“Ko se Sunca krije, bolje da ga nije”

Ovih dana se u vestima na televiziji i novinama svakodnevno susrećemo sa podacima o UV zračenju koji se redovno saopštavaju uz standardne podatke o meteorološkim uslovima. Svako leto je period godina tokom kog lekari objašnjavaju potrebu za kontrolisanim sunčanjem i korišćenjem krema sa visokim stepenom zaštite, ali i povod za učestalije priče o globalnom zagrevanju.

Sunce kao matična zvezda Sunčevog sistema, dakle, pored toga što nam daruje uslove za život, može imati i negativan uticaj na čoveka. Ali pre svega kao posledica neodgovornog ponašanja čoveka prema svojoj okolini.

Ujedinjene nacije su 2007. godinu proglasili za Međunarodnu godinu heliofizike, nauke koja se bavi proučavanjem Sunca. Povod za ovu počast UN jeste unapređenje razumevanja osnovnih heliofizičkih procesa koji se dešavaju na Suncu, oko Zemlje i u heliosferi. Ovime se nastavlja tradicija međunarodnih istraživanja i podstiče dalji razvoj istraživanja na 50. godišnjicu Međunarodne godine geofizike (1957), sa idejom prezentovanja celom svetu lepote, važnosti i primenljivosti nauka o svemiru i planeti Zemlji.

Međunarodna godina heliofizike nastavlja tradiciju međunarodne saradnje na naučnim istraživanjima koja je započela još u 19. veku, sa sličnim ciljevima i motivima. Nakon prve Međunarodne polarne godine (1882 - 1883) koja se fokusirala na istraživanja Arktika, druga (1932-1933) je proširan na atmosferske nauke i geofiziku, da bi usledila Međunarodna godina geofizike (1957 - 1958). Uticaj ovih globalnih manifestacija na naučno nasleđe – kroz saradnju, pristup podacima i opremi i koordinaciju – ne može se izmeriti, ali je svakako veliki.

Šta znamo o Suncu?

Korona

Sunce je, ma šta mi mislili i želeli, jedna obična zvezda. Nije previše velika, ali ne pripada ni grupi najmanjih zvezda. U pitanju je jedna od preko 100 milijardi zvezda u našoj Galaksiji – Mlečni put. Po svojim karakteristikama ne razlikuje se mnogo od miliona drugih zvezda.

Sunčev prečnik iznosi oko 1,4 miliona kilometara (poluprečnik Zemlje je oko 6400 km), masivnije je od Zemlje približno 333000 puta, dok je prosečna gustina 1,4 puta veća od gustine vode. Hipotetičko telo na „površini“ Sunca bi bilo teže oko 28 puta nego na Zemlji. Period rotacije Sunca je oko 25 dana.

Sunce sa celim Sunčevim sistemom obilazi oko centra Galaksije i za ceo obilazak je potrebno 250 miliona godina. Klasifikovano je kao žuta patuljasta zvezda tipa G2V, sa površinskom temperaturom od 6000 stepeni. Svetlost od Sunca do zemlje putuje oko 8 minuta, tako da je to vreme potrebno da bismo saznali da se nešto desilo na njemu.

Gustina Sunca opada od centra prema spoljašnjosti. Samo jezgro čini 90 odsto Sunčeve mase dok su periferni spoljni delovi ređi od najvećeg vakuuma koji se može postići na Zemlji. Gustina Sunca u jezgru je 15 puta veca od gustine olova. Zbog visokih temperatura atomi su potpuno jonizovani tako da su atomska jezgra bez elektrona.

Ovako stanje se zove četrvrto agregatno stanje ili stanje gasne plazme. Po hemijskom sastavu sačinjeno je uglavnom od atoma vodonika i helijuma (u odnosu 10:1) dok svi ostali elementi čine oko 2 odsto mase. U unutrašnjosti Sunca nalazi se jezgro i omotač jezgra, a spoljašnjost čine tri sloja: fotosfera (koja se vidi kao sjajni Sunčev disk), hromosfera i korona (koje se mogu videti za vreme pomračenja Sunca).

Put od središta

Unutrašnja struktura

Jezgro se prostire do oko 30 odsto radijusa Sunca. Temperatura u centru jezgra je oko 15 miliona stepeni, gustina materije je oko 150 veća od gustine vode, pritisak je 10 na 11 puta veći nego na površini Zemlje. Tu se vrši proizvodnja skoro celokupne energije koju Sunce zrači, u procesu fuzije (spajanje lakših jezgara i nastanak težih uz oslobađanje energije). Ta energija je za naše pojmove neverovatno velika.

Izmerena snaga tog zračenja na Zemlji iznosi 1360 W po kvadratnom metru. Ako to pomnožimo sa površinom Zemlje dobićemo da snaga koju Zemlja dobija od Sunca iznosi oko 180 milijardi MW . Ako pretpostavimo da je snaga jedne prosečne hidroelektrane 180 MW, za proizvodnju ovolike energije bilo bi neophodno milijardu takvih elektrana. U pitanju je samo energija koju dobija Zemlja. Ukupna snaga koju Sunce zrači iznosi oko 4 x 10 na 26 W.

U omotaču jezgra se mogu definisati dve zone: radiaciona i konvektivna. U radiacionoj zoni koja se nastavlja na jezgro energija iz jezgra se ka površini prenosi zračenjem. Dok se energija u konvektivnoj zoni prenosi mešanjem gornjih hladnijih i donjih toplijih slojeva.

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. Ustvari, fotosfera je prvi prozračan sloj Sunca, dok su unutrašnji slojevi ispod nje nedostupni direktnom posmatranju. Fotosfera je sloj Sunca iz kojeg najveća količina elektromagnetnog zračenja (energije) napušta Sunce. Zato se i zove sfera svetlosti (odnosno fotona). Tu energiju odnose fotoni koji lako napuštaju Sunce zbog velike providnosti materije fotosfere.

Sunčev vetar

Magnetni uticaj Sunca

Izvan fotosfere se proteže atmosfera Sunca, koja se sastoji iz dva sloja hromosfere i korone. Hromosfera je unutrašnji sloj atmosfere koji je niže temperature od fotosfere i koji je debljine oko 1500 km, dok njega okružuje korona, sloj sunčeve atmosfere kod kojeg temperatura sa udaljenošću od fotosfere raste i dostiže maksimum od oko 1 milion Kelvina. Oblast rasta temperature do dostizanja konstantnog nivoa naziva se prelazna oblast, tako da korona nastaje na oko 10000 km od površine fotosfere.

Međutim ovim se ne završava uticaj Sunca kao zvezde na Sunčev sistem. Pored elektromagnetnog zračenja, Sunce emituje i čestice, kao što sto su protoni, neutroni, elektroni… Ova emisija se naziva Sunčev vetar i njegov uticaj je primetan pre svega na magnetna polja planeta, a na Zemlji smo svedoci da dovodi do magnetnih bura koje svakih nekoliko godina dovode do poremećaja u globalnim telekomunikacijama i ugrožavaju funkcionisanje veštačkih satelita.

Zona u kojoj se prostire Sunčev vetar se naziva heliosfera, i neki je nazivaju poslednjim slojem atmosfere Sunca. Mesto poništavanja uticaja Sunčevog vetra sa međuzvezdanim vetrom (česticama emitovanim sa okolnih zvezda) se naziva heliopauza i koristi se za definisanje granica Sunčevog sistema. Udaljenost heliopauze od Sunca je na otprilike 80 astronomskih jedinica.

Šta vidimo?

Mladi astronomi projektuju Sunce na papir

Kao što smo već pomenuli, sve ono što možemo da vidimo na Suncu golim okom (uz odgovarajuću zaštitu, ali bez specijalnih uređaja) se nalazi u fotosferi, dok slojeve atmosfere možemo da vidimo ili tokom pomračenja Sunca ili uz pomoć specijalnih uređaja kao što su koronografi, koji veštački zaklanjaju disk Sunca. Ostale pojave možemo da „posmatramo“ tek uz korišćenje odgovarajuće opreme i u raznim delovima spektra.

Vrlo je važno podvući da se u Sunce nikako ne sme gledati direktno bez zaštite, jer je kao što smo naveli energija koja nam sa Sunca dolazi suviše velika i može doći do oštećenja oka. Za amatersko i profesionalno posmatranje Sunca se koriste odgovarajući filteri i folije. Takođe se Sunce može posredno posmatrati projektovanjem lika Sunca kroz dvogled ili teleskop na papir.

Kada na teleskop stavimo odgovarajući filter koji nam umanjuje intenzitet svetlosti sa Sunca, onda na disku sunca možemo primetiti crne mrlje, koje se nazivaju Sunčeve pege. Pege su hladnija, samim tim i tamnija mesta u fotosferi, temperature oko 1500 stepeni niže od okoline. Pege se najčešće nalaze u grupama, i pokazalo se da predstavljaju posledicu aktivnosti Sunca. Naime magnetno polje pega je oko 1000 puta jače od prosečnog magnetnog polja Sunca. Što dovodi do toga da se konvektivni procesi u blizini pege skreću, tako da na tim mestima ne dolazi do izlaska toplih slojeva plazme na površinu.

Ove lokalne anomalije magnetnog polja na kojima nastaju pege nastaju kao posledica diferencijalne rotacije Sunca, pojave da pošto Sunce nije čvrsto telo, različiti slojevi rotiraju različitom brzinom, pri čemu ekvatorijalni deo rotira najbrže. Pošto je Sunce sastavljeno od plazme, to jest jonizovanog gasa, magnetno polje je prožeto sa materijom i brža rotacija ekvatorijalnih delova dovodi do toga da se magnetno polje na ekvatoru polako deformiše i uvrće, što u jednom momentu dovodi do promene orijentacije magnetnog polja Sunca.

Pege, bure i erupcije

Sunce u raznim delovima spektra

Ciklus promene orijentacije magnetnog polja naziva se aktivnost Sunca, i on traje oko 11 godina. Najveća aktivnost Sunca je kada je magnetno polje najviše deformisano, i tada se u fotosferi nalazi najveći broj pega, a najmanja aktivnost je kada dođe do obrtanja polariteta magnetnog polja. Najveću aktivnost prate i pojačane magnetne bure i erupcije sa Sunca.

Pege se najčešće javljaju u parovima, a magnetno polje dve pege u istom paru je uvek suprotno orijentisano. 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 imaju istu orijentaciju magnetnog polja, dok je orijentacija pega na drugoj polulopti suprotna. Zanemarujući nepravilnosti samih pega, ovakvo slaganje linija polja ukazuje na vrlo visok stepen uređenosti magnetnog polja Sunca.

Aktivnost Sunca pored pega prate još neki takozvani centri aktivnosti, koji ujedno predstavljaju pojave koje se mogu posmatrati na Suncu. To su: granule, spikule, fakule, protuberance i solarni pramenovi.

Granule su ogromne ćelije vrelog gasa, raširene celom fotosferom, izuzev na pegama. Granula pomaže u prenosu energije iz konvektivne zone u svemir. One nisu dugog veka, svaka od njih traje oko 10 minuta. U tom vremenu gas koji se rađa iz granula kreće se brzinom od 0,5 km/s, vertikalno do visine od oko 25 km.

Spikule se rađaju u gornjoj hromosferi i uzdižu kao gasni pramenovi, dosežući do korone. One traju najviše 10 minuta, kreću se uvis brzinom od 20 km/s, izbijajući do visine od 16.000 km.

Fakule su svetle oblasti u fotosferi. Vezane su sa slabim magnetnim poljima i sjajnije su od okolne fotosfere u proseku za 20 odsto . Vizuelno ih možemo posmatrati samo blizu rubova diska, zahvaljujući zatamljenju rubnih delova. Fakule su tesno povezane sa pegama. Sve pege se javljaju u fakularnim poljima, mada postoje fakule bez pega. Životni vek fakula traje oko dva meseca, a fakule sa pegama mogu trajati i više meseci.

Spikule

Protuberance su ogromne „fontane“ gasa koji teče sa Sunčeve površine. Zbog kružnih magnetnih linija sila protuberance mogu da se razvijaju kao kolone, lukovi, ili čak cele petlje. Eruptivne protuberance privlače mnogo veću pažnju astronomima. One izleću u mlazu sa površine brzinom od 1.600.000 km/h, pre nego što se umire nekoliko sati kasnije. Najveća je zabeležena 4. juna 1946. godine. Za samo pola sata razvukla se u svemir preko 400.000 km. Onda, približno brzinom od 750.000 km/h je nastavila širenje svemirom, i konačno je dostiga daljinu od preko 1,5 miliona kilometara.

Solarni pramenovi su fantastični bljeskovi svetlosti sa površine Sunca. Traju od nekoliko minuta do nekoliko sati. Njihov nastanak je takođe izazvan aktivnošću pega i mnogo jakih magnetnih sila. Deset puta sjajniji od normalne površine pramenovi oslobađaju energiju jednaku energiji milijardi hidrogenskih bombi. Ovi pramenovi su uzrok nastanka polarne svetlosti. Za vreme velikih pramenova radio i telefonske veze mogu biti prekinute.

Sve gore navedeno nam ukazuje da je nama Sunce samo naizgled mirno i jednolično, i da je njegova aktivnost mnogo promenljivija i primetnija u svim drugim delovima spektra osim u vidljivom. Mada sve ove posledice aktivnosti Sunca imaju veliku energiju i velike razmere, predstavljaju one lepote zbog kojih se ljudi uvek oduševe lepim fotografijama.

Nevidljivo Sunce

Zone

Sunce, kao posledicu fuzije u svom jezgru, emituje još jednu vrstu čestica. Neutrine. Ove čestice su zanimljive pre svega zato što veoma veoma slabo interaguju sa materijom, što znači da ih je teško i detektovati. A detekcija neutrina je upravo posao koji treba da pronađe dokaze za teorijske pretpostavke o strukturi samog Sunčevog jezgra i procesima u njemu. Neutrini sa sobom odnose oko 2 posto oslobođenje energije Sunca.

Najzaslužniji za izučavanje neutrina su Rejmond Dejvis iz Filadelfije i Masatoši Košiba iz Tokija koji su dobili Nobelovu nagradu za 2002. godine za "pionirski doprinos astrofizici a naročito za otkriće kosmičkih neutrina". Najnoviji neutriniski teleskop izrađen je u Sadberiju u Ontariju (Kanada) dva kilometra ispod zemlje u rudniku nikla. Centralna sfera napravljena od providne plastike sadrži hiljadu tona "teške vode". Sfera je okružena sa velikim fotomultiplikatorima koji analiziraju minijaturne svetlosne bljeskove svetlosti koji nastaju interakcijom neutrina sa teškom vodom (skoro da je jedini način za detekciju ovih čestica).

Celokupna opservatorija je zaštićena od kosmičkog zračenja sa dva kilometra stena iznad nje a od ostalog zračenja sa 7000 tona izuzetne čiste vode. Dodtan problem u ovom eksperimentu je što postoje tri vrste neutrina, od kojih je samo jednu moguće detektovati ovim eksperimentom. Ustanovljeno je da se nuklearne reakcije u centru Sunca odvijaju upravo onako kako treba da bude i daju očekivan broj elektronskih neutrina.

Sledeći put kada uzmete kremu za sunčanje, čujete koliki je UV indeks, kada započnete diskusiju o globalnom zagrevanju, ili se divite divnom crvenom zalasku sunca, setite se da se na 8 minuta brzinom svetlosti od nas dešavaju veoma intenzivni procesi, od kojih neki mogu veoma neprijatni za nas kao vrstu. Zato nam ostaje da se pobrinemo da nam ozonski omotač i naša atmosfera daju najadekvatniju moguću zaštitu zaštitu, kao što su to činili do sada.