Postoji razlog zašto je Zemlja jedino mjesto u Sunčevom sustavu gdje se zna da život može živjeti i napredovati. Doduše, znanstvenici vjeruju da bi mogli postojati mikrobni ili čak vodeni oblici života koji žive ispod ledenih površina Europa i Enceladus , ili u metanskim jezerima na titan . Ali za sada, Zemlja ostaje jedino mjesto za koje znamo da ima sve prave uvjete za postojanje života.
Jedan od razloga za to je taj što se Zemlja nalazi unutar našeg Sunca Naseljiva zona (aka. “Zlatokosa zona”). To znači da je na pravom mjestu (ni preblizu ni predaleko) da primi sunčevu energiju u izobilju, koja uključuje svjetlost i toplinu koja je bitna za kemijske reakcije. Ali kako točno naše Sunce proizvodi ovu energiju? O kojim koracima se radi i kako to dolazi do nas ovdje na planeti Zemlji?
Jednostavan je odgovor da je Sunce, kao i sve zvijezde, u stanju stvarati energiju jer je to u biti masivna reakcija fuzije. Znanstvenici vjeruju da je to počelo kada se golemi oblak plina i čestica (tj. maglica) srušio pod silom vlastite gravitacije – što je poznato kao Teorija maglice . Ovo ne samo da je stvorilo veliku svjetlosnu kuglu u središtu našeg Sunčevog sustava, već je također pokrenulo proces u kojem se vodik, sakupljen u središtu, počeo spajati kako bi stvorio sunčevu energiju.
Tehnički poznat kao nuklearna fuzija, ovaj proces oslobađa nevjerojatnu količinu energije u obliku svjetlosti i topline. Ali dobivanje te energije iz središta našeg Sunca sve do planeta Zemlje i dalje uključuje nekoliko ključnih koraka. Na kraju, sve se svodi na Sunčeve slojeve i ulogu koju svaki od njih igra u osiguravanju da sunčeva energija stigne tamo gdje može pomoći u stvaranju i održavanju života.
Jezgra:
Jezgra Sunca je područje koje se proteže od središta do oko 20-25% sunčevog radijusa. To je ovdje, u jezgri, gdje se energija proizvodi tako što se atomi vodika (H) pretvaraju u molekule helija (He). To je moguće zahvaljujući ekstremnom tlaku i temperaturi koji postoje unutar jezgre, za koje se procjenjuje da su ekvivalentni 250 milijardi atmosfera (25,33 trilijuna KPa) odnosno 15,7 milijuna kelvina.
Konačni rezultat je fuzija četiri protona (molekula vodika) u jednu alfa česticu – dva protona i dva neutrona povezani zajedno u česticu koja je identična jezgri helija. Iz tog procesa oslobađaju se dva pozitrona, dva neutrina (što mijenja dva protona u neutrone) i energija.
Jezgra je jedini dio Sunca koji fuzijom proizvodi značajnu količinu topline. Zapravo, 99% energije koju proizvodi Sunce odvija se unutar 24% radijusa Sunca. Za 30% radijusa, fuzija je gotovo u potpunosti prestala. Ostatak Sunca zagrijava se energijom koja se prenosi iz jezgre kroz uzastopne slojeve, da bi na kraju dosegla solarnu fotosferu i bježala u svemir kao sunčeva svjetlost ili kinetička energija čestica.
Sunce oslobađa energiju pri stopi pretvorbe mase u energiju od 4,26 milijuna metričkih tona u sekundi, što proizvodi ekvivalent od 38 460 septilijuna vata (3,846×1026W) u sekundi. Da to stavimo u perspektivu, ovo je ekvivalent otprilike 9,192×1010megatona TNT-a u sekundi, ili 1.820.000.000 Tsar Bomba – najmoćnija termonuklearna bomba ikad napravljena!
Unutarnja struktura Sunca. Zasluge: Wikipedia Commons/kelvinsong
Radijacijska zona:
Ovo je zona neposredno uz jezgru, koja se proteže na oko 0,7 solarnih radijusa. U ovom sloju nema toplinske konvekcije, ali solarni materijal u ovom sloju je dovoljno vruć i gust da je toplinsko zračenje sve što je potrebno za prijenos intenzivne topline stvorene u jezgri prema van. U osnovi, to uključuje ione vodika i helija koji emitiraju fotone koji putuju kratku udaljenost prije nego što ih drugi ioni ponovno apsorbiraju.
Temperature padaju u ovom sloju, krećući se od približno 7 milijuna kelvina bliže jezgri do 2 milijuna na granici s konvektivnom zonom. Gustoća u ovom sloju također pada stostruko od 0,25 solarnih radijusa do vrha radijacijske zone, idući od 20 g/cm³ najbliže jezgri do samo 0,2 g/cm³ na gornjoj granici.
Konvektivna zona:
Ovo je vanjski sloj Sunca, koji čini sve iznad 70% unutarnjeg sunčevog radijusa (ili od površine do otprilike 200 000 km ispod). Ovdje je temperatura niža nego u zoni zračenja i teži atomi nisu potpuno ionizirani. Kao rezultat toga, radijacijski prijenos topline je manje učinkovit, a gustoća plazme je dovoljno niska da omogući razvoj konvektivnih struja.
Zbog toga, rastuće toplinske ćelije prenose većinu topline prema sunčevoj fotosferi. Nakon što se te stanice uzdignu malo ispod površine fotosfere, njihov se materijal hladi, uzrokujući povećanje njihove gustoće. To ih prisiljava da ponovno potonu u podnožje zone konvekcije - gdje pokupe više topline i konvektivni ciklus se nastavlja.
Ilustracija strukture Sunca i zvijezde crvenog diva, koja prikazuje njihove konvektivne zone. Zasluga: ESO
Na površini Sunca temperatura pada na oko 5700 K. Turbulentna konvekcija ovog sloja Sunca također je ono što uzrokuje učinak koji proizvodi magnetski sjeverni i južni pol po cijeloj površini Sunca.
Također je na ovom sloju koji sunčane pjege pojavljuju se kao tamne mrlje u usporedbi s okolnim područjem. Ove mrlje odgovaraju koncentracijama u polju magnetskog toka koje inhibiraju konvekciju i uzrokuju pad temperature u područjima na površini u usporedbi s okolnim materijalom.
Fotosfera:
Na kraju, tu je fotosfera, vidljiva površina Sunca. Ovdje se sunčeva svjetlost i toplina koje se zrače i konvektiraju na površinu šire u svemir. Temperature u sloju se kreću između 4.500 i 6.000 K (4.230 – 5.730 °C; 7646 – 10346 °F). Budući da je gornji dio fotosfere hladniji od donjeg, slika Sunca izgleda svjetlija u središtu nego na rubu iliudsolarnog diska, u fenomenu poznatom kao zamračivanje udova .
Fotosfera je debela desetke do stotine kilometara, a također je i područje Sunca gdje postaje neprozirno za vidljivu svjetlost. Razlozi za to su smanjenje količine negativno nabijenih vodikovih iona (H-), koji lako apsorbiraju vidljivu svjetlost. Suprotno tome, vidljiva svjetlost koju vidimo nastaje kada elektroni reagiraju s atomima vodika kako bi nastali H-ioni.
Energija emitirana iz fotosfere zatim se širi svemirom i stiže do Zemljine atmosfere i ostalih planeta Sunčevog sustava. Ovdje na Zemlji, gornji sloj atmosfere (ozonski omotač) filtrira većinu sunčevog ultraljubičastog (UV) zračenja, ali dio propušta na površinu. Primljenu energiju zatim apsorbiraju Zemljin zrak i kora, zagrijavajući naš planet i dajući organizmima izvor energije.
Fotosfera Sunca, gdje se vidljiva sunčeva svjetlost i toplina šalju u svemir. Zasluge: NASA/SDO/AIA)
Sunce je u središtu bioloških i kemijskih procesa ovdje na Zemlji. Bez toga bi se životni ciklus biljaka i životinja završio, cirkadijalni ritmovi svih zemaljskih stvorenja bili bi poremećeni; a s vremenom bi sav život na Zemlji prestao postojati. Važnost Sunca prepoznata je još od prapovijesti, a mnoge kulture na njega gledaju kao na božanstvo (češće kao na glavno božanstvo u svojim panteonima).
Ali tek u posljednjih nekoliko stoljeća došlo je do razumijevanja procesa koji pokreću Sunce. Zahvaljujući tekućim istraživanjima fizičara, astronoma i biologa, sada smo u mogućnosti shvatiti kako Sunce proizvodi energiju i kako to prenosi na naš Sunčev sustav. Proučavanje poznatog svemira, s njegovom raznolikošću zvjezdanih sustava i egzoplaneta – također nam je pomoglo u usporedbi s drugim vrstama zvijezda.
Napisali smo mnogo članaka o Sunce i Solarna energija za Svemir danas. Ovdje je Koje je boje Sunce? , Koliko je Zemlja udaljena od Sunca? , neki Zanimljive činjenice o Suncu , i jedan o Karakteristika Sunca .
Za one koji su zanimljivi u istinski spekulativnom i futurističkom, evo Možemo li Terraformirati Sunce? , i Skupljanje solarne energije iz svemira .
Za više informacija, provjerite NASA-in vodič za istraživanje Sunčevog sustava na Suncu , a ovdje je poveznica na Početna stranica misije SOHO , koji ima najnovije slike sa Sunca.
Astronomy Cast također ima nekoliko zanimljivih epizoda o Suncu. Slušaj ovdje, Epizoda 30: Sunce, pjege i sve , i Epizoda 320: Slojevi sunca .
