Podbój kosmosu z Klubem Naukowca cz. IV

Energia Słońca

Energia docierająca do Ziemi pochodzi praktycznie jedynie ze Słońca. Na podstawie danych przedstawionych przez Instytut Astronomiczny Uniwersytetu Wrocławskiego moc promieniowania Słońca wynosi aż 3.845 · 1026 W, co oznacza, że w ciągu każdej sekundy Słońce emituje energię wystarczającą do zagotowania lodowatej wody zawartej w sześcianie o boku 971 km. Na pierwszy rzut oka jesteśmy w stanie ogarnąć tę liczbę, ale wynika z niej, że to bryła o objętości 915 498 611 km3, a sumując całą wodę na naszej planecie (wliczając: morza, oceany, lodowce, rzeki, jeziora) otrzymamy wartość niewiele większą (ok. 1 360 000 000), a energia emitowana przez Słońce zagotowała by ją w ciągu zaledwie półtorej sekundy. Emisja Słońca w widzialnej części widma ciągłego jest niemal identyczna z emisją ciała doskonale czarnego (czyli takiego, które całkowicie pochłania całe promieniowanie na nie padające) o temperaturze 5777 K. Temperaturę tą nazywamy temperaturą efektywną Słońca.

Synteza helu

W jądrze Słońca temperatura plazmy osiąga 15 400 000 K a gęstość aż 153 000 kg/m3 (to gęstość ponad 10-ciokrotnie większa niż ołowiu). W takich warunkach efektywnie zachodzą reakcje syntezy termonuklearnej, w której cztery jądra wodoru (czyli protony) przekształcone zostają w jądro helu. Masa helu jest „aż” o 0.7% mniejsza od masy czterech protonów, co oznacza , że za tą różnicę mas odpowiada energia uwolniona w tym procesie. Powstanie jednego jądra helu nie powoduje wygenerowania dużej ilości energii, bo masa protonu wynosi zaledwie 1.67 · 10-27 kg, ale w jądrze Słońca w każdej sekundzie 600 milionów ton protonów ulega przekształceniu w hel, przy czym 4 270 000 ton materii ulega przekształceniu w energię!

Energia ze Słońca wędruje jako promieniowanie przez warstwę radiacyjną o grubości 515 000 km do kolejnej grubej na 181 000 km warstwy konwektywnej. Następnie energia ta transportowana jest przez konwektującą plazmę do widocznej powierzchnia Słońca nazwanej fotosferą. W ten sposób energia opuszcza Słońce w postaci promieniowania elektromagnetycznego i rozpędzona przemierza przestrzeń kosmiczną.

Energia słoneczna docierająca do Ziemi – ciepło i światło – pochodzi z fotosfery, ale wytworzona została we wnętrzu Słońca. W fotosferze panuje dużo niższa temperatura. Wynosi ona około 6000 °C. Jednym ze sposobów oszacowania temperatury jest policzenie, jak gorące musi być Słońce, by wysyłało na odległość Ziemi tyle energii, ile dostajemy. Jasność tej warstwy nie jest jednakowa. Cała jej powierzchnia pokryta jest granulami, które pojawiają się i znikają w cyklu 10 minutowym. Ponad fotosferą, która liczy sobie około 500 km, rozciąga się dolna warstwa atmosfery zwana chromosferą oraz warstwa zewnętrzna zwana koroną Słońca. Materia występująca w chromosferze ma temperaturę rzędu 10 000 °C i tworzy skomplikowaną strukturę, która powstaje przez rozkład drobnoskalowych pól magnetycznych.

Najwyższa warstwa atmosfery – korona Słońca sięga wysoko w przestrzeń międzygwiezdną. Widoczna jest podczas całkowitego zaćmienia Słońca. Tutaj temperatury sięgają około 2 mln °C. Powierzchnia Słońca jest niespokojna i ziarnista, nazywana granulacją słoneczną. Dostrzegamy ją tylko za pomocą teleskopów. Wyobraźmy sobie gotującą się kaszę – wznoszące i opadające ziarenka – tak właśnie wygląda powierzchnia naszej dziennej gwiazdy. Taka konwekcja przenosi ciepło z niższych warstw Słońca do fotosfery i odpowiada za ziarnistą strukturę powierzchni. Kształt zewnętrznej warstwy zmienia się w zależności od aktywności Słońca.

 

Niekiedy zdarza się, że cząstki materii mają tak wysoką temperaturę iż mogą pokonać grawitację gwiazdy i umknąć w przestrzeń międzygwiezdną. Pędzący z prędkością około 450 km/s strumień naładowanych elektormagnetycznie cząstek nazywany jest wiatrem słonecznym. Planety Układu Słonecznego posiadające pole magnetycznechronią się przed tym wiatrem przechwytując cząstki i kierując je w stronę biegunów planety. Tam wiatr słoneczny oddziałując z cząstkami atmosfery planety tworzy migoczące kurtyny świetlne zwane zorzą polarną. Świetlne zjawisko zorzy jest piękne, ale wywołujący to zjawisko wybuch na słońcu jest niebezpieczne. W kilka sekund uwalnia się tam taka energia jakiej nie wyprodukowano do tej pory we wszystkie elektrowniach świata. Wiatr słoneczny dociera do naszej macierzystej planty jak i również na krańce Układu Słonecznego, nawet za orbitę Plutona. Dotarcie do Ziemi zabiera cząstkom około 10 dni. Zorze przybierają na niebie różne kształty są to łuki, promienie i kurtyny świetlne. Nie zdarzyło się by na niebie pojawiła się dwa razy taka sama zorza. Zorze najlepiej obserwuje się na Dalekiej Północy lub Południu w noce, w których Księżyc jest w nowiu.

 

Autorzy: Łukasz Wyka i Gracjana Kalicka

Źródło

http://www.astro.uni.wroc.pl/helio/helio_sundescrip.html – autorzy Paweł Rudawy i Robert Falewicz

http://sohowww.nascom.nasa.gov/

http://www.se.pl/zacmienie-slonca,35798/

http://portalwiedzy.onet.pl/4868,25297,1580578,1,czasopisma.html

http://dracul.kill.pl/~bielu/astronomia/slonce/eclipse9.jpg