Słońce
Narodziny gwiazdy
Pięć miliardów lat temu nie istniało ani Słońce, ani Ziemia. W tym obszarze galaktyki, który teraz nazywamy domem, kłębiła się wielka, rzadka chmura pyłu i gazu. Składała się ona przede wszystkim z wodoru i helu, które nadal są głównymi składnikami wszechświata, ale zawierała też nieco pyłu - drobiny cięższej materii, wyrzucone z umierających gwiazd. Chmura nie była jednorodna. Gęstość materii w pewnej części chmury była nieco większa od średniej. Przyciąganie grawitacyjne danego obiektu zależy od jego masy,
a zatem obszar o większej gęstości przyciągał materię mocniej niż inne obszary. Wobec tego materia spływała do niego, jeszcze bardziej zwiększając zawartą
w nim masę, a tym samym powodując wzmocnienie przyciągania grawitacyjnego. Ten lawinowy proces narastania gęstości spowodował, że cała chmura zaczęła się zapadać. Stało się to przyczyną dwóch zjawisk. Po pierwsze, ilość materii w centrum bardzo wzrosła i powstała olbrzymia kula o dużej gęstości. W miarę wzrostu gęstości, rosła też temperatura kuli. Po drugie, gdy kurczyła się chmura i narastała jej gęstość, rosła prędkość jej wirowania,
a spływająca materia utworzyła płaski dysk prostopadły do osi obrotu. Chmura przybrała kształt naleśnika z łyżką masła po środku. Obie części były zbudowane z takiej samej materii, ale na obrzeżach dysku jej gęstość była znacznie mniejsza niż w centrum. w dysku znalazł się 1% materii chmury, reszta skupiła się w części centralnej. Część centralna zmieniła się w gwiazdę - Słońce - natomiast z dysku planety, księżyce, planetoidy i komety. W miarę zapadania się części centralnej i gromadzenia w niej coraz większej ilości materii, wzrastała jej temperatura i gaz zaczął promieniować. Pod wpływem grawitacji kula zapadła się coraz bardziej, co powodowało kompresję i rozgrzanie spadającej materii. Temperatura wzrosła tak bardzo, że elektrony oderwały się od atomów; materia od której miało powstać Słońce, przybrała postać gorącej mieszaniny ujemnie naładowanych elektronów i dodatnio naładowanych jąder atomowych. Fizycy nazywają materię w takim stanie plazmą. Obecnie większość materii w Słońcu i gwiazdach to właśnie plazma. Postępujący wzrost temperatury wewnątrz wirującej kuli gazowej powodował, że cząstki materii poruszały się coraz prędzej. Głównym składnikiem rodzącego się Słońca był wodór, którego atom jest zbudowany z jednego protonu i związanego z nim elektronu. W wysokiej temperaturze elektrony oddzielają się od protonów, które bezwładnie poruszają się z dużą prędkością i zderzają się ze sobą. gdy temperatura wewnątrz Słońca zbliżyła się do obecnej temperatury 15 milionów stopni Celsjusza, prędkość protonów wzrosła tak bardzo, że mogły one pokonać barierę elektrostatyczną, a zaczęły oddziaływać siłami jądrowymi.. Tak rozpoczęły się reakcje syntezy jądrowej. Ten moment można uznać za narodziny gwiazdy. Efektem reakcji syntezy jest przekształcenie czterech protonów w jądro helu, złożone w jądro helu , złożone z dwóch protonów i dwóch neutronów, czemu towarzyszy powstanie innych cząstek i uwolnienie znacznej energii. To powoduje rozgrzanie wnętrza do jeszcze większej temperatury i pojawienia się ciśnienia, równoważącego grawitację. tylko wewnątrz gwiazdy panuje ogromna temperatura i ciśnienie, konieczne do podtrzymani reakcji termojądrowych.
Temperatura
Pytając o temperaturę Słońca musimy uściślić o jaką część gwiazdy nam chodzi, ponieważ temperatura nie jest jednolita dla wszystkich warstw Słońca. Najgorętszym miejscem jest centrum Słońca, jego jądro. Temperatura osiąga tam wartość przynajmniej 10 000 000o K, a niektóre źródła podają, że jest to 15 557 000o K ("The New Solar System, fourth edition").
Powierzchnia Słońca jest chłodniejsza, cechuje się temperaturą około 5800o K (wspomniana wyżej książka podaje 5 780o K ). Tuż ponad powierzchnią Słońca dzieje się coś dziwnego. Temperatura znowu ogromnie wzrasta, tym razem do 1.5 - 2 mln stopni K (w literaturze spotykamy nawet zakres od 2 000 000oK – 3 000 000o K). To co prawda chłodniej niż w centrum, ale w porównaniu z temperaturą powierzchni gwiazdy wzrost jest ogromny. Przyczyn tak wielkiego wzrostu temperatury w tej warstwie (zwanej koroną słoneczną) naukowcy szukają od dawna. I pewnej odpowiedzi nie znaleźli. Pozostaje to nadaj jedną z największych zagadek związanych ze Słońcem.
Z czego zbudowane jest Słońce ?
Spośród 104 pierwiastków chemicznych znanych na Ziemi, drogą analizy widmowej odkryto na Słońcu około 70. Ponad 70% masy Słońca stanowi wodór, 28% hel, wszystkich pozostałych pierwiastków jest mniej niż 2%. Biorąc z kolei za punkt wyjścia liczbę poszczególnych atomów, a nie ich masę możemy powiedzieć, że Słońce prawie w całości składa się z wodoru.
Reasumując: Do najważniejszych pierwiastków wchodzących w skład Słońca należą: (podział ze względu na liczbę atomów)
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%
Rysunek, który jeszcze lepiej to wszystko obrazuje:
Pierwiastki, które występują na Słońcu można także odnaleźć na Ziemi. Najlepszym przykładem może być tlen. Każdy chyba wie, że jest nam niezbędny do życia. Innym przykładem, takim z codziennego życia wziętym, mogą być miedziane druty używane do przewodzenie prądu. Jak sama nazwa wskazuje pierwiastkiem, który nas interesuje będzie w tym przypadku miedź.Rozmiar i masa Słońca
W porównaniu do planet rozmiary Słońca są naprawdę ogromne. Musielibyśmy ułożyć obok siebie 109 kul ziemskich, aby uzyskać średnicę Słońca, a 1,3 mln kul ziemskich miałoby dopiero objętość równą jego objętości. Jednak w porównaniu z innymi gwiazdami nasze Słońce jest średnich rozmiarów. Średnica około 1,4 miliona kilometrów. Istnieje bardzo wiele gwiazd, których objętość jest miliony razy większa od objętości Słońca, a ich masy mogą być nawet sto razy większe od masy Słońca.
Rozżarzona kula gazowa jaką stanowi Słońce zawiera w sobie 99,87% masy całego Układu Słonecznego. Masa planet stanowi zaledwie około 1/750 masy całego układu. Widzimy więc, że tak prawdę mówiąc, nasz układ słoneczny to w zasadzie Słońce i bardzo niewielka domieszka innych składników, takich jak planety (w tym nasza Ziemia), księżyce, asteroidy, pył i różnego rodzaju okruchy skalne. Można się spodziewać iż w miarę rozwoju cywilizacji będą to także coraz większe ilości różnego rodzaju "ziemskich" śmieci.
Warto zdać sobie sprawę z tego jakie miejsce zajmujemy w tym układzie. Masa Słońca jest mniej więcej 333 000 razy większa od masy Ziemi. Trzeba przyznać, że bardzo trudno sobie to wszystko wyobrazić, ale próbując dowiedzieć się czegoś o naszej najbliższej gwieździe trzeba się przyzwyczaić to tego, że wszystko co z nią związane zawsze jest trudne do wyobrażenia i zdecydowanie przerasta możliwości w jakie wyposażyła nas natura. Nasze zmysły, a także mózg, który steruje bezpośrednio wyobraźnią są zbyt ograniczone, aby to wszystko pojąć.
Ciśnienie
Ciśnienie w środku wynosi 200 mld. atmosfer, gęstość - w centrum 151.3 g/cm3, średnia gęstość - 1.409 g/cm3.Wysoka temperatura i olbrzymie ciśnienie warstw położonych wyżej tworzą we wnętrzu Słońca odpowiednie warunki dla reakcji jądrowych, stanowiących źródło energii słonecznej. W każdej minucie Słońce traci wskutek promieniowania około 240 mln ton masy.
Na Ziemię pada 1/2 200 000 000 promieniowania słonecznego, co stanowi 180 bilionów kilowatów. Mniej więcej połowa tej energii zostaje odbita przez chmury i powierzchnię Ziemi, rozprasza się, a następnie jest pochłaniana przez atmosferę ziemską.
Dlaczego Słońce świeci?
Przy wysokiej temperaturze i ciśnieniu wodór przekształca się, w wyniku reakcji termojądrowej wyzwalającej ogromne ilości energii, w hel. Energia ta przepływa przez grubą warstwę gorących gazów otaczających jądro, by w końcu dotrzeć do powierzchni słońca. Stąd wypromieniowywana jest w przestrzeń kosmiczną jako ciepło i światło.
Podsumowanie - podstawowe dane Słońca
ŚREDNICA RÓWNIKA 1 391 020 KM
Odległość od Ziemi 150 000 000 KM
Masa Słońca 1.989 x 10 33g
Masa (Ziemia=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 Gal. 250 km/s
Prędkość ruchu wzg. bliskich gwiazd 19.5 km/s