Jak gorące jest Słońce?

Słońce jest centralną gwiazdą w naszym Układzie Słonecznym. Jest niemal idealną kulą gorącej plazmy, rozgrzaną do czerwoności przez reakcje syntezy jądrowej zachodzące w jego jądrze. Ciepło jest przekształcane w energię w postaci promieniowania ultrafioletowego, widzialnego i podczerwonego. Jest to nasze podstawowe źródło energii, zapewniające nam środki do podtrzymania życia na Ziemi. Jednak Słońce ma limit na swoją moc cieplną, więc ta liczba będzie się zmieniać.

Około 5 500 stopni Celsjusza

Powierzchnia Słońca ma około 5500 stopni Celsjusza, ale zewnętrzna atmosfera Słońca może osiągnąć temperaturę ponad miliona stopni. Dlatego właśnie podczas zaćmień Słońca możemy obserwować korony w ich najwyższym punkcie. A korona jest fascynującym zjawiskiem, które przez wieki pozostawało tajemnicą.

Widoczna powierzchnia Słońca osiąga temperaturę około 5500 stopni Celsjusza, podczas gdy reszta Słońca ma temperaturę ponad dziesięciu milionów stopni. Dwie trzecie masy i objętości widocznej powierzchni znajduje się w obszarze turbulentnym. Pozostałe 95 procent masy znajduje się w stabilnej strefie podstawowej, gdzie temperatury wahają się od 10 do 17 milionów stopni. W jądrze Słońca temperatury sięgają nawet siedemnastu milionów stopni.

27 milionów stopni Fahrenheita

Słońce ma temperaturę około 15 milionów stopni Celsjusza, czyli jest gorętsze od Ziemi o około 27 000 milionów stopni Fahrenheita. Jego średnia średnica wynosi około 864 000 mil, a okres obiegu 27 dni na równiku i 36 dni na biegunach. Z drugiej strony, temperatura na jej powierzchni wynosi 10 tysięcy stopni. To spora różnica w porównaniu z temperaturą powierzchni Ziemi.

Wewnętrzne jądro Słońca osiąga temperaturę ponad 27 milionów stopni Fahrenheita, czyli 15 milionów stopni Celsjusza. Energia uwalniana podczas fuzji jądrowej przemieszcza się na zewnątrz, do „strefy promieniowania”, gdzie odbija się, tworząc hel i ogromne ilości energii. Stamtąd energia ta przemieszcza się do strefy konwekcyjnej, najwyższej warstwy we wnętrzu Słońca, która ma zaledwie 3,5 miliona stopni Fahrenheita.

5800 stopni Kelvina

Skala temperatur jest często wyrażana w stopniach Kelvina. Kelwin ma wiele zastosowań. Po pierwsze, jest używany do określania temperatury barwowej źródeł światła. Ciała czarne emitują światło o charakterystycznym rozkładzie częstotliwości w temperaturach poniżej czterech tysięcy stopni Kelvina i siedmiuset pięćdziesięciu stopni Kelvina. Ta temperatura barwowa jest ważna w projekcji obrazów, a emulsje filmowe, które ją wykorzystują, muszą mieć temperaturę barwową co najmniej 5600 stopni. Temperatura powierzchni gwiazd jest również wykorzystywana do ich klasyfikacji. Fotosfera Słońca ma temperaturę efektywną 5778 K.

Korona

Pytanie: „Jak gorąca jest korona?” nurtuje naukowców od czasu pierwszego zaćmienia Słońca w 1831 roku. Słońce wytwarza fale, a korona nie jest tu wyjątkiem. Fale pochodzące z korony mogą być bardzo wysokie, a nawet fale oceaniczne mogą popychać surferów w kierunku oceanu. Dlatego naukowcy od wieków interesują się koroną, ale nie do końca rozumieją, co powoduje jej ekstremalną temperaturę.

Ważną częścią korony jest region świetlistych, podobnych do chmur struktur plazmy, zwanych prominencjami. Te prominencje zostały po raz pierwszy zaobserwowane przez Francisa Baily’ego 8 lipca 1842 roku i zostały później zidentyfikowane jako część atmosfery słonecznej. W końcu spektroskopia potwierdziła, że promieniowanie z tych prominencji pochodzi z poszczególnych linii widmowych. Odkrycie to doprowadziło do rewolucji w fizyce Słońca, a obecnie naukowcy są w stanie określić, jak gorąca jest korona.

Plamy słoneczne

Jak gorące jest Słońce? Widoczna powierzchnia Słońca ma temperaturę około 6 000 stopni Fahrenheita (11 300 stopni Celsjusza). Atmosfera gwiazdy, zwana koroną, jest setki razy gorętsza niż jej powierzchnia, osiągając temperaturę miliona stopni Celsjusza lub 1,8 miliona stopni Fahrenheita. Jednak nawet ta stosunkowo niska temperatura jest niczym w porównaniu z ciepłem wytwarzanym przez jądro gwiazdy. W związku z tym stanowi ono zagadkę.

Temperatura powierzchni Słońca różni się znacznie, ale wynosi około 5,778 stopni Fahrenheita (65°C). Pole magnetyczne Słońca sięga poza nasz Układ Słoneczny i chroni Ziemię przed promieniowaniem międzygalaktycznym. Na Słońcu znajduje się wiele ciemnych plam zwanych plamami słonecznymi, które są stosunkowo ciepłe, ale nie nieznośnie gorące. Te plamy słoneczne mają pole magnetyczne, które blokuje ciepło wytwarzane we wnętrzu Słońca przed dotarciem do jego powierzchni. Pole magnetyczne w tych plamach zmienia się podczas ruchu obrotowego Słońca, co powoduje rozbłyski słoneczne.

Fuzja jądrowa

Jeśli chcemy zrozumieć fuzję jądrową i to, jak gorące jest Słońce, musimy najpierw zrozumieć, jak powstało. Słońce jest gwiazdą, która wybuchła z centrum gazowego obłoku około 4,6 miliarda lat temu. Pobliska supernowa skompresowała materię w obłoku molekularnym, powodując zapadnięcie się niektórych regionów. Ponieważ masa w jądrze została ściśnięta przez falę uderzeniową, zaczęła się obracać. Ciśnienie i grawitacja wewnątrz jądra wytworzyły ciepło, które spowodowało fuzję jądrową.

Na szczęście naukowcy odkryli sposób na wykorzystanie energii zawartej w fuzji jądrowej, a technologia ta jest coraz bliższa urzeczywistnienia. Choć do wytworzenia fuzji jądrowej na Ziemi jeszcze daleka droga, naukowcy już teraz wytwarzają na Ziemi ogromne ilości ciepła do produkcji energii elektrycznej. W laboratorium naukowiec wytworzyłby temperaturę pięćdziesięciu milionów stopni Celsjusza – jest to temperatura mniej więcej dwukrotnie wyższa od temperatury powierzchni Słońca.

Konwekcja

Proces konwekcji jest odpowiedzialny za transport ciepła i energii z centrum Słońca na jego powierzchnię. Przemieszcza on również gorącą magmę pod powierzchnią Ziemi. Widoczna powierzchnia Słońca ma ziarnisty wygląd. Na stronie NASA poświęconej fizyce Słońca znajduje się zdjęcie ziarnistej powierzchni Słońca, którego autorstwo przypisuje się G. Scharmerowi i Szwedzkiemu Próżniowemu Teleskopowi Słonecznemu. Te granulki to komórki konwekcyjne, które transportują ciepło z wnętrza Słońca na powierzchnię.

Proces konwekcji w atmosferze rozpoczyna się, gdy masa ogrzanego powietrza unosi się. Unosząca się masa gorącego powietrza wypiera zimne powietrze. Ponieważ ogrzane powietrze ma mniejszą gęstość niż otaczające je powietrze, traci ono energię w trakcie unoszenia się. Po ochłodzeniu powietrze staje się gęstsze od otaczającego je powietrza i opada z powrotem na powierzchnię Ziemi. Te ruchy mas powietrza są odpowiedzialne za różne rodzaje pogody. Ciepło słoneczne nie powoduje oparzeń słonecznych, ale wytwarza szkodliwe promienie UVA, które powodują raka skóry i przedwczesne starzenie się skóry. Promieniowanie to może również przenikać przez szyby okienne.

Temperatura powierzchni

Słońce jest gwiazdą znajdującą się w centrum naszego Układu Słonecznego. Jest to niemal doskonała kula gorącej plazmy, rozgrzana do czerwoności przez reakcje syntezy jądrowej w swoim jądrze. Gwiazda ta emituje energię w postaci promieniowania widzialnego, ultrafioletowego i podczerwonego. Te fale świetlne są odpowiedzialne za energię potrzebną do podtrzymania życia na Ziemi. Temperatura powierzchni Słońca jest jedną z najważniejszych zmiennych w Układzie Słonecznym.

Temperaturę powierzchni Słońca oblicza się na podstawie odległości Ziemi od Słońca i jej promienia. Odległość ta jest następnie mnożona przez gęstość mocy promieniowania słonecznego w miejscu, w którym znajduje się Ziemia. Powyższe równanie jest przykładem obliczania temperatury powierzchni Słońca. Wynika z niego, że Ziemia otrzymuje ułamek energii słonecznej emitowanej przez Słońce. Ale co by było, gdyby ta wartość wzrosła? Czy zauważylibyśmy więcej czy mniej ciepła pochodzącego ze Słońca?