Hvad udgør solen:sammensætning, lag og fusion

Af Kenrick Vezina, Opdateret 30. august 2022

Stocktrek/DigitalVision/GettyImages

TL;DR

I massevis består Solen af ~70% brint, ~28% helium, ~1,5% kulstof, nitrogen og oxygen og ~0,5% spor tunge grundstoffer såsom neon, jern, silicium, magnesium og svovl.

Solens sammensætning

Solens indre er domineret af to elementer:brint (≈70% af massen) og helium (≈28%). De resterende 1,5 % er en blanding af kulstof, nitrogen og oxygen, mens de sidste 0,5 % indeholder spormængder af tungere arter, herunder neon, jern, silicium, magnesium og svovl.

Hvordan videnskabsmænd bestemmer solens makeup

Selvom vi ikke kan prøve solmateriale direkte, udsender Solen kontinuerligt elektromagnetisk stråling og partikler. Hvert element absorberer og udsender karakteristiske bølgelængder, hvilket producerer Fraunhofer-absorptionslinjerne, som først blev noteret af William Hyde Wollaston i 1802 og senere kortlagt af Joseph vonFraunhofers spektrometer.

Ved at analysere dybden og positionen af disse linjer i solspektret og måle neutrinofluxen har forskere kvantificeret Solens grundstofsammensætning med høj præcision. Moderne teknikker – såsom højopløsningsspektroskopi og helioseismologi – bekræfter, at brint og helium dominerer, mens tungere grundstoffer er til stede i spormængder.

Fusion:Solenergiens motor

Stjerner fødes, når de oprindelige brint- og heliumgasser kollapser under tyngdekraften. Når kernetemperaturerne når ~15 millioner K, antændes nuklear fusion og omdanner masse til energi ifølge Einsteins ligning, E=mc².

For eksempel, når fire brintkerner smelter sammen til en heliumkerne, er det resulterende heliumatom 0,7 % mindre massivt end de oprindelige fire protoner og neutroner. Den manglende masse frigives som den energi, der driver Solen.

Plasma, ikke gas

Solen har ingen fast overflade; hele dets volumen består af ioniseret plasma - en energisk tilstand af stof, hvor atomer har mistet elektroner og bærer nettoladning. Denne ioniserede gas udsender lys, når elektroner skifter mellem energiniveauer, hvilket giver Solen dens strålende glød.

Strukturelt overblik over solen

Solens sfæriske form opstår fra balancen mellem indadgående gravitationskræfter og udadgående tryk fra kernefusion. Den er opdelt i syv forskellige lag:

1. Kerne – fusionszonen, varmeste region (~27 millioner°F)
2. Strålingszone – energi transporteret hovedsageligt af stråling
3. Konvektiv zone – energi båret af stigende og faldende plasmastrømme
4. Fotosfære – den synlige "overflade", der udsender sollys
5. Kromosfæren – et varmere lag, der lyser rødt under formørkelser
6. Overgangsregion – en smal grænseflade, hvor temperaturerne skyder i vejret
7. Corona – den yderste, ekstremt varme konvolut, der kun er synlig under totale formørkelser eller ved koronagrafier

Solvind og solens indflydelse

Koronaens høje temperatur (millioner af grader) overvinder Solens tyngdekraft og tillader ladede partikler at strømme udad som solvinden. Denne vind former planetariske magnetosfærer og driver rumvejr.

Solens livscyklus

Med en samlet levetid på ~10 milliarder år er Solen i øjeblikket omkring 4,6 milliarder år gammel. Den smelter brint sammen med en hastighed på ~4,27×10⁹kg pr. Når brint opbruges, vil Solen udvide sig til en rød kæmpe, der afgiver ydre lag og i sidste ende efterlader en tæt hvid dværg på nogenlunde jordstørrelse.