SUNCE
treći deo

3. UNUTRAŠNJA STRUKTURA

Nuklearnom fuzijom energija nastaje duboko u unutrašnjosti Sunca. Slojevi koji se nalaze iznad jezgra uopšte ne proizvode energiju, odnosno sva energija koju Sunce emituje nastaje u jezgru koje zauzima samo 1,6% ukupne zapremine Sunca. Energija se iz jezgra prenosi ka spoljašnjosti kroz dva sferna sloja koja okružuju jezgro. Unutrašnji sloj naziva se radijaciona zona, a spoljnji konvektivna zona.

Nastala toplota se može prenositi sa jednog mesta na drugo na tri različita načina: zračenjem (radijacijom), provodenjem i konvekcijom. Provodenje toplote je prenos energije između čvrstih tela. Konvekcija je provodenje koje nastaje mešanjem toplih i hladnih molekula neke tečnosti ili gasa. Zračenje je prenošenje energije posredstvom elektromagnetnog zračenja. Za prenošenje energije u Suncu zracajno je zračenje i konvekcija.

U oblastima gde se odvijaju nuklearne reakcije, tj. u jezgru, energija se najvećim delom prenosi zračenjem. Temperatura jezgra je ogromna što dovodi do potpune jonizacije svih atoma koji se u njemu nalaze što omogućava nastalim fotonima g-zraka da se potpuno neometano kreću. U ovom potpuno jonizovanom gasu apsorpcija fotona je vrlo retka, ali često dolazi do rasejavanja g-fotona na slobodnim elektronima. Svakim procesom rasejavanja ili retke apsorpcije fotoni gube deo energije i njihova frekvenca se smanjuje kako se penju ka gornjim slojevima. Zbog čestih rasejavanja primarni fotoni dospevaju na površinu Sunca tek nakon vremenskog perioda od oko 10⁶ godina.

Daljim udaljavanjem od jezgra pored neutralnih atoma počinju da se javljaju i negativni joni vodonika. Ovi joni imaju stabilno stanje sa energijom jonizacije od 0,75eV i njima odgovara grabicna frekvenca jonizacije koja se nalazi duboko u IC oblasti spektra (n1 = e/h, gde je h Plankova konstanta). Ako foton koji imaju frekvencu veću od od granične pogodi ovakav pozitivan jon dolazi do procesa koji se naziva fotojonizacija, odnosno jon biva neutralisan fotonom. Kako se granična frekvenca nalazi u IC oblasti spektra negativni joni vodonika apsorbuju elektromagnetno zračenje od vidljivog do IC dela spektra. Iz tih razloga slojevi u kojima je koncentracija ovakvih jona velika postaju neprozracni. Ova nemogućnost zračenja da se dalje kreće dovodi do pojave velikog negativnog temperaturnog gradijenta, odnosno sa udaljavanjem od jezgra temperatura naglo opada. Nastanak negativnog temperaturnog gradijenta omogućava pojavu konvektivne nestabilnosti i turbulentnih kretanja u površinskim slojevima radijacione zone. U oblasti koja se nalazi između gornje granice radijacione zone i površine Sunca energija više ne može da se prenosi zračenjem nego se prenos odvija konvekcijom. Treba napomenuti da zračenje postoji i u konvektivnoj zoni ali ono nema uticaj na prenos energije.

U konvektivnim slojevima dolazi do kretanja velikih masa supstance. Toplije, lakše, mase podižu se ka površini a hladnije, teže, spuštaju se ka dubljim slojevima. Nastanak ovakvog kretanja materije u konvektivnoj zoni je direktna posledica Arhimedovog zakona. Gas koji se nalazi blizu konvektivne zone se zagreva, njegova zapremina se povećava, a gustina se smanjuje. Sila potiska deluje na gas i potiskuje ga naviše. Kada dospe u gornje slojeve konvektivne zone sa nižim temperaturama i pritiscima gas nastavlja da se širi ali i hladi. Dalje ponašanje gasa zavisi isključivo od brzine promene temperature sredine. Ako se temperatura ne bi menjala dovoljno brzo došlo bi do izjednačavanja temperature gasa i okoline i proces konvekcije bi brzo prestao. Srećom, pri bržim promena bez obzira na hladenje gas ostaje topliji od okoline što obezbeduje njegovo dalje podizanje, sve dok ne dospe u površinske slojeve Sunca. Tamo on zračenjem gubi energiju, ohladi se i postaje gušci usled čega počinje da tone u dublje slojeve konvektivne zone.

4. POVRŠINA SUNCA - FOTOSFERA

Unutrašnjost Sunca okružena je površinskim slojem debljine izmedu 300 i 400 kilometara koji se naziva fotosfera. Sa Zemlje fotosfera se uočava u obliku sjajnog diska. Fotosfera je prvi prozračan sloj Sunca, dok su unutrašnji slojevi ispod nje nedostupni direktnom posmatranju. Gustina fotosfere u proseku iznosi 2 x 10^-4kg/m³. Fotosfera je najgušći omotač Sunca ali ipak je mnogo reda od Zemljine atmosfere. Na njenom dnu temperatura iznosi oko 9.000 K, a na gornjoj granici temperatura je 4.500K. Zbog relativno niskih temperatura u fotosferi su prisutni, pored neutralnih atoma, i neki molekuli (CO, H₂, CH, CN, itd.). Kroz fotosferu energija se prenosi uglavnom zračenjem, ali to ne znači da u njoj nije prisutna konvekcija. Pokazatelj postojanja konvekcije u fotosferi je njena zrnasta struktura.

U fotosferi se nalaze svetla zrna, tzv. granule, koja predstavljaju mlazeve gasa koji izbijaju na površinu iz nižih slojeva. Temperatura ovih gasova je za oko 100K viša od temperature fotosfere, tako da je njihov sjaj za oko 20% veći. Nakon izbijanja na površinu gas u granulama se hladi, usled čega one tonu u dublje slojeve a na njihovo mesto dolaze nove. Prosečno vreme trajanja jedne granule je 5-15 minuta. Prečnici granula, u proseku, iznose oko 1.500km, a na Sunčevom disku ih u svakom trenutku ima oko 2 miliona. Granule razdvajaju tamna područija širine do 1.000km. Ove tamnije oblasti su za oko 350-400K hladnije i oko 35-40% tamnije granula. Fraunhoferove linije spektra u oblasti granula imaju cik-cak formu, pri čemu plavi pomak odgovara granuli koja se podiže ka površini, a crveni onoj koja ide ka unutrašnjosti. Na osnovu Doplerovog efekta utvrđeno je da se gramnule kreću brzinom od 0,3 km/s. Konvekcija se u fotosferi ispoljava i u oblastima mnogo većih dimenzija od dimenzija granula, što dovodi do pojave tzv. supergranula. Supergranule imaju oblik poligonalnih celija, sa prosecnim precnikom od oko 30.000km i traju po nekoliko desetina sati. Supergranule prekrivaju celokupnu površinu Sunca, a njihov broj je u svakom trenutku oko 2.000. Osim veće površine, supergranule karakteriše i veća konvekcija. U centralnim delovima granule materija iz dubljih slojeva podiže se vertikalno uvis ka površini, a na njihovim obodima se ponovo vraca u dubinu. Brzine ovakvog kretanja materije kreću se između desetak metara i nekoliko kilometara u sekundi. Zajedno sa gasom, koji je delimično jonizovan, prenosi se i magnetno polje, pa se ono koncentriše pri rubovima supergranula.

Povremeno dolazi do oscilovanje cele Sunčeve atmosfere sa čitavim nizom perioda. Najčešće je tzv. petominutni period (prosek perioda od 4 do 8 minuta). Ove oscilacije uzrokovane su pritiskom gasa koji nastaje usled konvektivnog kretanja u dubini Sunca. Ovo oscilovanje prenosi se na veliki deo Sunčeve unutrašnjosti, slično kao se kroz Zemlju šire zemljotresni talasi. Talasi se odbijaju od površinskih slojeva Sunca u kojima gustina naglo opada. Kako se ovakvi talasi na Zemlji koriste za izučavanje nedostupne unutrašnjosti Zemlje, naučnici se nadaju da ce ovi talasi pomoći boljem upoznavanju Sunčeve unutrašnjosti. Podrucije tog izučavanja već je dobilo naziv helioseizmologija.

4.1. Pege
Na slici desno prikazan je izgled Sunca u optičkom delu spektra. Lako su uocljive tamne oblasti po površini Sunca. Prvi ko je detaljno proučavao ove "tačke" bio je Galileo Galilej. Postojanje ovih crnih tačaka bio je prvi znak da Sunce nije savršeno i nepromenljivo, već da se tamo dešavaju neke stalne promene. Ove tamne oblasti nazvane su pege. One najcešce imaju dimenzije od oko 10.000km, približno veličini Zemlje. Kao što se vidi na slici, pege se najčešce javljaju u grupama. U svakom trenutku na Suncu se može naći na stotine pega ali ono, takode, može biti bez ijedne pege.

Pege na Suncu

Proučavanje pega ukazuje na to da se one sastoje iz dva dela. U sredini pege nalazi se taman, centralni, deo koji se naziva senka ili umbra. Oko umbre nalazi se nešto svetlija oblast koja se naziva polusenka ili penumbra. Detaljne fotografije pega omogućavaju nam da vrlo lepo vidimo strukturu pega. Penumbra je okružena mnogo sjajnijom fotosferom. Postepena promena boje je posledica promene temperature fotosfere. Srednji prečnik senke iznosi oko 17.000km a polusenke oko 37.000km. Pege su, jednostavno, hladnije oblasti fotosfere. Temperatura u oblasti senke iznosi oko 4.500 K a u polusenci 5.500K, dok sjaj senke iznosi izmedu 20% i 30%, a polusenke izmedu 75% i 80% sjaja neporemećene sredine. Pege se, znalči, sastoje od vrelog gasa ali one izgledaju crne jedino zato što se nalaze okružene mnogo toplijom fotosferom (temperatura 6.000K). Ako bi nekako mogli da pomerimo pege sa Sunca (ili jednostavnije, zaklonimo svetlost fotosfere) pege bi bile vrlo sjajne, onoliko sjajne koliko i svako drugo telo zagrejano do temperature od 5.000K.
Pege nisu stabilne. Većina menja svoju veličinu i oblik, a sve pege dolaze i odlaze. Pojedinačne pege mogu da traju od 1 do 100 dana (prosečno trajanje pega je između 10 i 20 dana), dok grupe pega u proseku traju oko 50 dana.

Pege se najčešće javljaju u grupama. Po karakteru magnetnog polja oblasti u kojima se nalaze pege mogu se podeliti na unipolarne (oko 8,6%), bipolarne (91%) i multipolarne (0,4%). Bipolarne grupe pega su one u kojima je lako moguće izdvojiti pegu vodilju i pratilji, unipolarne oblasti nastaju iščezavanjem pojedinih pega u bipolarnim oblasima pa u grupi ostaju samo pege istog polariteta. Multipolarne oblasti su grupe u kojima je broj krupnijih pega veliki, tada nije moguće izdvojiti pegu vodilju i pratilju tako da se u toj oblasti uočava veliki broj pega sa različitim polaritetima.

Pege se najčešće javljaju u parovima a magnetno polje dve pege u istom paru je uvek suprotno orijentisano, odnosno magnetni polaritet pega je različit. Kako je prikazano na slici desno A) linije magnetnog polja kroz jednu od pega izviru iz unutrašnjosti Sunca, prave luk kroz atmosferu, i kroz drugu pegu se vraćaju nazad u dubine Sunca. Pored ovoga, svi parovi pega na istoj hemisferi (severnoj ili južnoj) imaju istu orijentaciju magnetnog polja (slika desno B), dok je orijentacija pega na drugoj polulopti suprotna. Zanemarujući nepravilnosti samih pega, ovakvo slaganje linija polja ukazuje na vrlo visok stepen uredenosti magnetnog polja Sunca.

Gasovita struktura Sunca omogućava mu tzv. diferencijalnu rotaciju, odnosno, različiti delovi Sunca rotiraju različitim ukaonim brzinama. Baš ta razlika brzine rotacije ostvaruje jedan od najvažnijih uticaja na magnetno polje Sunca. Ugaona brzina rotacije Sunca na ekvatoru veća je od brzine na polovima (slika 16.19) i to dovodi do deformacije linija magnetnog polja, odnosno linije magnetnog polja počinju da se obmotavaju oko ekvatora. Posle izvesnog vremena dolazi do promene orijentacije magnetnog polja. Iz početne orijentacije sever-jug magnetno polje se orijentiše u pravcu istok-zapad.

Intenzivna strujanja ispod fotosfere dovode do toga da se povremeno usijani gas ispliva iz podfotosferskih slojeva na površinu. Ovaj gas za sobom povlači i linije opšteg magnetnog polja Sunca, dodatno ih savija. Ispod površine Sunca formira se oblast pojačanog magnetnog polja u obliku torusa. Pritisak polja dovodi do širenja torusa, istiskivanja gasa i smanjenja gustine u torusu. Pod dejstvom sile potiska torus počinje da isplivava na površinu. Zbog toga što su linije magnetnog polja zatvorene deo strujne cevi, savijene u podfotosferskim slojevima, sa isplivavanjem na površinu, nastavlja se i iznad površine u obliku lukova ili petlji. Na ovaj način linije magnetnog polja formiraju prsten, čiji je jedan deo ispod a drugi iznad fotosfere. U preseku ovog prstena magnetnih linija sa fotosferom formiraju se pege suprotnih polariteta, od kojih je jedna vodilja a druga pratilja. Pojačano magnetno polje suprotstavlja se konvektivnom kretanju. Slabljenje ili potpuno zaustavljanje konvekcije ispod pega otežava dotok toplote iz unutrašnjosti usled čega se fotosferski gas hladi. To hladenje je praćeno nastankom pega, kao hladnijih i tamnijih oblasti fotosfere.

<< Nazad | vrh | Napred >>