden) overwint de zwaartekracht van de zon, waardoor geladen deeltjes als de zonnewind naar buiten kunnen stromen. Deze wind vormt planetaire magnetosferen en drijft het ruimteweer aan.

Levenscyclus van de zon

Met een totale levensduur van ~10 miljard jaar is de zon momenteel ongeveer 4,6 miljard jaar oud. Het smelt waterstof met een snelheid van ~4,27×10⁹kg per seconde. Wanneer de waterstof opraakt, zal de zon uitdijen tot een rode reus, waarbij de buitenste lagen worden afgestoten en uiteindelijk een dichte witte dwerg overblijft die ongeveer zo groot is als de aarde.