De zon

's Avonds staat de hemel vol met sterren. Die sterren staan zo ver weg dat we ze zien als heel kleine lichtgevende stipjes. Ook onze zon is een ster, alleen de zon staat veel dichterbij dan al de andere sterren. De zon staat centraal in ons zonnestelsel. De aarde en alle andere planeten in het zonnestelsel draaien in banen van druk en zwaartekracht om de zon heen. De zon straalt licht en warmte uit. Als de zon dit niet zou doen was er geen leven mogelijk op de aarde. De zon is een bal van gloeiende en brandende gassen. Ongeveer 3/4de van de gassen zijn hydrogenen en 1/4de bestaat uit helium. Ook zijn er nog een paar andere gassen, maar die zijn er maar heel weinig. Binnenin de zon drukt de zwaartekracht neutronen en protonen samen. Hierdoor ontstaan er kernreacties die helium vormen. De energie die hierbij vrijkomt straalt licht en warmte uit. Al de energie op aarde komt dus oorspronkelijk van kernenergie. Bijvoorbeeld olie, gas en steenkool werden miljoenen jaren geleden gevormd van planten en dieren. Kortom, de zon is een indrukwekkend iets en bovendien van groot belang voor al het leven op aarde. Daarom heb ik besloten om mijn derde praktische opdracht voor ANW over de zon te maken. Algemene eigenschappen van de zon: Eerst een paar indrukwekkende cijfers over de zon

Afstand zon- aarde (gemiddeld): 1.496.000.000.000 m (= 1 AE) Massa: 1.989.000.000.000.000.000.000.000.000.000 kg
Straal: 6.960.000.000 m
Diameter: 1.392.000.000
Dag: 1 zonnedag is 25,38 aardse dagen (de tijd die de zon doet om één keer om zijn as te draaien) Dichtheid: 1.410 kg
Temperatuur: 13.600.000 K
Elementen: H, He, O, C, N, Si, Mg, S, Fe, Al, Na, Cl, Ca, Ni, P, Cr, Mn, F, K, Co, Ti
Leeftijd van de zon: ongeveer 4,6 miljard jaar Wat is de zon? De zon is een ster. Een ster is een gigantische gloeiend, gasvormig en lichtuitstralend object met gigantisch hoge temperatuur. Onze zon is een ster van middelgrootte klasse. Er zijn andere sterren die veel groter zijn dan de zin. Bijvoorbeeld de Orion is ruim 750 keer zo groot als onze zon. Met het blote oog kun je ongeveer 4000 tot 5000 sterren zien. Men schat dat alleen al in ons zonnestelsel meer dan honderd miljard sterren aanwezig zijn. De Zonnewinden: De zon heeft zogenaamde zonnewinden. De zonnewind is een stroom van geladen deeltjes die de zon verlaat. Deze geladen deeltjes noemen we protonen en elektronen. Er zijn twee soorten zonnewinden. Ten eerste hebben we een trage zonnewind. Deze zonnewind bereikt de aarde met een snelheid van ongeveer 250 km/sec. Deze zonnewind is waarschijnlijk afkomstig uit de equatoriale gordel van de zon. Dan hebben we verder ook nog de snelle zonnewind. Deze zonnewind haalt maar liefst snelheden van 800 km/sec. Hij is afkomstig van de coronale gaten aan de polen van de zon. Deze snelle zonnewind haalt de buitenste grenzen van ons zonnestelsel en nog verder. De oorsprong van de zonnewinden ligt in de corona. De zonnewind zorgt ervoor dat gas dat uit een komeetkern komt, naar achteren wordt geblazen. Vandaar dat kometen van die staartjes achter zich hebben. De geladen deeltjes van de zonnewind zijn verantwoordelijk voor het Noorderlicht en voor het Zuiderlicht, als ze met een grote snelheid de bovenlaag van de atmosfeer van onze aarde binnen dringen en zo de atomen en moleculen aanslaan.
De Corona: Ik had het zojuist over de corona, maar wat is de corona nou precies? De corona is de buitenste laag van de atmosfeer van de zon. De corona is ongeveer twee miljoen kilometer dik en in de corona stijgt de temperatuur van zo'n 10.000°C tot zo'n één miljoen°C. De reden van deze snelle en hoge temperatuurstijging wordt nog niet zo goed begrepen door de wetenschappers die zich bezighouden met de zon, maar ze vermoeden dat de magnetische lussen er wat mee te maken hebben. De corona is alleen te zien bij een totale zonsverduistering. Zonnevlammen: Zonnevlammen zijn grote explosies van de zon. Sommige van deze explosies zijn even groot als de hele aarde. Deze explosies duren enkele minuten. Wetenschappers hebben ontdekt dat bij het ontstaan van grote zonnevlammen een seismologische schokgolf zich door het inwendige van de zon verplaatst. Dit komt redelijk overeen met aardbevingen zoals wij die kennen op aarde. Verschijnselen van en op de zon: De zon bestaat uit verschillende delen. De zon bestaat onder andere uit de kern met een doorsnede van ongeveer 700.000 km, de stralingszone die ongeveer 200.000 km onder de oppervlakte zit, de convectiezone die helemaal uit gas bestaat, de fotosfeer dat een paar honderd kilometer dik is, de chromosfeer met een dikte van ongeveer 2000 km en tenslotte bestaat de zon uit de corona die ik een paar hoofdstukken geleden al heb besproken. De gassen in de kern hebben een dichtheid die ongeveer 150 maal zo groot is als de dichtheid van het water op de aarde. In de kern worden temperaturen gehaald van 16 miljoen°C. De stralingszone is koeler dan de kern en heeft een gemiddelde temperatuur van ongeveer 2,5 miljoen°C. In de convectiezone brengen de kolkende bewegingen van de gassen de energie van de zon naar buiten. Deze zone van de zon is nog wat koeler als de stralingszone en haalt een temperatuur van zo'n twee miljoen°C. Ook is in deze zone de dichtheid wat lager. De dichtheid in deze zone is namelijk ongeveer 1/10de van de dichtheid van het water zoals hier op aarde. De fotosfeer is ook weer wat koeler. In de fotosfeer is het ongeveer 5500°C warm. De dichtheid is ook weer lager in deze sfeer, namelijk een miljoenste deel van de dichtheid van water. De turbulentie in dit gedeelte is te zien vanaf de aarde in de vorm van fakkels, kleine gasbellen en in de vorm van zonnevlekken die ik een paar hoofdstukken geleden ook al heb besproken. Hoog boven de chromosfeer van de zon ziet men soms (tijdens een totale zonsverduistering) purperrood gekleurde protuberansen. Een gemiddelde protuberans is een paar honderdduizenden kilometers lang en rond de tienduizend kilometer dik. Een protuberans is het grootste verschijnsel aan het oppervlak van de zon. Gigantische, hoogoprijzende formaties aan de rand van de zon zijn een indicatie van relatief koele gebieden van gas in de corona, die wordt samengehouden door grote, sterke magnetische velden. Hun vorm, die lijkt op lange bogen is een weerspiegeling van de koers van deze magnetische velden. De gassen in een zonnevlam zijn honderd maal koeler dan de omliggende corona. De temperatuur in een zonnevlam is ongeveer 4000°C en de temperatuur in de corona kan variëren tussen de 10.000°C en de één miljoen°C. Als je de temperatuur van de zonnevlammen vergelijkt met de temperatuur van de corona is dit best een groot verschil. Hierdoor zijn ze voor de felle zonneschijn te zien als donkere, langwerpige structuren. Toch vertegenwoordigen deze structuren eigenlijk hetzelfde verschijnsel als de felle vlammen aan de rand van de zon. Als een protuberans in het donker afsteekt tegen het zonsoppervlak, dan noem je het een filament. Ook heb je op de zon te maken met zogenaamde zonnevlakken. Met een telescoop zijn deze zonnevlekken te zien als zwarte vlekken op het zonoppervlak. Ze zien er zwart uit omdat het bij een zonnevlek veel minder warm is. Op het oppervlak van de zon is het ongeveer 6000°C en bij een zonnevlek is het maar ongeveer 4000°C, dat scheelt dus heel wat. Door de temperatuurverschillen zien wij deze zonnevlekken dus als grote zwarte vlekken. Zonnevlekken zijn vaak groter dan 30.000 km en verschijnen in cycli van elf jaar. Zonneactiviteit, waaronder de ontwikkeling van zonnevlekken valt, wordt in verband gebracht met de veranderende magnetische velden van de zon. De zonnevlekken verschijnen iedere elf jaar. Tussen die elf jaar zijn er bijna geen zonnevlekken en soms zelfs helemaal geen. De eerste persoon die dit ontdekte was de amateur-astronoom Heinrich Schwabe. Deze ontdekking werd in het midden van de 19e eeuw met de klimaatverandering in verband gebracht. Aan het begin van dit nieuwe millennium was er weer zo'n maximum in aantal zonnevlekken. Zonnevlekken treden dikwijls op in groepen die zich tot meer dan 300.000 kilometer over het zonneoppervlak kunnen uitstrekken. Soms kunnen deze zelfs deels met het blote oog herkend worden (met beschermingsglas). De grootste individuele zonnelekken kunnen afmetingen van rond de 60.000 kilometer bereiken. Dat is ongeveer vijf maal de doorsnede van de aarde. Dan wil ik nu wat zeggen over de vorm van de zonnevlekken. Bijna alle zonnevlekken hebben dezelfde vorm; een bijzonder donkere kern dat ook wel umbra wordt genoemd, omgeven door een minder donker gebied met filameterige structuur en een rand die gerafeld lijkt, de penumbra. De vlekken markeren relatief koele gebieden van het zonneoppervlak. Hierbij geld dat in de donkere umbra de laagste temperatuur is. Het oppervlak van de zon is namelijk zo'n 6000°C en bij een zonnevlek is het zo'n 2000°C tot 2500°C kouder dan op het oppervlak van de zon. Maar waarom komen de zonnevlekken iedere elf jaar terug, en niet bijvoorbeeld iedere twaalf jaar of iedere vijf jaar? Het antwoord op deze vraag is nog niet gevonden. Wel denken wetenschappers te weten hoe deze zonnevlekken ontstaan. Al sinds meer dan tachtig jaar is bekend dat in de zonnevlekken zeer sterke magnetische velden bestaan, rond 10.000 maal sterker dan het magneetveld aan het oppervlak van de aarde. Diep in het inwendige van de zon worden ze door een soort 'generator' uit extreem sterke elektrische stromen opgewekt. Daar waar de velden door het zonneoppervlak naar buiten breken zorgen ze voor afkoeling omdat ze hete gasmassa's uit diepere lagen verhinderen naar het oppervlak te stijgen. Het moment dat deze zonnevlekken weer verdwijnen verschilt tussen een aantal uur na het ontstaan tot een aantal weken na het ontstaan. Zodra deze zonnevlekken zijn verdwenen ontstaan er weer nieuwe op andere plekken van het oppervlak van de zon. Zonnevlekken komen voor in een brede band evenwijdig aan de evenaar van de zon. De gebieden met zonnevlekken verplaatsen zich in de loop van de elfjarige cyclus in de richting van de evenaar van de zon. In de fases waarin bijna geen zonnevlekken zijn waar te nemen komen de zonnevlekken bijna alleen maar voor aan de noordelijke en aan de zuidelijke randen van de zon. Bij de polen van de zon zijn nog nooit vlekken waargenomen. In de loop van de elf jaar komen er steeds meer zonnevlekken en schuiven de gebieden waar deze zijn steeds verder op naar de evenaar van de zon. Zodra er een periode van veel zonnevlekken rond de evenaar van de zon is geweest, begint deze cyclus weer opnieuw. Kernfusie: De warmte van de zon ontstaat door kernfusie. In het extreem hete en dichte centrum van de zon bewegen de kernen van waterstof atomen zo snel dat ze bij hun frequente botsingen met elkaar kunnen versmelten. In meerdere stappen ontstaan zo uit vier waterstofatomen één heliumkern. Sterke kernkrachten zorgen ervoor dat deze ongeveer één procent lichter is dan de vier waterstofkernen tezamen. De massa die bij de fusie verloren is gegaan wordt in pure energie omgezet. Dit is een uiterst effectieve manier van energieproductie, want voor iedere kilogram waterstof die door kernfusie in helium is omgezet komt ongeveer 250.000.000 kilowattuur aan energie vrij. Dat komt overeen met de brandwaarde van ongeveer 30.000 ton steenkool. De versmelting van atoomkernen in het binnenste van de zon begon ongeveer 4,5 miljard jaar geleden, toen de dichtheid in de zon zo groot was geworden dat de temperatuur in het centrum tot boven de 10.000.000°C steeg. Sindsdien wordt in de kern van de zon per seconden meer dan 500 miljoen ton waterstof tot helium verbrand, waardoor de massa van de zon per seconden met ongeveer 4 miljoen ton afneemt. Toch heeft de zon sinds haar geboorte op deze manier pas een tienduizendste van haar massa verloren. Van het waterstof dat oorspronkelijk in de kern van de zon als brandstof voor kernfusie aanwezig was, is tot nu toe voor ongeveer 40% gebruikt. Dat betekend dat de brandstofvoorraad van de zon toereikend is voor nog eens vijf miljard jaar. Daarna zal de versmelting van waterstofatoomkernen in het centrum van de zon echter stoppen en slechts in een dunne schil om de kern doorflikkeren. De zonnekern zal instorten en zodoende steeds dichter en lichter worden. Bij een temperatuur van meer dan 100.000.000°C zal uiteindelijk de zogenaamde heliumverbranding beginnen, de volgende stap in de kernfusie. Een deel van het zo ontstane helium versmelt dan tot koolstof en een zuurstof, waarbij opnieuw grote hoeveelheden energie vrijkomen. De zon en godsdienst: Vroeger stond de zon in veel godsdiensten centraal. De mensen wisten niet goed wat de zon nu eigenlijk precies was en daarom beschouwden ze het als een god of als een goddelijk verschijnsel. Bijvoorbeeld de oude Grieken hadden de god Helios. Deze god reed in een gouden strijdwagen met vier woeste paarden over de hemel. Alleen hij kon deze vier woeste paarden in bedwang houden. Er waren veel tempels gebouwd om deze god te eren, maar die zijn helaas in de loop van de jaren allemaal verwoest of bijna helemaal verwoest. De bekendste tempel waar hij werd geëerd was in Rhodes. Die tempel behoort tot één van de zeven wereldwonderen. Helios staat tegenwoordig bekend als de god Apollo. De oude Egyptenaren dachten weer heel anders. Zij dachten dat de aarde in het begin helemaal uit oceaan bestond. Toen kwam er een ei of een bloem naar boven waaruit de god Ra kwam. De Egyptenaren dachten dat Ra de zon was. Zij noemden Ra daarom ook de zonnegod. Voor de oude Egyptenaren was Ra de oppergod. De oude Egyptenaren dachten bij alles aan de zon. Zo werden de piramides op zo'n manier gebouwd dat ze nooit de hele dag in de zon stonden. Vandaar dat alles wat in de piramides is gevonden zo goed bewaard is gebleven. De oude Egyptenaren brachten ook offers aan Ra in de speciaal voor hem gebouwde tempels.