Hur fungerar solen?

Solen består av olika skikt. Längst in finns kärnan, som omhuldas av en strålningszon. Därefter följer en övergångszon som kallas tachocline, och därefter börjar konvektionszonen. Utanför konvektionszonen ligger solens synliga yta som kallas för fotosfären. Kring solen finns solens atmosfär.

Kärnan

solenDet är i solens kärna som värmeenergi bildas genom kärnfusion, där väte konverteras till helium. Solens kärna sträcker sig från solens mittpunkt till ungefär 20-25% av solens totala radie (radie = avståndet mellan mittpunkten och ytan). Nästan all värme genereras i det område av solen som ligger inom den inre fjärdedelen av solens radie.

Temperaturen i solens kärna håller sig nära 15,7 miljoner kelvin. Som jämförelse kan nämnas att solens yttemperatur är cirka 5 800 kelvin.

Som nämnts här ovan genereras värme i kärnan genom att väte konverteras till helium. Detta kan ske på flera olika vis, men under större delen av solens livslängd kommer den fusionsreaktion som kallas proton-protonkedjan att dominera. I solens kärna äger reaktionen proton-protonkedjan rum 9.2×1037 gånger per sekund. Mindre än en procent av den energi som genereras av solen kommer från en annan fusionsreaktion som heter CNO-cykeln. Andelen energi som genereras av CNO-cykeln förväntas dock öka när solen blir äldre. CNO står för carbon-nitrogen-oxygen, det vill säga kol – kväve – syre.

Proton-protonkedjan konverterar protoner (helium) till alfapartiklar. Att fusionera fyra lösa protoner (väte) till en alfapartikel (helium) frigör cirka 0,7% av den fusionerade massan i form av energi.

Fusionshastigheten i solens kärna beror på dess densitet. Om fusionshastigheten skulle öka skulle kärnans temperatur öka, och kärnan skulle expandera i storlek, vilket skulle minska densiteten och därmed också fusionshastigheten, så att vi hamnade tillbaka på dagens fusionshastighet igen. Om fusionshastigheten skulle minska jämfört med idag skulle kärnans temperatur minska, och kärnan skulle krympa i storlek, vilket skulle öka densiteten och därmed också fusionshastigheten, så att den nådde upp till dagens hastighet. Fusionshastigheten i solens kärna är alltså självreglerande.

Strålningszonen

Strålningszonen omhuldar solens kärna. I strålningszonen är värmestrålning den viktigaste överföringsmetoden för energi. Energiöverföringen från kärnan och genom strålningszonen sker alltså inte via värmekonvektion. Vätejoner och heliumjoner sänder ut fotoner, som rör sig en kort distans innan de absorberas av andra joner.

Närmast kärnan är temperaturen i strålningszonen cirka 7 miljoner kelvin. Den sjunker sedan gradvis ju längre ut man rör sig, tills den är nere på cirka 2 miljoner kelvin.

Tachocline

Mellan solens inre (kärnan och strålningszonen) och solens yttre (konvektionszonen och fotosfären) ligger en övergångsregion som kallas för tachocline. Solens inre och solens yttre har olika egenskaper vad gäller rotationen, och den inre delen karaktäriseras av uniform rotation medan den yttre delen uppvisar differentialrotation. Denna skillnad gör att tachocline har mycket hög skjuvspänning.

Konvektionszonen

I konvektionszonen är temperaturen betydligt lägre än i solens inre, och tyngre atomer är inte fullständigt joniserade. Detta innebär att överföring av energi via strålning blir mindre effektiv, och energiöverföringen i konvektionszonen sker istället via konvektion. Densiteten i konvektionszonen är tillräcklig låg för att konvektiva strömmar ska kunna uppstå.

Materia som värms upp vid övergångsregionen tachocline expanderar på grund av värmen, och får därmed lägre densitet och stiger uppåt, i riktning mot solens yta. Nära fotosfären svalnar materian så pass mycket att densiteten ökar och materian sjunker ned igen, i riktning mot solens inre. När materian når ned till tachocline värms den upp igen, och cirkeln är sluten.

Fotosfären

Solens synliga yta kallas för fotosfären och dess tjocklek varierar. Det synliga ljus vi ser produceras när elektroner reagerar med väteatomer och producerar negativa vätejoner. Fotosfären karaktäriseras dock inte av någon hög grad av jonisering – bara några få procent av vätet är i jonform här.

Läs mer här: