Slunce je nejbližší hvězdou – kdyby přestalo v tomto okamžiku svítit, ještě stačíme dočíst část této stránky, protože by na obloze zhaslo až za víc než 8 minut. Ale toho se obávat nemusíme. Vzniklo před asi 4,6 miliardami let a bude zářit ještě nejméně jednou tak dlouho – i když zdaleka ne celou dobu tak, jak jsme s ním spokojeni nyní.
Pro nás je výjimečné především tím, co opěvoval před tisíciletími faraón Achnaton: že nebýt Slunce jako zdroje energie, nebyli bychom tady ani my. Po léta se traduje rčení, že je to „zcela průměrná hvězda“ (až na to, že v její blízkosti žijí všichni známí astronomové!). Přesnější by však bylo hovořit o tom, že svou velikostí, teplotou, postavením apod. není v našem hvězdném ostrově nijak výjimečnou hvězdou. Kupříkladu není členem dvoj nebo vícenásobného hvězdného systému – a právě takových hvězd je většina.
Proč Slunce svítí a hřeje?
Stejně jako všechny hvězdy tzv. hlavní posloupnosti i Slunce září díky termonukleárním reakcím v jádře. Povrch (přesněji to, co vidíme prostým okem) se neustále mění – vznikají a zanikají sluneční skvrny, protuberance, erupce i jiné sluneční útvary.
Slunce ovlivňuje ostatní tělesa sluneční soustavy, s nimiž společně vzniklo a s nimiž se pohybuje prostorem, nejen gravitačně, ale i zářením v širokém spektru vlnových délek, magnetickým polem a proudem nabitých částic.
Energie vyzařovaná Sluncem vzniká při termonukleárních reakcích v jeho jádru. Každou sekundu se přibližně 700 milionů tun vodíku přemění na 695 milionů tun helia a zbylých 5 milionů tun hmotnosti se přemění na energii (96 % elektromagnetické záření, 4 % odnášejí elektronová neutrina).
Sluneční látku tvoří převážně vodík (92,1 %), v menší míře helium (7,8 %) a stopová množství dalších prvků. Hustota sluneční látky v centru je velmi vysoká (až desetinásobek hustoty olova – 130 000 kg/m3) a směrem k povrchu klesá na jen 1 kg/m3. V průměru je však Slunce o málo hustší než voda. Celé sluneční těleso se otáčí kolem své osy, avšak vzhledem k jeho plynnému charakteru je rotace diferenciální (rotace rovníkových vrstev je rychlejší než rotace polárních oblastí). Slunce má výrazné magnetické pole, do kterého je ponořena celá Sluneční soustava.
Cestopis slunečních fotonů
Energetickým zdrojem celého slunečního systému je jádro Slunce. Má hustotu stokrát větší než voda a teplotu 15 milionů stupňů. V tomto dokonalém reaktoru probíhají desítky reakcí, jejichž důsledkem je přeměna vodíku na helium za současného uvolňování energie v podobě fotonů. Nejrozšířenějším typem reakce v našem Slunci je tzv. proton-protonový řetězec – jádra atomů vodíku se slučují na jádra atomů helia při současném uvolňování energie.
Vrstva v zářivé rovnováze má tloušťku (mocnost) asi půl milionu km. V ní se energie z jádra šíří rozptylem záření. Energie uvolněná v jádře ve formě gama-záření se postupně mění na záření s většími vlnovými délkami, protože se zde mnohonásobně fotony pohltí a opět vyzáří v náhodném směru. Protože fotony se často vyzařují i směrem zpět do centrální oblasti, není tento přenos energie přímočarý, a proto trvá fotonům jejich pouť z jádra k povrchu statisíce až miliony let.
Ve vzdálenosti přibližně 0,8 poloměru Slunce od slunečního středu se fyzikální podmínky mění. Teplota nestačí na ionizaci plynu a volné elektrony se začínají spojovat s jádry atomů a vytvářejí se tak neutrální atomy. Díky tomu se zvyšuje schopnost plynu pohlcovat energii a roste tak jeho neprůzračnost. To ztěžuje přenos zářivé energie z hlubších vrstev a způsobuje výrazný pokles teploty. V důsledku tohoto poklesu teploty látka nemůže zůstat v klidu a nastává promíchávání plynu – konvekce.
Konvektivní zóna o mocnosti asi 200 000 km přenáší energii prouděním – vztlaková síla vynáší horké masy plynu z vnitřních vrstev Slunce na povrch, tam se vyzářením části energie ve formě světla ochlazují a opět klesají do hlubších vrstev. Konvekce vyvolává některé projevy sluneční činnosti, např. granulaci, protuberance, skvrny, sluneční vítr atd. S tím souvisí i vznik zvukových, magnetohydrodynamických a gravitačních vln, které se zúčastňují na přenosu energie do vyšších vrstev sluneční atmosféry a způsobují zvýšení jejich teploty.
Fotosféra o tloušťce 300 km se nachází bezprostředně nad konvektivní zónou. Na její spodní hranici při teplotě 6000 stupňů přestává působit vztlaková síla, která způsobuje konvekci. S výškou klesá hustota a vztlak plynů, ale vzrůstá neprůzračnost, proto vzrůstá pohlcování záření. Většina slunečního záření se vyzařuje z fotosféry, přičemž maximum připadá na viditelnou část spektra – proto ji ztotožňujeme s viditelným povrchem.
Pozorujeme v ní charakteristickou granulaci (zrnění), připomínající při pozorování žhavé uhlíky v dohasínajícím táboráku. Jsou to vrcholky vzestupných a sestupných proudů z konvektivní zóny, v případě zvýšené sluneční aktivity též skvrny. Z fotosféry jsou vyvrhovány protuberance – oblaka plazmatu ovládaná magnetickými poli.
Chromosféra o tloušťce 10 až 15 tisíc km je řídká vrstva těsně přiléhající k fotosféře. Teplota chromosféry roste směrem od Slunce, což je pravděpodobně způsobeno rozpadem nestabilit plazmatu, které chromosféru ohřívají. Typickými jevy jsou náhlá zjasnění, zv. chromosférické erupce.
Koróna je vnější částí řídké sluneční atmosféry, která nemá ostré hranice a zasahuje hluboko do sluneční soustavy. Teplota koróny v blízkosti Slunce je zhruba 1,5 milionů stupňů. Rekonekce magnetických silokřivek a turbulentní brždění spolu s tlumením magnetoakustických vln právě v koróně je pravděpodobnou příčinou této vysoké teploty koróny.
Charakteristické údaje
Hmotnost 332,830 Zemí
Průměr 1 390 000 km (108,97 Zemí)
Teplota povrchu 5 700 K
Teplota jádra 15 000 000 K
Doba otočení kolem osy 25 dní rovník; 36 dní póly
Chemické složení H 92,1 %
He 7,8 %
O 0,061 %
C 0,03 %
Průměrná hustota 1400 kg/m3
Spektrální třída G 2
Hustota výkonu 0,19 mW/kg
Celkový výkon 4×1026 W
Tok energie u Země 1,4 kW/m2
Úniková rychlost 618 km/s
Tíhové zrychlení 28 g
Hvězdná velikost Relativní -26,8 mag
Absolutní +4,1 mag
Magnetické pole
Slunce je tvořeno žhavými plyny – přesněji plazmou, která z plynů vzniká ionizací, tj. dodáním energie dostatečné k tomu, aby se od atomů oddělily elektrony. Plazma je směsí záporně nabitých elektronů, kladně nabitých zbytků atomů (iontů) a neutrálních částic. Usměrněný pohyb nabitých částic nazýváme elektrický proud. Silné elektrické proudy ve slunečním plazmatu umíme pozorovat jen nepřímo, protože každý elektrický proud je doprovázen magnetickým polem.
Magnetické silokřivky se pohybují s plazmatem a naopak: pohybující se plazma unáší silokřivky a deformuje je (podobně jako gumové nitě zamrzlé v ledu). Tam, kde mohutná magnetická pole vyplouvají k povrchu, vznikají aktivní oblasti. Sluneční „povrch“ je jako vroucí kotel, z něhož často tryská plazma, doprovázené magnetickými výboji a erupcemi.
Magnetické pole hraje ve slunečním životě dominantní roli. Je do něho ponořena celá sluneční soustava daleko za dráhu Pluta a je ovlivněno rotací Slunce, takže magnetické siločáry se v meziplanetárním prostoru stáčejí jako Archimédova spirála. Planety při pohybu kolem Slunce pak střídavě procházejí oblastmi s různým směrem magnetického pole.
