Även om du inte har något speciellt intresse för astronomi – ännu – har du utan tvekan undrat vad som händer i den massiva ljusa bollen på himlen som är både farligt varm och bokstavligen livgivande på samma gång. Du vet säkert att solen är en stjärna, ungefär som de otaliga ljuspunkterna som tar solens plats ovanför natten när mörkret lägger sig, bara närmare.
Du kanske vet att den har sin egen bränsletillförsel och att denna tillgång, även om den inte är oändlig, är så stor att den är oöverskådlig. Du inser förmodligen att det inte skulle vara en bra idé att komma mycket närmare solen även om du hade förmågan att göra det – men att det skulle vara nästan lika dålig idé att avvika mycket längre bort från den än du redan är, ett avstånd på cirka 93 miljoner miles.
När du funderar, men du kanske inte har tänkt på tanken att solen inte är en enhetlig klot av ljus och värme, utan istället har lager i sin egen rätt, precis som jorden och de andra sju planeterna i solsystemet gör. Vilka är dessa lager – och hur i hela friden kan mänskliga vetenskapsmän ens veta om dem på så långt avstånd?
Solen och Solsystemet
Solen ligger i mitten av solsystemet (därav namnet!) och står för 99,8 procent av solsystemets massa. På grund av gravitationens effekter kretsar allt i solsystemet – de åtta planeterna, de fem (för nu) dvärgplaneterna, månarna på dessa planeter och dvärgplaneter, asteroiderna och andra mindre element som kometer – runt solen. Planeten Merkurius tar lite mindre än 88 jorddagar att genomföra en resa runt solen, medan Neptunus tar nästan 165 jordår.
Solen är en ganska obeskrivlig stjärna som stjärnor går, tjänar klassificeringen av ”gul dvärg.” Med en ålder på cirka 4,5 miljarder år sitter solen cirka 26 000 ljusår från mitten av galaxen den bebor, Vintergatans galax. Som referens är ett ljusår sträckan ljuset färdas på ett år, cirka 6 biljoner miles. Så stort som själva solsystemet är, är Neptunus, den planet som ligger längst bort från solen på ett avstånd av nästan 2,8 miljarder miles, knappt 1/2000 av ett ljusår från solen.
Solen har, förutom att fungera som en gigantisk ugn, även en stark inre elektrisk ström. Elektriska strömmar genererar magnetfält, och solen har ett enormt magnetfält som fortplantar sig genom solsystemet som solvind – elektriskt laddad gas som flyger ut från solen i alla riktningar.
Är solen en stjärna?
Solen är, som nämnts, en gul dvärg, men den är mer formellt klassad som en G2-stjärna i spektralklass. Stjärnor klassificeras i ordning från hetaste till coolaste som stjärnor av typ O, B, A, F, G, K eller M. De varmaste har en yttemperatur på cirka 30 000 till 60 000 Kelvin (K), medan solens yttemperatur är jämförelsevis ljumna 5 780 K. (För referens, Kelvin-grader är samma ”storlek” som Celsius-grader, men skalan börjar 273 grader lägre. Det vill säga 0 K, eller ”absolut noll”, är lika med -273 C, 1 273 K är lika med 1 000 C och så vidare. Gradsymbolen utelämnas också från Kelvin-enheter.) Solens densitet, som varken är en fast, en vätska eller en gas och klassificeras bäst som plasma (dvs. elektriskt laddad gas), är ungefär 1,4 gånger så stor som vatten.
Annan viktig solstatistik: Solen har en massa på 1,989 × 1030 kg och en radie på cirka 6,96 × 108 m. (Eftersom ljusets hastighet är 3 × 108 m/s skulle ljuset från ena sidan av solen ta lite över två sekunder att passera hela vägen genom mitten till den andra sidan.) Om solen vore lika hög som, säg, en typisk dörr, skulle jorden vara ungefär lika hög som ett amerikanskt nickel som står på kanten. Ändå existerar stjärnor som är 1 000 gånger solens diameter, liksom dvärgstjärnor som är mindre än en hundradel så breda.
Solen släcker också 3,85 × 1026 Watt effekt, varav cirka 1340 watt per kvadratmeter når jorden. Detta översätts till en ljusstyrka på 4 × 1033 ergs . Dessa siffror betyder förmodligen inte mycket isolerat, men som referens innebär en exponent på ”bara” 9 miljarder, medan en exponent på 12 översätts till biljoner. Det är enorma siffror! Ändå är vissa stjärnor så många som en miljon gånger mer lysande än solen, vilket betyder att deras uteffekt är en miljon gånger större. Samtidigt är vissa stjärnor tusen gånger mindre lysande.
Det är intressant att notera att även om solen i bästa fall klassas som en blygsam stjärna i det övergripande schemat, är den fortfarande mer massiv än 95 procent av de kända stjärnorna som finns. Innebörden av detta är att de flesta stjärnor är långt över sin ålder och har krympt avsevärt sedan deras livstids topp miljarder år tidigare, och fortsätter nu på sin ålderdom i relativ anonymitet.
Vilka är solens fyra regioner?
Solen kan delas in i fyra rumsliga regioner, bestående av kärnan, strålningszonen, konvektivzonen och fotosfären. Det senare sitter under två ytterligare lager, som kommer att utforskas i nästa avsnitt. Ett soldiagram bestående av ett tvärsnitt, som en vy av insidan av en boll som har skurits exakt på mitten, skulle alltså inkludera en cirkel i mitten som representerar kärnan, och sedan på varandra följande ringar runt den inifrån och ut som betecknar strålningszonen, konvektivzonen och fotosfären.
Kärnan av solen är där allt som observatörer på jorden kan mäta som ljus och värme kommer från. Denna region sträcker sig utåt till ungefär en fjärdedel av vägen från solens mitt. Temperaturen i själva mitten av solen beräknas vara cirka 15,5 miljoner K till 15,7 miljoner K, lika med cirka 28 miljoner grader Fahrenheit. Detta gör att yttemperaturen på cirka 5 780 K verkar positivt kylig. Värmen inuti kärnan genereras av en konstant störtflod av kärnfusionsreaktioner, där två vätemolekyler kombineras med tillräcklig kraft för att få dem att förenas till helium (med andra ord, vätemolekylerna smälter samman.)
Den strålningszonen av solen heter så eftersom det är i detta sfäriska skal – ett område som börjar ungefär en fjärdedel av vägen från solens centrum, där kärnan slutar, och sträcker sig utåt ungefär tre fjärdedelar av vägen till solens yta där den möter den konvektiva zonen – att energin som frigörs från fusionen inuti kärnan färdas utåt i alla riktningar, eller strålar ut. Överraskande nog tar det väldigt lång tid för utstrålande energi att färdas över strålningsområdets tjocklek – faktiskt flera hundra tusen år! Så osannolikt som detta antagligen låter, i soltid är detta inte alls särskilt länge, med tanke på att solen redan är 4,5 miljarder år gammal och fortfarande håller på.
Den konvektiv zon tar upp det mesta av den yttersta fjärdedelen av solens volym. I början av denna zon (det vill säga på insidan) är temperaturen cirka 2 000 000 K och sjunker. Som ett resultat är det plasmaliknande materialet som bildar solens inre, tro det eller ej, för svalt och ogenomskinligt för att tillåta värme och ljus att fortsätta färdas mot solytan i form av strålning. Istället överförs denna energi via konvektion, vilket i huvudsak är användningen av fysiska medier för att transportera energi istället för att låta den åka solo. (Bubblor som stiger upp från botten av en kastrull med kokande vatten till ytan och avger värme när de poppar upp representerar ett exempel på konvektion.) Till skillnad från den långa tid det tar för energi att navigera i strålningszonen, rör sig energi genom konvektionszonen relativt snabbt.
Fotosfären består av en zon där solens lager övergår från att vara helt ogenomskinliga och därmed blockera strålning till att vara genomskinliga. Detta gör att ljus såväl som värme kan passera obehindrat. Fotosfären är därför det lager av solen från vilket ljus som är synligt för det blotta ögat sänds ut. Detta lager är bara 500 km tjockt, vilket betyder att om hela solen liknas vid en lök, representerar fotosfären lökens skal. Temperaturen på botten av denna region är varmare än den är vid solens yta, men inte dramatiskt så – cirka 7 500 K, en skillnad på mindre än 2 000 K.
Vilka är solens lager?
Som noterat anses solens kärna, strålningszon, konvektivzon och fotosfär som regioner, men var och en kan också klassificeras som ett av solens lager, av vilka det finns sex till antalet. Utanför fotosfären finns solens atmosfär, som inkluderar två lager: kromosfären och koronan.
Kromosfären sträcker sig cirka 2 000 till 10 000 km över solens yta (det vill säga den yttersta delen av fotosfären), beroende på vilken källa du konsulterar. Märkligt nog sjunker temperaturen något förutsägbart med ökande avstånd från fotosfären till en början, men börjar sedan stiga igen, möjligen på grund av effekterna av solens magnetfält.
Corona (latin för ”krona”) sträcker sig ovanför kromosfären till en avstånd på flera gånger solens radie och når temperaturer så höga som 2 000 000 K, liknande det inre av konvektionszonen. Detta solskikt är mycket tunt, innehåller endast cirka 10 atomer per cm3, och den är kraftigt genomkorsad av magnetfältslinjer. ”Streamers” och gasplymer bildas längs dessa magnetfältslinjer och blåses utåt av solvinden, vilket ger solen dess karakteristiska utseende av att ha ljusrankor när huvuddelen av solen är skymd.
Vilka är de yttre delarna av solen?
Som noterat , de yttersta delarna av solen är fotosfären, som är en del av själva solen, och kromosfären och korona, som är en del av solens atmosfär. Således kan solen avbildas ha tre inre delar (kärnan, strålningszonen och konvektionszonen) och tre yttre delar (fotosfären, kromosfären och korona).
Ett antal intressanta evenemang utspelar sig vid eller strax ovanför solens yta. En av dessa är solfläckar, som bildas i fotosfären i relativt svala (4 000 K) områden. En annan är solflammor, som är explosiva händelser på ytan som kännetecknas av mycket intensiv ljusning av områden i solatmosfären i form av röntgenstrålar, ultraviolett och synligt ljus. Dessa utspelar sig under perioder som varar i några minuter och bleknar sedan över en något längre tidsram på en timme eller däromkring.
