|
Fróðleiksbrot um sólina
Venjuleg þota sem fer yfir Atlantshafið á 5 stundum yrði 20 ár að komast til sólarinnar með sama hraða. Að sólin sé ein af stjörnum himins er tiltölulega ný hugmynd. Hvorki Kóperníkus né Kepler gerðu sér grein fyrir þessu. Englendingurinn Thomas Digges og Ítalinn Giordano Bruno á 16. öld munu hafa verið einna fyrstir til að líta á stjörnurnar sem fjarlægar sólir. Hollendingurinn Huyghens og Englendingurinn Newton urðu fyrstir til að áætla fjarlægðir til stjarnanna með samanburði við sól. Það var á 17. öld. Nálægasta fastastjarnan, Proxima Centauri, er 15 þúsund sinnum daufari en sólin, og sést alls ekki með berum augum í þeirri fjarlægð sem hún er í (rúm 4 ljósár). Eins og að líkum lætur er hún miklu minni en sólin. Minnstu stjörnur sem eru uppbyggðar líkt og sólin eru minni en 1/10 af þvermáli sólar. Það eru takmörk fyrir því hve stjörnur geta verið efnislitlar ef þær eiga að geta skinið sem sólir. Þær minnstu hafa um 1/12 af efnismagni sólar. Ef sólin væri sett á meðal stjarnanna í Karlsvagninum myndi hún vera ósýnileg berum augum. Flestar áberandi stjörnur á himni eru bjartari en sólin. Hins vegar er miklu meira í geimnum af stjörnum sem eru daufari en sól. Af 60 nálægustu stjörnum eru aðeins 3 bjartari en sólin. Svo til öll orka sem notuð er á jörðinni er frá sólinni komin á
einhvern hátt, ef frá er talin kjarnorkan sem uppfyllir nokkur
prósent af orkuþörf nokkurra þjóða. Kjarnasamruni byrjar að ráði við 10 milljón stiga hita eða svo. Í miðju sólar er 15 milljón stiga hiti og þrýstingurinn er 200 milljarðar loftþyngda. Þéttleiki gassins er um 15 sinnum meiri en þéttleiki eða eðlisþyngd blýs. Í ytri lögum sólarinnar eru 92% frumeindanna vetni, 8% helín en aðeins 0,1% þyngri efni. Í kjarnanum hefur talsvert af vetni ummyndast í helín þannig að samsetningin er nú 70% vetnisfrumeindir og 30% helín. Efnasamsetning sólar eftir massa er þessi: vetni 73%, helín 25%, annað 2%. Í kjarna sólar: 36% vetni, 62% helín, annað 2%) 1 gramm af vetni ummyndað í helín gefur 200 000 kílóvattstundir.
Nú er hægt að mæla breytingar á heildargeislun sólar, sólstuðlinum, með nákvæmni upp á 0,001 prósent (1:100 000). Um 99% af orkunni er í sýnilegu ljósi. Það hlutfall getur minnkað um 0,2% þegar stór sólblettur fer fyrir sól. Sólstuðullinn mælist 1,36 kílóvött á fermetra ofan við gufuhvolf jarðar. Nýlegar rannsóknir benda til að sveifla í sólstuðli yfir sólblettaskeiðið sé aðeins 0.2 W/m2. Það samsvarar 0,1° hitabreytingu á jörðinni allri. Það sem einkennir núverandi ástand sólar er gott jafnvægi í orkuframleiðslu. Jafnvægið í kjarnanum næst sem hér segir: Ef kjarninn hitnar, eykst orkuframleiðslan mjög ört og sólin byrjar að þenjast út. Það leiðir aftur til þess að ytri lög hennar verða gegnsærri og hleypa geislun greiðlegar í gegn. Við það fellur hitastigið hið innra. Þegar kólnar dregur úr orkuframleiðslu, þrýstingur minnkar, og sólin byrjar að dragast saman. Það leysir orku úr læðingi sem hitar kjarnann á ný. Ekki þarf nema 10% hækkun hita til að tvöfalda orkuframleiðsluna. Bylgjulengd sólarljóss nær um það bil frá 20 til 3000 nanómetra (nm). Þar af er sýnilegt ljós frá 370 til 720 nm. Gufuhvolf jarðar (ósonlagið) stöðvar allar bylgjur styttri en 290 nm. Massatap sólar vegna sólvinds er um það bil 1/4 af massatapi vegna ljósgeislunar. Ein fyrsta niðurstaðan af rannsóknum á sólskjálftum var sú að iðuhvolfið væri 50% þykkara en talið hafði verið. Það nær frá yfirborði niður á 200 000 km dýpi. Hitinn neðst í iðuhvolfinu er um 2 milljón stig. Ljóshvolf sólar = 1/2 bogasekúnda = 350 km á þykkt. Áður var talið að kjarni sólar snerist hraðar en yfirborðið.
Nýjustu rannsóknir benda til þess að kjarninn snúist einn hring á 27
dögum. Umferðartími á yfirborði er 26 dagar við miðbaug og tæpir 40
dagar við heimskaut, séð frá jörð. Þessi breytilegi snúningstími
gildir í iðuhvolfi sólar en ekki í geislahvolfinu eða kjarnanum.
Þar virðist snúningurinn vera jafn. Langir kórónuvængir ná 6-7 þvermál sólar frá yfirborði hennar. Dæmi er um væng sem sagður var 12 þvermál að lengd, eða 17 milljón km. Ljósið sem við sjáum frá kórónunni er mestmegnis sólarljós sem endurkastast frá frjálsum rafeindum. Talið er að segulsvið flytji orku frá yfirborði til kórónunnar. Geislun frá kórónunni er aðallega röntgengeislar og útfjólublátt ljós af mjög stuttri bylgjulengd. Þótt kórónan sé gífurlega heit er hún svo örþunn að maður myndi varla finna fyrir hitanum ef hendi væri haldið þar. Vegna þess hve efnið er þunnt stjórnar segulsviðið hreyfingum þess í kórónunni. Í iðuhvolfi sólar er það hins vegar efnið sem hefur yfirhöndina og iðustraumar geta undið segulsviðið á alla vegu. Í sólblossa losnar úr læðingi orka sem bundin er í flóknu segulsviði; sviðið vindur ofan af sér eins og uppsnúið teygjuband. Sólblossar senda frá sér allar tegundir raföldugeislunar, frá útvarpsbylgjum til gammageisla. Orkan sem leysist úr læðingi í stórum sólblossa myndi fullnægja orkuþörf mannkynsins í tugþúsundir ára. Leiftur fer líkt og elding niður eftir segulsviðslínum í kórónunni, og getur í einstaka tilvikum hitað svo mjög yfirborð sólarinnar að það lýsi upp í sýnilegu ljósi. Rafagnir þeytast oft upp á við líka, og með útvarpsbylgjum hefur mælst hraði sem nemur 1/3 af hraða ljóssins. Efnið sem þeytist frá sólu reiknast oft nálægt einu prósenti af heildarefni kórónunnar. Hitastigið í sólblossum getur farið yfir 50 milljón stig, sem er mun meira en í kjarna sólarinnar. Frá miklum sólblossum berast hraðfara rafagnir - geimgeislar - til jarðar á örfáum klukkustundum. Stysti tími sem mælst hefur frá sólblossa til segulstorms er 15 stundir. Það svarar til hraðans 2800 km/s. Blossar verða helst þar sem segulsvið á yfirborði sólar er mjög flókið. Þegar stór sólstrókur lyftist upp og þeytist út í geiminn með nokkur hundruð km hraða á sekúndu, þarf til þess orku sem er sambærileg við stóran sólblossa. Styrkleiki segulsviðs jarðar er um 50 míkrótesla; segulsvið stangarseguls um 50 þúsund míkrótesla og segulsvið sólbletta 500 þúsund míkrótesla. Segulsvið á sól, utan sólbletta, er lítið sterkara en segulsvið jarðar. Hinn 25. september 1909 varð einhver mesti segulstormur sem sögur fara af. Þá sáust norðurljós við miðbaug, í Singapore. Á 6. áratugnum sló segulstormur út rafveitukerfi Svíþjóðar. Bylgjóttur miðflötur skilur að segulsvið sólar í geimnum. Öðru megin við flötinn stefnir segulsviðið frá sólu en hinum megin að sólu. Við sólblettalágmark er þessi skilflötur nokkuð beint út frá miðbaug sólar en við hámark er flöturinn talsvert hallandi (nær lóðréttu). Vegna verpingar flatarins ganga venjulega fjórir geirar með mismunandi segulstefnu yfir jörð á 27 dögum. Segulgeirarnir geta enst í mörg ár. Sólvindurinn hefur mestan hraða lengst frá skilfleti. Áður en skil fara yfir jörðina er lágmark í segultruflunum, en hámark 2 dögum eftir. Síðan fara truflanir aftur minnkandi næstu 5 daga (venjulegur geiri nær yfir 7 daga). Geislunin sem berst til jarðar frá sólblossum hefur miklu minni áhrif hvað orkuflæði snertir en skyggingin frá stórum sólblettahóp. En áhrifin lýsa sér með öðrum hætti. Geimgeislar eru mestmegnis róteindir sem fara með hraða sambærilegum við ljóshraðann. Aðeins þeir allra orkumestu komast alla leið niður til jarðar. Frá sólinni koma orkuminni geimgeislar sem myndast í sólblossum. Í báðum tilvikum er flæðið um 1/cm2/sek. Geimgeislaflæðið minnkar í segulstormum og er helmingi minna við sólblettahámark en sólblettalágmark. Það er segulsviðið í sólvindinum sem bægir utanaðkomandi geimgeislum frá. Það er meiri háttar vandamál að vernda geimfara langt frá jörðu fyrir geimgeislum frá sólinni. Erfitt að finna hentugt efni til þess. Vatn myndi duga, en til þess að helminga geislunina þyrfti 10 cm skjöld allt í kring um geimfarið. Fyrir langtíma geimferðir eins og ferð til Mars þyrfti skjöldurinn að vera miklu þykkari en þetta. Slíkt kemur tæpast til álita, en menn hafa látið sér detta í hug að geimfarar gætu dvalið í sérstökum geislavörðum hylkjum þann tíma sem þeir sofa.
|