Słońce - gwiazda życia
I Miejsce słońca we wszechświecie.
Wszechświat to ogromna przestrzeń kosmiczna i wszystkie znajdujące się w niej ciała. Najbardziej znana teoria o jego powstaniu głosi, iż kiedyś cała materia była skupiona w jednym punkcie, ale na skutek Wielkiego Wybuchu, materia ta uległa rozproszeniu. Wielki Wybuch miał miejsce ok. 15 miliardów lat temu, nasz Układ Słoneczny ma zaledwie 4,5 miliarda lat.
Wszechświat składa się z milionów galaktyk, czyli olbrzymich grup gwiazd... Jedna z nich jest Droga Mleczna. To właśnie tam mieści się nasz Układ Słoneczny. Znajduje się on o ok. 26 tysięcy lat świetlnych od środka galaktyki, w jednym z jej ramion, zwanym ramieniem Oriona. Ramie to mieści się pomiędzy ramionami Strzelca a Perseusza.
Droga Mleczna znajduje się w środku tego odcinka Wszechświata, który jesteśmy w stanie zaobserwować z Ziemi.
Pod względem rozmiarów i promieniowana Słońce należy do przeciętnych gwiazd typu widmowego G2V. Jego masa wynosi 1,989 x 1030 kg, a średnica jest równa 1 391 960 km. Każdy metr kwadratowy powierzchni słonecznej wypromieniowuje w ciągu sekundy w przestrzeń kosmiczną 62,86 x 106 J energii, czyli cała powierzchnia w tym czasie może wypromieniować aż 3,826 x 1026 J !
II Gwiazda Układu Słonecznego
Układ słoneczny to układ planetarny Słońca. Słońce jest gwiazdą centralną naszego Układu Słonecznego. Wokół niego krąży 8 planet oraz inne, mniejsze ciała niebieskie.
W porównaniu z Ziemią Słońce jest 335 000 razy bardziej masywne i ma 109 razy większą średnicę.
Układ ten składa się on z następujących elementów :
-Słońca
-4 planet należących do grupy ziemskiej ( Merkury, Wenus, Ziemia i Mars )
-pasa planetoidów
-4 planet należących do grupy jowiszowej ( Jowisz, Saturn, Uran i Neptun )
-różnych niewielkich obiektów znajdujących się w :
~pasie Kuipera
~dysku rozproszonym
~obłoku Oorta
Musimy pamiętać, że bez Słońca nie byłoby na naszej planecie życie, prawdopodobnie 8 planet układu w ogóle by nie istniało...
Nasz Układ Słoneczny nie jest niczym wyjątkowym. We Wszechświecie znajduje się wiele układów podobnych do naszego. Przykłady stanowią układ Gwiazdy Bernarda, czy gwiazdy Vega.
III Budowa Słońca
Słońce to kula zjonizowanego gazu. Jest ona utrzymana w równowadze hydrostatycznej dzięki sile grawitacji i rosnącym wraz z głębokością ciśnieniem gazu, które równoważy ciężar materii znajdującej się powyżej. W samym środku ciśnienie osiąga 1016 Pa, co powoduje, że jądro Słońca rozgrzewa się do kilkunastu milionów stopni. Gęstość materii w jądrze wynosi 1,5 x 105 kg/m3, jednak dzięki temperaturze materia ta utrzymuje stan gazowy, na powierzchni gęstość wynosi zaledwie 10-4 kg/m3, czyli jest to prawie próżnia.
Na powierzchni Słońca zachodzi zjawisko konwekcji, jest to proces przenoszenia ciepła wynikający z ruchu materii w objętości. Czasami przez konwekcję rozumie się również sam ruch materii związany z różnicami temperatur, który prowadzi do przenoszenia ciepła.
Na podstawie odmiennych właściwości plazmy i procesów w niej zachodzących, które wynikają z różnic w gęstości i temperaturze, można wyróżnić trzy różne obszary wewnątrz Słońca.
Są to : jądro, otoczka i atmosfera.
JĄDRO
Jądro zawiera ok. 40% wodoru. Powstaje tam 95% energii produkowanej przez Słońce. Pozostałe 5% powstaje w warstwie znajdującej się bezpośrednio nad jądrem.
Energia powstaje w reakcjach fuzji czterech protonów w jądro helu. Istnieją dwa rodzaje cyklów. 1% energii pochodzi z cyklu CNO, gdyż jest to efektywne źródło energii dopiero w wyższych temperaturach. Prawie cała energia powstaje więc w cyklu proton-proton...
Fotony, które powstają w reakcjach jądrowych, jako wysokoenergetyczne fotony promieniowania gamma i rentgenowskich oddziałują z materią, podczas przesuwania się ku powierzchni, powoli tracą energię, przez co większość z nich wyświetlana jest jako promieniowanie optyczne i podczerwone.
Czas jaki potrzebuje energia na opuszczenie jądra to kilka milionów lat. Neutrina na pokonanie tej samej drogi potrzebuje dwóch sekund.
OTOCZKA
Ponad jądrem znajduje się warstwa promienista, w której temperatura jest zbyt niska by mogły tam zachodzić reakcje termojądrowe.
Materia jest tam chemicznie jednorodna.
Energia wyprodukowana w jądrze jest transportowana przez kolejne warstwy otoczki ku powierzchni. Warto zauważyć, że transport ten zachodzi w warunkach równowagi promienistej.
Ponieważ gęstość gazu w otoczce gwałtownie spada najpierw hel, a potem również wodór stają się nieprzezroczyste dla promieniowania, które ulega absorpcji. Ogrzewana tym samym otoczka staje się lżejsza i unosi się ku górze. Otoczka konwekcyjna rozciąga się do samej powierzchni Słońca.
ATMOSFERA
FOTOSFERA ? w powierzchniowych warstwach otoczki konwekcyjnej gęstość maleje na tyle, iż staje się ona przezroczysta na tyle, że fotony mogą dalej uciekać w próżnię. Nieprzezroczystość maleje gwałtownie na przestrzeni nieco powyżej 100 km. Warstwa ta to fotosfera, z której pochodzi prawie całe promieniowanie Słońca. Czasami fotosfera zostaje utożsamiona z powierzchnią Słońca. Jej niewielka grubość jest odpowiedzialna za to, że tarcza Słońca, obserwowana z Ziemi ma ostro zarysowane brzegi. Charakterystyczną cecha tej warstwy jest ziarnistość jej struktury, czyli granulacja. Czas życia pojedynczych granul szacuje się na ok. 10 min. Od 7 do 10 tys. km mają mezogranule, natomiast supergranule maja nawet 30 tys. km. Na fotosferę duży wpływ ma pole magnetyczne. Duże koncentracje tego pola tworzą plamy słoneczne, małe zaś tworzą flokuły, tj. ciągi jasnych punktów układających się w jasną sieć.
CHROMOSFERA ? za początek tej warstwy uznaje się miejsce gdzie temperatura jest najniższa ( 4100 K ), gdyż począwszy od tego miejsca temperatura, wraz z wysokością, zaczyna rosnąć, aż do 25 000 K. Za taka sytuacje odpowiedzialne są turbulencje w warstwie konwekcyjnej, które zmieniają część energii przenoszonej przez ruchy materii na energię fal mechanicznych, akustycznych i hydromagnetycznych.
KORONA ? nad chromosfera znajduje się bardzo cienka warstwa przejściowa, w której temperatura rośnie jeszcze gwałtowniej i osiąga 1 mln K. Za ogrzewanie tej warstwy odpowiedzialne są prawdopodobnie fale magnetyczne, rozpraszające się wzdłuż pola magnetycznego. Ponad warstwą przejściową znajduje się korona, czyli najbardziej zewnętrzna i rozległa część atmosfery. Z powodu na wysoką temperaturę spadek ciśnienia gazów jest koronie wolniejszy niż potrzebny do zachowania równowagi hydrostatycznej. Dzięki temu powstaje wiatr słoneczny, którego cząstki na skutek ogrzania przekroczyły prędkość ucieczki. Temperatura wyraźnie zależy od miejsca, najczęściej wynosi 2 mln K. Tak wysoką temperaturę uzyskuje dzięki protuberancjom i rozbłyskom.
IV Słońce głównym źródłem energii dla Ziemi
a) Skąd Słońce ma tyle energii ?
Słońce będące gigantycznym tyglem, w którym zachodzi reakcja termojądrowa jest źródłem wypromieniowania energii promienistej. Reakcja ta polega m.in. na syntezie 4 jąder wodoru w warunkach olbrzymiej temperatury, wynoszącej 10-20 x 106 K. W wyniku tej reakcji wypromieniowana zostaje oprócz jądra helu i 2 neutrin także energia...
Jak już wcześniej wspomniałam w ciągu jednej sekundy powierzchnia Słońca może wypromieniować 3,826 x 1026 J, z tego do Ziemi dociera z każdą sekundą 2 x 1017 J, czyli 200 x 1012 kW. Blisko połowa tej energii ulega odbiciu, rozproszeniu i pochłonięciu przez atmosferę.
W trakcie reakcji termojądrowych część materii występującej w postaci masy przekształca się w energię. Masa słońca maleje. Zmiany te zachodzą zgodnie ze wzorem Alberta Einsteina ? zmiana energii równa jest iloczynowi zmiany masy i kwadratu prędkości światła w próżni ( E = mc2 ).
b) Sposoby przekazywania energii.
Energia słoneczna należy do źródeł energii odnawialnej. Jest to największe źródło energii na Ziemi. Jest ono o ok. 1000 razy większe od obecnego zużycia energii. Bardzo ważna zaleta energii słonecznej to to, że jest ona czysta ekologicznie i oczywiście darmowa.
Dość oczywiste jest, że Słońce przekazuje energię poprzez promieniowanie, ale czy równie oczywiste jest w jaki sposób ludzie pozyskują, a następne przekazują energię ?
Pozyskać energię słoneczna możemy na dwa sposoby ? metodą heliotermiczną lub helioelektryczną...
Metoda heliotermiczna ? promienie słoneczne oddają ciepło poprzez zwierciadła na tzw. absorber, który oddaje następnie energię do turbin. Niestety eksploatacja takich zbiorowych elektrowni jest dość kosztowna.
Metoda helioelektryczna ? energia słoneczna jest bezpośrednio zamieniana na energię elektryczną, dzięki ogniwom fotoelektrycznym.
Znane są trzy sposoby na przekazywanie energii...
1.Konwekcja jest to ruch makroskopowych obszarów płynu pod wpływem czynników zewnętrznych (konwekcja wymuszona) lub różnicy gęstości (konwekcja swobodna lub naturalna). Konwekcja powoduje szybkie wyrównanie składu chemicznego i własności fizycznych płynu. Czasem konwekcja nazywa się wyłącznie konwekcyjną wymianą ciepła (unoszenie ciepła) prowadzącą do wyrównania temperatury w płynie.
2.Przewodnictwo cieplne jest to proces przepływu energii od części układu o temperaturze wyższej do części układu o temperaturze niższej, prowadzący do wyrównania temperatury. Związany jest też z przekazywaniem energii kinetycznej bezładnego ruchu w zderzeniach cząsteczek.
3.Promieniowanie jest to wysyłanie i przekazywanie energii na odległość. Promieniowanie dzieli się na dwie grupy: jonizujące i niejonizujące.
Promieniowanie jonizujące powstaje w bardzo wielu procesach np. w substancjach promieniotwórczych, gdzie jest wynikiem przemian jądrowych.
Promieniowanie niejonizujące to promieniowanie radiowe (fale promieniowania długie), mikrofalowe (fale nieco krótsze niż radiowe), podczerwone (fale krótkie), a także światło widzialne.
V Wnioski
Uważam, że Słońce jest niezbędne, do tego, by na Ziemi mógł nastąpić rozwój wszystkich gatunków zwierząt i roślin. Mogę, więc stwierdzić, że Słońce ?daje? życie. Wydaje mi się też, iż potrzebne jest tutaj stwierdzenie J. Jeans?a: ?Nasze ciała zbudowane są z dawno wygasłych gwiazd?, które ma na celu uświadomić nam jak olbrzymią rolę odgrywa w naszym życiu cały Wszechświat.
To czego się dowiedziałam, uświadomiło mi, że już za kilka lat Słońce może się okazać głównym, jeśli nie jedynym, źródłem energii.
SŁOWNIK ZASTOSOWANYCH TERMINÓW FIZYCZNYCH
Cykl węglowo-azotowo-tlenowy (CNO) to cykl przemian jąder atomowych, których efektem jest przemiana wodoru w hel oraz powstanie dużych ilości energii. Jest źródłem energii dla masywnych gwiazd, ponieważ może zachodzić jedynie w olbrzymich temperaturach ( ok. 20 mln K ).
Foton jest cząstką elementarną nie posiadającą ładunku elektrycznego ani momentu magnetycznego. Fotony są nośnikami oddziaływań elektromagnetycznych i są postrzegane jako fala elektromagnetyczna.
Granule to niewielkie komórki konwekcyjne plazmy wynoszone do góry w strefie konwekcyjnej Słońca, o temperaturze wyższej niż temperatura powierzchni.
Neutrino to cząstka elementarna, należąca do leptonów ( LEPTON ? grupa 12 cząstek elementarnych ), ma zerowy ładunek elektryczny. Doświadczenia przeprowadzone w ostatnich latach wskazują, że neutrina mają niewielką, bliską zeru masę. Powstają między innymi w wyniku rozpadu ?
BIBLIOGRAFIA
Internet :
1.www.wikipedia.pl
2.www.astronomia.republika.pl
3.www.owszechswiecie.prv.pl
4.www.sciaga.pl
Książki i czasopisma:
1.?Leksykon wiedzy szkolnej? Janusz Tomaszewski
2.?Świat wiedzy?
3.?Ilustrowany atlas świata?
4.?Mała encyklopedia PWN?