Słońce

Narodziny Słońca

Gdy pięć miliardów lat wstecz nie istniały jeszcze Słońce, ani też nasza planeta, w przestrzeni międzygwiezdnej w którym dziś mieszkamy, występowała wielka, rozrzedzona i niejednorodna chmura gazu oraz pyłu. Jej skład stanowiły przede wszystkim dwa pierwiastki chemiczne - wodór i hel. Dziś również stanowią one główną część materii Wszechświata. Oprócz wspomnianych wodoru i helu chmura zawierała również odrobinę pyłu - składały się na niego drobiny materii cięższej niż wodór i hel które pochodziły z innych gwiazd. Niejednorodność chmury objawiała się min. tym, że jej gęstość materii w niektórych jej częściach była większa bądź też mniejsza od średniej. Grawitacyjne przyciąganie obiektu zależy od wielkości jego masy, stąd też obszary charakteryzujące się większą gęstością mogły przyciągać materię mocniej aniżeli obszary o mniejszej gęstości. Zatem materia gromadziła się w obszarach o większej gęstości zwiększając jeszcze masę tych obszarów, tym samym powodując zwiększenie siły przyciągania grawitacyjnego. Proces narastający w sposób lawinowy spowodował, że chmura w całości zaczęła zapadać się - spowodowało to dwa szczególne zjawiska: 1) w centrum chmury wzrosła znacznie ilość materii - powstała w ten sposób bardzo gęsta kula; wzrost jej gęstości spowodował równoczesny wzrost temperatury; 2) w miarę kurczenia się chmury i narastania jej gęstości rosła jednocześnie prędkość wirowania (ruchu obrotowego wokół własnej osi), spływająca zaś materia wytworzyła płaski, prostopadły do osi obrotu chmury dysk. Chmura taka przypominała kształtem naleśnik z odrobiną dżemu pośrodku. Obie te części zbudowane były z identycznej materii, lecz na brzegach dysku gęstość była wyraźnie mniejsza aniżeli w jego centrum. Tylko 1% materii chmury znalazł się w samym dysku, reszta została skupiona w centralnej części (czyli "dżemie"). Ta właśnie część zmieniła się następnie w gwiazdę, czyli nasze Słońce. Z kolei z pozostałej części powstały planety (w tym oczywiście Ziemia), księżyce, oraz takie obiekty jak komety i planetoidy. W miarę jak zapadała się centralna część gromadziło się w niej coraz więcej materii, jej temperatura rosła a gaz ją tworzący zaczął emitować promieniowanie. Grawitacja spowodowała, że kula ta coraz mocniej się zapadła - wywołało to kompresję oraz podgrzanie zapadającej materii. Wzrost temperatury był tak wielki, że elektrony zaczęły odrywać się od atomów. W tych warunkach materia z której powstało Słońce, stanowiła gorącą mieszanina obdarzonych ujemnym ładunkiem elektronów i naładowanych dodatnio jąder atomowych. Taką materię określamy mianem plazma.

W wyniku reakcji syntezy cztery protony zostają przekształcone w jedno jądro helu. W procesie tym powstają też inne cząstki i uwolniona zostaje duża porcja energii. Powstałe z kolei jądro helu składa się z dwóch protonów oraz z dwóch neutronów. Prowadzi to do jeszcze większego nagrzania wnętrza i powstania ciśnienia które równoważy grawitacje. Czynniki konieczne do utrzymania procesów syntezy jądrowej, (zwanych też termojądrowymi) czyli bardzo wysoka temperatura i ogromne ciśnienie, panują tylko w samym wnętrzu gwiazdy.

Temperatura

Temperatura różnych warstw najbliższej Ziemi gwiazdy nie jest jednolita - gdy pytamy zatem o temperaturę Słońca, musimy uściślić o jaką jego część (warstwę) nam chodzi. Najgorętszym miejsce Słońca, to jego centrum, czyli jądro. Panuje tam temperatura rzędu 10 milionów K, w niektórych źródłach podawana jest nawet temperatura 15,5 miliona K (za "The New Solar System, fourth edition").

Temperatura gwiazdy maleje wraz z oddalaniem się od jądra - na jej powierzchni wynosi ona już "tylko" około 58 000 K (wspomniana książka podaje wartość 57 800 K ). Jednak tuż nad samą powierzchnią Słońca spotykamy dziwne zjawisko - temperatura ponownie wzrasta i osiąga wartości od 1,5 do 2 milionów K (w literaturze podawane są nawet wartości 2 - 3 miliony K). Jest to temperatura znacznie niższa od tej panującej w jądrze Słońca, jest ona jednak o trzy rzędy wielkości większa od tej na powierzchni. Do dziś naukowcy i zespoły badawcze nie znalazły naukowego wytłumaczenia tego zjawiska, w związku z czym pozostaje to nadal jedną z zagadek jakie kryje najbliższa nam gwiazda.

Budowa Słońca

W wyniku analiz widmowych na Słońcu odkryto blisko 70 spośród 104 naturalnie występujących na Ziemi pierwiastków chemicznych. Masę Słońca stanowią głównie wodór (w ponad 70%) oraz hel (28%), pozostałe pierwiastki to ułamek masy gwiazdy - mniej niż 2%. Jeśli pod uwagę będziemy brać ilość poszczególnych atomów (a nie ich masę), to z grubsza można powiedzieć, że Słońce praktycznie w całości zbudowane jest z wodoru. Skład procentowy pierwiastków chemicznych występujących na Słońcu jest następujący (w kolejności od najbardziej rozpowszechnionego):

H 92.1 %

He 7.8 %

O 0.061 %

C 0.030%

N 0.0084%

Ne 0.0076%

Fe 0.0037%

Si 0.0031%

Mg 0.0024%

Al 0.0015%

Inne 0.0015%

Rozmiar i masa Słońca

Rozmiary Słońca w zestawieniu z rozmiarami planet z naszego Układu Słonecznego są naprawdę gigantyczne. Żeby mieć pojęcie o rozmiarach Słońca wyobraźmy sobie, że jego średnicę utworzyłoby dopiero 109 kul ziemskich ułożonych jedna przy drugiej. Z kolei objętość gwiazdy równa jest objętości 1,3 miliona kul ziemskich! Mimo tych imponujących rozmiarów trzeba powiedzieć, że Słońce nie jest największe spośród występujących we Wszechświecie gwiazd - jest to raczej gwiazda o średnich rozmiarach. Średnica wynosi z grubsza 1,4 miliona kilometrów. We Wszechświecie występuje jednak duża liczba gwiazd o objętości nawet miliony razy większej od naszego Słońca, masy zaś niektórych gwiazd są niekiedy stokrotnie większe. Dane te mogą dać nam wyobrażenie o tym, jakich wielkości są obiekty we Wszechświecie.

Słońce to żarząca się kula której masa stanowi aż 99,87% ogólnej masy naszego Układu Słonecznego. Wynika z tego, że masa wszystkich planet stanowi jedynie 0,13% układu. Słuszne jest zatem twierdzenie, że Układ Słoneczny to właściwie Słońce i drobne "domieszki" innych ciał niebieskich jak planety, księżyce, komety oraz asteroidy i pył. Masa Słońca jest równa 333 000 masom naszej planety, Ziemi. Ludziom bardzo trudno wyobrazić sobie wielkości jakie występują gdy mówimy o obiektach takich jak gwiazdy. I rzeczywiście, jak widać z przytoczonych powyżej przykładów, w porównaniu z odległościami i innymi wielkościami na Ziemi wielkości w kosmosie są niewyobrażalnie większe.

Ciśnienie

We wnętrzu Słońca panuje niewyobrażalnie ogromne ciśnienie 200 miliardów atmosfer. Wysoka temperatura oraz gigantyczne ciśnienie panujące w warstwach położonych wyżej niż jądro tworzą warunki sprzyjające reakcjom jądrowym, które z kolei stanowią źródło energii pochodzącej z gwiazdy. Wskutek promieniowania w ciągu zaledwie jednej minuty Słońce każdorazowo traci blisko 240 milionów ton swojej masy.

Zaledwie 1 na 2 200 000 000 części tego promieniowania pada na naszą Ziemię, mimo to odpowiada temu gigantyczna energia około 180 bilionów kilowatów. Blisko połowa tej porcji energii jest odbijana przez otaczające nas chmury oraz przez powierzchnię Ziemi, zostaje następnie rozproszona i pochłonięta przez atmosferę ziemską.

Świecenie Słońca

Jak już wspomniano wyżej wysoka temperaturze oraz ciśnieniu sprzyjają zachodzeniu reakcji termojądrowych. W ich wyniku wodór zostaje przekształcony w hel a przy okazji wyzwala się bardzo duża ilości energii. Energia ta następnie przedostaje się przez grubą warstwę gazów które otaczają jądro, dociera do powierzchni Słońca skąd zostaje wypromieniowana w przestrzeń kosmiczną w postaci ciepła i światła.

Podsumowanie - podstawowe dane o Słońcu:

ŚREDNICA RÓWNIKA 1 392 020 km

Odległość od Ziemi 150 000 000 km

Masa 1.989 x 10³³g

Masa (przyjmując masę Ziemi = 1) 333 000

Średnia gęstość Słońca 1.409 g/cm³

Gęstość w środku Słońca 151.3 g/cm³

Czas obrotu wokół osi 25.4 dnia

Powierzchnia Słońca 0,6 x 10¹³ km²

Temperatura wewnątrz Słońca 15 557 000 K

Ciśnienie wewnątrz Słońca 70 mld. atm.

Całkowite promieniowanie Słońca 3.79x1033 erg/s-1

Siła ciężkości na Słońcu 2.738x104 cm/s²

Siła ciężkości w stosunku do Słońca 27,9

Odległość od środka Galaktyki 26 tys. lat św.

Okres obiegu dokoła środka Galaktyki 180 mld lat

Prędkość ruchu dokoła środka Galaktyki 250 km/s

Prędkość ruchu względem bliskich gwiazd 19.5 km/s