Bitten Gullberg. Solen. Niels Bohr Institutet

Solen Niels Bohr Institutet 1

Sol data Gennemsnits afstanden til Jorden Lysets rejse tid til Jorden 1 AU = 149 598 000 km 8.32 min Radius 696 000 km = 109 Jord-radier Masse 1.9891 10 30 kg = 3.33 10 5 Jord-masser Sammensætning (antallet af atomer) Gennemsnits densitet 1410 kg/m 3 92.1% H, 7.8% He og 0.1% andre grundstoffer Temperature overflade: 5800 K, center: 1.55 10 7 K Luminositet 3.9 10 26 W Afstanden til Galaksens centrum 8000 pc = 26 000 ly Omløbs periode i Galaksen 220 mill år Omløbshastighed i Galaksen 220 km/s Niels Bohr Institutet 2

- Energikilde - PP-chain - Sol neutrinoer - Energitransport - Hydrostatisk og termisk ligevægt - Strålings transport og konvektion - Solens struktur - Solens atmosfære - Fotosfæren - Chromosfæren - Coronaen - Solpletter Niels Bohr Institutet 3

Energikilde - Midt 1800-tallet, Lord Kelvin og Hermann von Helmholtz: Kelvin-Helmholtz contraction: - Gravitation trækker sig sammen større tryk højere temperatur udstråler energi - Problemer: 1.Solen ville have været langt større før i tiden. 2. Solen ville være yngre end Jorden... Niels Bohr Institutet 4

- Forbrænding/kemisk reaktion Energi frigivet ved en kemisk reaktion: 10-19 J/atom Antallet af atomer der skal til for at Solen kan have en luminositet på 3.9 10 26 J/s er ca. 3.9 10 26 J/s 10 19 J/atom =3.9 1045 atomer/s - Solen indeholder 10 57 atomer. 10 57 atomer 3.9 10 45 atomer/s =3 1011 s - Der er 3 10 7 s på et år! Niels Bohr Institutet 5

- Termonuklear fusion: - 1905: Einsteins masse-energi relation: E = mc 2-1920: Arthur Eddington: varmt nok i Solens kerne til at hydrogen er ioniseret. - Robert Atkinson: hydrogen fusion Termonuklear fusion Niels Bohr Institutet 6

PP-chain Niels Bohr Institutet 7

For at Solen har en luminositet på 3.9 10 26 J/s skal 6 10 11 kg hydrogen omdannes til helium pr sekund! Niels Bohr Institutet 8

Sol neutrinoer - Neutrinoer: - Ladningsløs partikel - Biprodukt fra PP-chain: spor af fusion i kernen. - Frigives 10 38 neutrinoer/sek, 10 14 passerer gennem 1m 2 af Jordens overflade Niels Bohr Institutet 9

- Forsøg til at detektere sol neutrinoer: 1960 erne, Raymond Davis: tank under jorden med C2Cl4, neutrinoer reagerer med Cl og danner 37 Ar radioaktivt. Antallet af Ar-atomer giver antallet af neutrinoer der passere gennem Jorden. Så kun 1/3 af det forventede og kendte ikke retningen på neutrinoerne... Bitten Gullberg 1980 erne, Kamiokande (Japan): tank med 3000 tons vand og 1100 lysfølsomme sensorer. Når neutrino ramte molekule sender e - afsted lysglimt som kan detekteres. Giver retning. Niels Bohr Institutet 10

Gallium ( 71 Ga), flydenede metal: kunne detekteret neutrinoer med lavere energi (π, µ og τ) ved 71 Ge (radioaktivt germanium). Detekterede 50%-60% af det forventede 1998, Super Kamiokande og SNO (Sudbury Neutrino Observatory) benyttede tungt vand (D2O). Kunne detektere alle tre typer neutrinoer. Neutrinoer slår neutron løs, som reagere med et andet atom lysglimt som kan detekteres. Niels Bohr Institutet 11

Energi transport hydrostatisk ligevægt og termisk ligevægt - Hydrostatisk ligevægt: P over + w P under =0 - Termisk ligevægt: temperaturen er konstant med tiden for de forskellige lag Niels Bohr Institutet 12

Energi transport Strålings transport og konvektion - Strålings transport: Fotoner fra fusion bevæger sig mod overfladen og bliver absorberet og reemitteret på vejen -Konvektion: varmt materiale stiger op mod overfladen og køles af hvorefter det synker tilbage mod centeret. Niels Bohr Institutet 13

Solens Struktur - Gennemsigtig strålings transport r = 0 til r = 0.7Rsol - Mindre gennemsigtig konvektion r > 0.7Rsol Her koldt nok (2 10 6 K) til neutral H mere ugennemsigtig t absorbtion Det tager energien 170 000 år at bevæge sig fra kernen til overfladen. Dvs det bevæger sig med en hastighed på 50cm/t ~ langsommere end en snegl! konvektion Niels Bohr Institutet 14

- r < 0.25 Rsol: energi produktion - r > 0.25 Rsol: temp og dens for lav til fusion - r < 0.5 Rsol: 94% af massen r > 0.5 Rsol: lille mænge stof Niels Bohr Institutet 15

Bitten Gullberg Solens atmosfære - Fotosfæren Chromosfæren Coronaen Solpletter Niels Bohr Institutet 16

Bitten Gullberg Solens atmosfære Fotosfæren - sfære af lys - 400 km tyk - Nederste af tre lag - Absorptions linjer Niels Bohr Institutet 17

- Limb darkening Niels Bohr Institutet 18

- 1000 km i diatemer - Farve forskel: forskel i temp - super granulater: 35 000 km i diameter - Opstår konvektion øvre del af fotosfære koldere end den nedre del Niels Bohr Institutet 19

- Lav densitet: 10-4 kg/m 3 0.01 % af densiteten af Jordens atmosfære ved havniveau - Ugennemsigtig kan kun se 400 km ned i fotosfæren pga H - - god til at absorbere Niels Bohr Institutet 20

Solens atmosfære Chromosfæren - sfære af farver - Kan kun ses ved solformørkelse - ρchromo = 10-4 ρfoto - Emissions linjer: Hα (rød)-farve til chromosfæren - linjer fra: calcium, ioniseret He og andre metaller. - T stiger: Tbunden = 4400K til Ttop = 25000K (2000 km tyk) Niels Bohr Institutet 21

Bitten Gullberg - Spicule: jets af gas - 20 km/s - kan nå højde på flere hundrede km - Påstår ved kanten af granulater - mærkeligt... magnetfelt Niels Bohr Institutet 22

Solens atmosfære Coronaen - Kan kun ses ved solformørkelse - Emissionslinjer: grøn linje ved λ = 530.3nm. Fra høj ioniseret atomer (mangler 13 ud af 26 elektroner) temp 2 10 6 K - Lav tæthed ~ 10 11 atom/m 3 (10 23 atom/m 3 i fotosfæren og 10 25 atom/m 3 i Jordens atmosfære) ikke særlig varm, men atomerne har et høj hastighed svag Bitten Gullberg Niels Bohr Institutet 23

- Huller i coronaen solvinde - Solvinde sender 10 9 kg materiale ud i sekundet - e -, p og α- partikler, 0.1% ioner og tungere atomer ~silicium, svovl, calcium, krom, nickel, jern og argon. - solvind nord- og syd lys på Jorden Niels Bohr Institutet 24

Solens atmosfære Solpletter - Solpletter: områder med lavere temperatur - Ofte i grupper - ca. 10 000 km i diameter ~DJorden - Midten = umbra, T=4300K - Kanten = penumbra, T=5000K - Isoleret: umbra = rød penumbra= orange Niels Bohr Institutet 25

- Rotation: kan finde rotations aksen ved hjælp af solpletter - Differential rotation ligesom de Jovianske planeter. Ækvator: 25 dage 30 N/S for ækvator: 27.5 dage 75 N/S for ækvator: 33 dage polerne: 35 dage Niels Bohr Institutet 26

- Solplet cyklus: maximum hvert 11 år. Niels Bohr Institutet 27

- Magnet felter (1896): Zeeman effekten Niels Bohr Institutet 28

- Plasma: frie elektroner, protoner og ioner ~ atmosfæren - Konvektion og magnetfelter: skubber varm plasma væk koldere mørkere solpetter - Grupper: nord- og syd poler Niels Bohr Institutet 29

- Grupper: preceding member: På den ene halvkugle: nordpol På den anden halvkugle: sydpol - Following member: modsatte pol i forhold til preceding member. Polerne vender hvert 11. år Niels Bohr Institutet 30

Solpletter og Jordens klima... - Den lille istid: 1645-1715: få solpletter - Varm periode: 1200-1300: mange solpletter Niels Bohr Institutet 31

Soludbrud E=10 30 J 10 4 1Mtons atombomber Niels Bohr Institutet 32

Niels Bohr Institutet 33 Bitten Gullberg

Bitten Gullberg Niels Bohr Institutet 33