Који гасови чине сунце?

Садржај

• ТЛ; ДР (Предуго; нисам прочитао)
• Сунчев састав
• Како знамо од чега се ствара сунце?
• Почетак нуклеарне фузије
• Нуклеарна фузија: претварање масе у енергију
• Гасови на Сунцу? Не, плазма
• Структура Сунца
• Слојеви Сунца
• Соларни ветар
• Сунце ће на крају умрети

Наше сунце је, као и свака друга звезда, џиновска лопта ужарене плазме. То је самоодрживи термонуклеарни реактор који обезбеђује светлост и топлоту нашој планети за одржавање живота, док њена гравитација чува нас (и остатак Сунчевог система) од превртања у дубоки свемир.

Сунце садржи неколико гасова и других елемената који емитују електромагнетно зрачење омогућавајући научницима да истражују сунце упркос томе што немају приступ физичким узорцима.

ТЛ; ДР (Предуго; нисам прочитао)

Најчешћи гасови на сунцу, по маси, су: водоник (око 70 процената, хелијум (око 28 процената), угљеник, азот и кисеоник (заједно око 1,5 процената). Преостали део сунчеве масе (0,5 процената) се прави садржи мешавину осталих елемената у траговима, укључујући неон, гвожђе, силицијум, магнезијум и сумпор.

Сунчев састав

Два елемента чине огромну масу сунчеве материје: водоник (око 70 процената) и хелијум (око 28 процената). Имајте на уму да, ако видите различите бројеве, немојте се бринути; вероватно видите процене према укупном броју појединачних атома. Идемо масовно јер је лакше размишљати.

Следећих 1,5 процената масе је мешавина угљеника, азота и кисеоника. Коначних 0,5 процената је корнекопија тежих елемената, укључујући, али не ограничавајући се на: неон, гвожђе, силицијум, магнезијум и сумпор.

Како знамо од чега се ствара сунце?

Можда се питате како, тачно ми знамо шта чини сунце. Уосталом, никада није било људи и свемирска летелица није донела узорке соларне материје. Сунце, међутим, непрестано залива земљу електромагнетно зрачење и честице које је ослобађало његово језгро са фузијом.

Сваки елемент апсорбује одређене таласне дужине електромагнетног зрачења (тј. Светлост), а такође емитује одређене таласне дужине када се загреју. 1802. године, научник Виллиам Хиде Волластон приметио је да сунчева светлост која пролази кроз призму ствара очекивани спектар дуге, али са приметним тамним линијама раштрканим ту и тамо.

Да би боље погледао ове појаве, оптичар Јосепх вон Фраунхофер изумио је први спектрометар - у основи побољшану призму - који је ширио различите таласне дужине сунчеве светлости још више, чинећи их лакшим за преглед. Такође је било лакше видети да тамне црте Волластонс-а нису трик или илузија - чинило се да карактеришу сунчеву светлост.

Научници су закључили да те тамне линије (које се данас зову Фраунхоферове линије) одговарају специфичним таласним дужинама светлости које апсорбују одређени елементи попут водоника, калцијума и натријума. Стога ти елементи морају бити присутни у спољашњим слојевима сунца, апсорбујући део светлости који емитује језгро.

Временом, све софистицираније методе детекције омогућиле су нам да квантификујемо излаз из сунца: електромагнетно зрачење у свим његовим облицима (рендгенски зраци, радио таласи, ултраљубичасто, инфрацрвено и слично) и проток субатомских честица попут неутрина. Мерећи оно што сунце ослобађа и шта апсорбује, ми смо изградили врло детаљно разумевање састава сунца из далека.

Почетак нуклеарне фузије

Да ли сте приметили било какав узорак на материјалима који чине сунце? Водоник и хелијум су прва два елемента периодичне табеле: најједноставнији и најлакши. Тежи и сложенији елемент, мање га налазимо на сунцу.

Овај тренд смањења износа како прелазимо из лакших / једноставнијих ка тежим / сложенијим елементима одражава како се звезде рађају и која им је јединствена улога у нашем универзуму.

Непосредно након Великог праска, свемир није био ништа друго до врући, густи облак субатомских честица. Било је потребно скоро 400.000 година хлађења и проширивања да се те честице саставе у облику који бисмо препознали као први атом, водоник.

Дуго времена су у свемиру доминирали атоми водоника и хелијума који су били у стању да се формирају спонтано унутар првобитне субатомске супе. Полако ови атоми почињу да формирају лабаве накупине.

Ова здруживања су показала већу гравитацију, тако да су непрестано расла, повлачећи више материјала из близине. После око 1,6 милиона година, неке од ових агрегација постале су толико велике да су притисак и топлота у њиховим центрима били довољни да покрену термонуклеарну фузију и родиле су се прве звезде.

Нуклеарна фузија: претварање масе у енергију

Ево кључне ствари о нуклеарној фузији: иако је за то потребна огромна количина енергије, процес заправо издања енергије.

Размотримо стварање хелијума фузијом водоника: Два једињења водоника и два неутрона се комбинују да би формирали један атом хелија, али резултирајући хелијум заправо има 0,7 процената мању масу од полазних материјала. Као што знате, материја се не може створити ни уништити, тако да је маса сигурно негде отишла. У ствари, трансформисана је у енергију, према Аинстеиновој најпознатијој једначини:

Е = мц²

У којима Е је енергија у џулима (Ј), м је маса у килограмима (кг) и ц је брзина светлости у метрима / секунди (м / с) - константа. Једнаџбу можете на обичан енглески ставити као:

​енергија (џоули) = маса (килограми) × брзина светлости (метри / секунда)²

Брзина светлости је отприлике 300 000 000 метара / секунди, што значи ц² има вредност од око 90.000.000.000.000.000 - то је деведесет куадриллион - метара²/ сецонд². Када се баве бројевима оволики, обично их стављате у научне записе да бисте уштедјели простор, али овде је корисно да видите колико нула имате посла.

Као што можете замислити, чак и малени број помножен са деведесет куадриллион ће завршити врло велико. Погледајмо један грам водоника. Да бисмо били сигурни да нам једначина даје одговор у џуловима, исказаћемо ову масу као 0,001 килограма - јединице су важне. Дакле, ако прикључите ове вредности за масу и брзину светлости:

Е = (0,001 кг) (9 × 10)¹⁶ м²/с²)
Е = 9 × 10¹³ Ј
Е = 90.000.000.000.000 Ј

То је близу количини енергије коју ослобађа нуклеарна бомба бачена на Нагасаки која се налази унутар једног грама најмањег, најлакшег елемента. Дно црта: Могућност стварања енергије претварањем масе у енергију фузијом је замарајућа.

Зато научници и инжињери покушавају да пронађу начин да створе реактор нуклеарне фузије овде на Земљи. Сви наши нуклеарни реактори данас раде путем Нуклеарна фисија, који дели атоме на мање елементе, али је много мање ефикасан процес претварања масе у енергију.

Гасови на Сунцу? Не, плазма

Сунце нема чврсту површину попут земљине коре - чак и ако оставите на страну екстремне температуре, не бисте могли ни да стојите на сунцу. Уместо тога, сунце се састоји од седам различитих слојева плазма.

Плазма је четврто, најенергичније стање материје. Загреје се лед (чврст), а он се топи у води (течност). Наставите да га загревате и он се поново претвара у водену пару (гас).

Ако наставите да загревате тај гас, он ће постати плазма. Плазма је облак атома, попут гаса, али прожет је толико енергије да је то било јонизован. Односно, њени атоми су постали електрично набијени тако што су им електрони били избачени из своје уобичајене орбите.

Трансформација из гаса у плазму мења својства неке супстанце, а наелектрисане честице често ослобађају енергију као светлост. Ужарени неонски знакови су, у ствари, стаклене цеви напуњене неонским гасом - када електрична струја прође кроз цев, то узрокује да се гас трансформише у ужарену плазму.

Структура Сунца

Сунчева сферна структура резултат је двеју константно надмећујућих сила: гравитација из густе масе у центру сунца која покушава повући сву своју плазму према унутра, насупрот енергији из нуклеарне фузије која се одвија у језгри, узрокујући ширење плазме.

Сунце се састоји од седам слојева: три унутрашња и четири спољна. Они су, од центра према горе:

Слојеви Сунца

Разговарали смо о томе језгро већ пуно; тамо се одвија фузија. Као што очекујете, тамо ћете наћи највишу температуру на сунцу: око 27.000.000.000 (27 милиона) степени Фаренхајта.

Тхе зрачна зона, која се понекад назива и зона „зрачења“, је место где енергија из језгра путује напољу, пре свега као електромагнетно зрачење.

Тхе конвективна зона, звана „конвекциона“ зона, где се енергија преноси првенствено струјама унутар плазме слоја. Замислите како пара из кључалог лонца преноси топлину из пламеника у зрак изнад пећи и имаћете праву идеју.

"Површина" сунца, таква каква јесте, је фотосфера. То је оно што видимо када гледамо сунце. Електромагнетно зрачење које овај слој емитује видљиво је голим оком као светлост, а толико је светло да сакрива мање густе спољашње слојеве од погледа.

Тхе хромосфера је врелија од фотосфере, али није тако врућа као корона. Његова температура узрокује да водоник емитује црвенкасту светлост. Обично је невидљив, али се може видети као црвенкасти сјај који окружује сунце када тотална помрачење сакрива фотосферу.

Тхе транзицијска зона је танак слој где се температуре драматично премештају из хромосфере у корону. Телескопима је видљив који може открити ултраљубичасту (УВ) светлост.

Коначно цорона је најудаљенији слој сунца и изузетно је врућ - стотине пута топлији од фотосфере - али невидљив голим оком, осим за време потпуног помрачења, када се појављује као танка бела аура око сунца. Баш тако зашто тако је вруће помало је мистерија, али чини се да су бар један фактор "топлотне бомбе": пакети изузетно врућег материјала који лете дубоко на сунцу пре него што експлодирају и испуштају енергију у корону.

Соларни ветар

Као што вам може рећи било ко ко је икад имао опекотине од сунца, ефекти сунца шире се изван короне. У ствари, корона је толико врућа и удаљена од језгре да гравитација Сунца не може задржати супер загрејану плазму - наелектрисане честице се одводе у свемир као константа соларни ветар.

Сунце ће на крају умрети

Упркос невероватној величини сунца, на крају ће му понестати водоника који је потребан да би одржао своје фузијско језгро. Укупни животни век сунца је око 10 милијарди година. Рођена је пре око 4,6 милијарди година, тако да има пуно времена пре него што ће изгорети, али хоће.

Сунце зрачи око 3.846 × 10²⁶ Ј енергије сваки дан. С тим знањем можемо процијенити колику масу мора претварати по секунди. За сада ћемо вам уштедјети више математике; излази на око 4.27 × 10⁹ кг у секунди. За само три секунде сунце троши приближно толико масе колико чини Велика пирамида у Гизи, двоструко већа.

Кад му понестане водоника, почеће да користи своје теже елементе за фузију - испарљиви процес због којег ће се проширити на 100 пута већу од своје тренутне величине док ће велики део своје масе избацити у свемир. Када коначно исцрпи гориво, иза себе ће оставити мали, изузетно густ предмет зван а бели патуљак, о величини наше Земље, али много, много пута гушће.