ZJAWISKA ATMOSFERYCZNE

[madohora]

Pierwszy w dużej mierze kompletny zestaw mocy oscylatora dla pojedynczo zjonizowanych pierwiastków grupy żelaza został opracowany w 1960 roku, a jego poprawiona wersja w 1976[108]. W 1978 roku wyznaczono zawartość pojedynczo zjonizowanych atomów pierwiastków grupy żelaza

[madohora]

Przy obserwacji Słońca przez odpowiednie filtry zwykle natychmiast zauważalne stają się plamy na jego powierzchni, obszary powierzchni wyraźnie ciemniejsze niż ich otoczenie. Powodem mniejszej jasności jest ich niższa temperatura. Wewnętrzna część plamy nazywana jest cieniem, jest ona zazwyczaj otoczona półcieniem, obszarem, na którym widać zdeformowaną strukturę granuli. Małe plamy pozbawione półcienia nazywane są porami, stanowią one pierwszy etap ewolucji plam. Plamy słoneczne to regiony intensywnej aktywności magnetycznej, gdzie konwekcja jest hamowana przez silne pole magnetyczne, redukując transport ciepła z gorącego wnętrza na powierzchnię. Pole magnetyczne powoduje silne nagrzewanie korony, tworząc regiony aktywne, które są źródłem intensywnych rozbłysków i koronalnych wyrzutów masy. Największe plamy mogą mieć średnicę dziesiątek tysięcy kilometrów

[madohora]

Cykl słoneczny ma duży wpływ na pogodę kosmiczną, a także na klimat Ziemi, jako że jasność Słońca ma bezpośredni związek z aktywnością magnetyczną. Słoneczne minima aktywności wydają się być skorelowane z niższymi temperaturami na Ziemi, a szczególnie długie cykle słoneczne korelują z cieplejszymi okresami. Wydaje się, że w XVII wieku cykl słoneczny całkowicie zatrzymał się na kilka lat – w tym okresie zaobserwowano bardzo niewiele plam. Podczas tej epoki, znanej jako minimum Maundera lub mała epoka lodowa, Europa doświadczyła wyjątkowo niskich temperatur. Wcześniejsze wydłużone minima zostały odkryte poprzez analizę słojów przyrostu rocznego drzew i wydaje się, że zbiegły się w czasie z okresami niższych niż średnie temperatur na Ziemii

[madohora]

Słońce jest obecnie mniej więcej w połowie swojego pobytu w ciągu głównym ewolucji gwiazd, podczas którego reakcje w jądrze łączą jądra wodoru w hel. W każdej sekundzie ponad cztery miliony ton materii są zamieniane w energię w jądrze Słońca; tworzone są fotony i neutrina. Takie tempo oznacza, że Słońce zdążyło przekształcić w energię masę około 100 mas Ziemi. Łącznie Słońce będzie gwiazdą ciągu głównego przez około 10–11 miliardów lat

[madohora]

Wyższa temperatura jądra i większy odpływ energii powoduje, że zewnętrzne warstwy nieco rozszerzają się, a gwiazda staje się jaśniejsza. Temperatura powierzchni podczas ewolucji gwiazdy ciągu głównym zmienia się, przy czym dla gwiazd poniżej około 1,25 M⊙ temperatura powierzchni ma tendencję wzrostową. W wyniku tych zmian Słońce pozostaje na ciągu głównym, nieznacznie przesuwając się na diagramie HR lekko w górę i na lewo. Wewnętrznie zmiany są bardziej istotne, ale ich efekty nie są bardzo widoczne z zewnątrz, dopóki gwiazda nadal pali wodór w jądrze.

Standardowy model Słońca wskazuje, że przez 4,6 mld lat, które Słońce spędziło w ciągu głównym, jego:

promień wzrósł o około 12%
temperatura jądra wzrosła o około 16%
jasność wzrosła o około 40%
temperatura efektywna powierzchni zwiększyła się o około 3%, a strumień neutrin z rozpadu nietrwałego nuklidu 8B wzrósł ponad 40-krotnie.

Zmiany te będą trwały nadal, dopóki Słońce pozostaje w ciągu głównym.

[madohora]

Ocenia się, że Słońce stanie się dostatecznie duże, żeby pochłonąć najbliższe planety, przypuszczalnie także Ziemię. Jeszcze zanim Słońce stanie się olbrzymem, jego jasność się podwoi, wywołując katastrofalne zmiany klimatu Ziemi, obejmujące całkowite wyparowanie oceanów.

[madohora]

Po wyczerpaniu helu w wewnętrznej części jądra Słońce będzie składało się z węglowo-tlenowego jądra, w którym nie zachodzi fuzja, powłoki helowej, powłoki wodorowej oraz słabo grawitacyjnie związanej z nimi otoczki. Słońce ponownie będzie rozszerzało się, nawet szybciej niż po wyczerpaniu wodoru i do większych rozmiarów, osiągając większą jasność. Stanie się wtedy gwiazdą na linii ewolucyjnej nazywanej asymptotyczną gałęzią olbrzymów (ang. asymptotic giant branch, AGB), prowadzącą fuzje wodoru i helu w powłokach otaczających zdegenerowane jądro. W fazie tej w Słońcu oprócz fuzji będzie zachodziła nukleosynteza pierwiastków cięższych od tlenu w wyniku procesu s. Po około 20 mln lat wczesnej fazy AGB Słońce zacznie stawać się stopniowo coraz mniej stabilne, gwałtownie tracąc masę i podlegając pulsom termicznym, które co około 100 tys. lat zwiększą rozmiar i jasność na kilkaset lat. Kolejne pulsy będą coraz silniejsze, prowadząc do wzrostu jasności nawet do 5000 razy większej niż obecna i promienia do ponad 1 au. Modele różnią się ocenami tempa i czasu utraty masy; większa utrata masy w fazie RGB prowadzi do mniejszych rozmiarów i jasności u szczytu AGB, przypuszczalnie sięgających tylko 200 R☉ i 2000 L☉, odpowiednio]. Przewiduje się, że na Słońcu zajdą cztery pulsy termiczne, zanim gwiazda całkowicie straci otoczkę i stworzy mgławicę planetarną. Pod koniec tej fazy, trwającej ok. 400 tys. lat, Słońce będzie miało już tylko około połowę obecnej masy

[madohora]

W dalszej perspektywie woda na Ziemi i większość jej atmosfery zostanie utracona w wyniku ucieczki w przestrzeń kosmiczną, spowodowaną przez zmiany towarzyszące ewolucji Słońca. Słońce, pozostając w ciągu głównym, staje się powoli coraz jaśniejsze (obecnie w tempie 10% na 1 mld lat). Temperatura powierzchni Słońca jest prawie stała. Zwiększenie jasności jest konsekwencją powolnego wzrostu promienia gwiazdy. W ciągu najbliższego miliarda lat jasność wzrośnie na tyle, że oceany Ziemi wyparują i woda uleci w przestrzeń, czyniąc planetę nieprzyjazną dla wszystkich form życia ziemskiego[131][137]. Prawdopodobnie planeta nie przetrwa przemiany Słońca w czerwonego olbrzyma. Maksymalny promień, jaki osiągnie Słońce, będzie większy niż obecny promień orbity Ziemi równy w przybliżeniu 1 au (1,5 ×1011 m), 250 razy większy niż obecnie. Gdy Słońce stanie się olbrzymem z gałęzi asymptotycznej, orbity planet oddalą się od niego ze względu na utratę około 30% masy, w większości w postaci zwiększonego wiatru słonecznego. Ponadto przyspieszenie pływowe przeniesie Ziemię na wyższą orbitę wokółsłoneczną (podobnie jak Ziemia wpływa na Księżyc). Te procesy zwiększają szansę przetrwania planety; jednak obecne badania wskazują, że Ziemia zostanie wciągnięta w głąb atmosfery Słońca na skutek oddziaływania z chromosferą olbrzyma oraz opóźnienia wywołanego przez siły pływowe

[madohora]

Światło słoneczne przed wejściem do atmosfery ziemskiej przenosi 1368 W na metr kwadratowy powierzchni, ustawionej prostopadle do promieni i składa się (w procentach całkowitej energii) z około 50% promieniowania podczerwonego, 40% światła widzialnego i 10% ultrafioletu

[madohora]

Energia słoneczna zapewnia utrzymanie temperatury powierzchni Ziemi, może być wykorzystana w różnych procesach naturalnych i technologicznych – fotosynteza roślin pochłania energię promieniowania słonecznego i przekształca ją w energię chemiczną (związki tlenu i zredukowanego węgla), podczas gdy bezpośrednie ogrzewanie lub zamiana na energię prądu elektrycznego przez ogniwa słoneczne są wykorzystywane w energetyce słonecznej do wytwarzania energii elektrycznej lub wykonywania użytecznej pracy; czasem wykorzystuje się do tego koncentrowanie energii słonecznej. Także energia zmagazynowana w ropie naftowej i innych paliwach kopalnych została w odległej przeszłości przekształcona przez proces fotosyntezy z energii promieni słonecznych

[madohora]

Apeks Słońca to punkt wyznaczający kierunek, w którym gwiazda ta porusza się obecnie, względem sąsiednich gwiazd, w swoim ruchu w Drodze Mlecznej. Słońce porusza się w przybliżeniu w kierunku gwiazdy Wega w gwiazdozbiorze Lutni (dokładniej apeks Słońca leży w sąsiednim, słabym gwiazdozbiorze Herkulesa), około 60 stopni od kierunku centrum Galaktyki

[madohora]

Widoczna powierzchnia Słońca (fotosfera) ma temperaturę ok. 6000 K. Ponad nią znajduje się atmosfera słoneczna, w której temperatura dochodzi do 1–2 mln K[84]. Wysoka temperatura korony wskazuje, że jest ona podgrzewana przez coś innego niż przewodzenie ciepła od fotosfery

[madohora]

Obecnie nie jest jasne, czy fale są skutecznym mechanizmem ogrzewania. Wszystkie fale z wyjątkiem fal Alfvéna rozpraszają się lub załamują przed osiągnięciem korony] i nie ma pewności, czy istnieje efektywny mechanizm, pozwalający na dyssypację energii fal Alfvéna w koronie. Z tego powodu badania koncentrują się na mechanizmach ogrzewania przez rozbłyski. Dzięki pomiarom wykonanym z użyciem rakiet sondażowych wykryto lokalne skoki temperatury korony do 10 mln kelwinów, zgodne z modelem grzania przez nanorozbłyski. Niemniej obserwacje sztucznych satelitów Hinode i IRIS, ukazały, że fale poprzeczne i skręceniowe rozchodzące się wzdłuż włókien protuberancji mogą wchodzić w rezonans, przez co fale skręceniowe są wzmacniane i na powierzchni włókien powstają turbulencje, a to zapewnia mechanizm zamiany energii fal w ciepło

[madohora]

Pomimo powszechnego przyjęcia w środowisku naukowym hydrostatycznego modelu Słońca oraz związanej z tym teorii jego ewolucji, niektórzy astronomowie uważają, że standardowy model Słońca nie potrafi wytłumaczyć pewnych obserwowanych zjawisk, w szczególności problemu neutrin słonecznych. Stworzono liczne alternatywne modele Słońca, od proponujących umiarkowane zmiany, jak modele zakładające mniejszą zawartość ciężkich metali przez Słońce, precypitację żelaza z gazu H i He, istnienie w Słońcu małego rdzenia, w którym wodór został wyczerpany, szybką rotację, silne pole magnetyczne], silne mieszanie plazmy czy turbulentną dyfuzję wewnątrz Słońca[, do wymagających radykalnych zmian w spojrzeniu na astronomię, jak idea Stephena Hawkinga istnienia czarnej dziury w centrum Słońca czy model elektryczny.

[madohora]

Starożytni Egipcjanie przedstawiali Ra (=Słońce) jako boga prowadzonego przez niebo w barce słonecznej, w towarzystwie pomniejszych bogów; u Greków bóg Helios, uosobienie Słońca, jechał przez niebo w rydwanie zaprzężonym w ogniste koni]. Cesarz Heliogabal, a później Aurelian wprowadzili kult Słońca w cesarstwie rzymskim; od Aureliana urodziny Słońca było obchodzone jako święto Sol Invictus (dosłownie „Słońce niezwyciężone”) wkrótce po przesileniu zimowym, co wpłynęło na ustalenie daty, w której chrześcijanie obchodzą Boże Narodzenie[186] (Cesarz wyznaczył inną chrześcijańską datę dla wyeliminowania pogańskiego święta Sol Invictus). Te rzymskie kulty wywodziły się ze starszych kultów pochodzących z Bliskiego Wschodu, w tym szeroko rozpowszechnionego mitraizmu[185]. Słońce każdego roku przemieszcza się na tle gwiazd stałych wzdłuż ekliptyki, przez znaki zodiaku; z tego powodu greccy astronomowie uznali, że jest to jedna z siedmiu planet (greckie πλανήτες, planetes, oznacza „wędrowiec”), od których pochodzą nazwy siedmiu dni tygodnia w niektórych językach

[madohora]

Jedną z pierwszych osób, które próbowały zrozumieć Słońce na płaszczyźnie filozoficznej lub naukowej, był grecki filozof Anaksagoras, który uznał je za olbrzymią płonącą kulę z metalu, większą nawet niż Peloponez; stwierdził też, że Księżyc odbija światło Słońca. Jako że było to w oczywisty sposób sprzeczne z religijnym opisem Słońca jako rydwanu boga Heliosa, został on jakoby uwięziony za głoszenie herezji i skazany na wygnanie z Aten[193] lub na karę śmierci, choć później uwolniono go dzięki interwencji Peryklesa. Eratostenes oszacował odległość między Ziemią a Słońcem w III wieku p.n.e. jako „stadionów miriad 400 i 80000”, co jest niejednoznaczne, bo można to przetłumaczyć jako 4 080 000 stadionów (~755 000 km) lub 804 000 000 stadionów (148–153 mln kilometrów, czyli 0,99–1,02 au); ta druga wartość jest zgodna z rzeczywistą z dokładnością do kilku procent. W I wieku naszej ery Klaudiusz Ptolemeusz oszacował odległość Ziemia–Słońce na 1210 razy promień Ziemi, czyli około 7 710 000 km (0,0515 au)

[madohora]

Pierwszymi satelitami przeznaczonymi do obserwacji Słońca były amerykańskie sondy Programu Pioneer: Pioneer 5, 6, 7, 8 i 9, które zostały wprowadzone między 1960 a 1968 r. na orbity heliocentryczne. Sondy krążyły wokół Słońca w odległości podobnej do Ziemi, wykonując pierwsze szczegółowe pomiary wiatru słonecznego i pola magnetycznego. Pioneer 6 działał szczególnie długo; w 2000 roku udało się nawiązać z nim kontakt po 35 latach spędzonych na orbicie

[madohora]

Jedną z najważniejszych misji słonecznych do tej pory była Solar and Heliospheric Observatory (SOHO), rozpoczęta 2 grudnia 1995[85]. Pierwotnie planowana na dwa lata, została przedłużona do 2012, a następnie do 2016. Sonda zbudowana wspólnie przez Europejską Agencję Kosmiczną (ESA) i NASA została umieszczona w punkcie Lagrange’a L1 pomiędzy Ziemią a Słońcem, w stałej odległości od Ziemi synchronicznie z nią obiega Słońce. Sonda SOHO zapewniła stałe monitorowanie Słońca w wielu długościach fal[85]. Poza bezpośrednią obserwacją Słońca umożliwiła odkrycie ponad 2700 komet, głównie małych komet muskających Słońce, które ulegają zniszczeniu, przechodząc w pobliżu Słońca. Obserwatorium SOHO okazało się tak użyteczne, że w lutym 2010 wysłano sondę Solar Dynamics Observatory (SDO) w celu kontynuowania jego misji

[madohora]

Zawartość pierwiastków w fotosferze jest dobrze znana dzięki badaniom spektroskopowym, ale skład wnętrza Słońca jest znany znacznie gorzej. Misja Genesis została zaprojektowana, aby dostarczyć na Ziemię próbki wiatru słonecznego i umożliwić astronomom bezpośrednie zbadanie materiału słonecznego. Genesis powróciła na Ziemię w 2004, ale spadochron sondy nie otworzył się podczas przelotu przez atmosferę i lądownik rozbił się. Mimo poważnych uszkodzeń z rozbitej kapsuły odzyskano część próbek i są one analizowane

[madohora]

Amerykańska sonda Parker Solar Probe, która została wystrzelona w sierpniu 2018, ma prowadzić obserwacje wewnątrz korony słonecznej, by wyjaśnić mechanizmy ogrzewania korony oraz przyspieszania wiatru słonecznego. Zbliży się ona do Słońca na minimalną odległość 2,3 miliona kilometró]. W 2020 roku ESA przy współpracy z NASA planuje wysłanie sondy Solar Orbiter, której zadaniem będzie badanie, w jaki sposób Słońce tworzy i kontroluje zachowanie heliosfery. Solar Orbiter zbliży się do gwiazdy na odległość 0,28 au (42 mln kilometrów), bliżej niż peryhelium Merkurego. Badania obu misji mają być koordynowane i uzupełniać się

[madohora]

Oglądanie Słońca przez przyrządy optyczne koncentrujące światło, takie jak lornetka bez odpowiedniego filtra, który blokuje promieniowanie UV i znacznie przyciemnia światło słoneczne, może spowodować trwałe uszkodzenie siatkówk. Do obserwacji należy używać specjalnie przeznaczonych do tego filtrów. Niektóre improwizowane filtry, które przepuszczają ultrafiolet lub podczerwień, mogą uszkodzić oko przy wysokim poziomie natężenia. Kliny Herschela są tanie i skuteczne dla małych teleskopów. Światło słoneczne, które ma trafić do okularu, jest odbijane od nieposrebrzonej powierzchni kawałka szkła. Tylko bardzo mała część światła padającego zostaje odbita; reszta przechodzi przez szkło i opuszcza urządzenie. Jeśli dojdzie do pęknięcia szkła ze względu na nagrzanie, światło w ogóle nie zostanie odbite, przez co przyrząd jest bezpieczny także w przypadku uszkodzenia. Proste filtry wykonane z ciemnego szkła w przypadku pęknięcia przepuszczają pełne natężenie światła słonecznego, zagrażające wzrokowi obserwatora. Lornetka bez filtrów może dostarczyć setki razy więcej energii niż przy obserwacji gołym okiem, co może spowodować natychmiastowe uszkodzenie. Twierdzi się, że nawet krótkie spojrzenia na Słońce w południe przez teleskop bez filtra może spowodować trwałe uszkodzenie wzroku

[madohora]

Podczas wschodu i zachodu Słońca światło słoneczne jest osłabione przez rozpraszanie światła (rozpraszanie Rayleigha i rozpraszanie Mie) ze względu na długą drogę przez atmosferę ziemską, a światło jest czasem na tyle słabe, aby można było obserwować tarczę Słońca komfortowo gołym okiem lub bezpiecznie z użyciem przyrządów optycznych (pod warunkiem, że nie ma ryzyka nagłego pojaśnienia np. przez przerwy między chmurami). Mgła, pył w atmosferze i wysoka wilgotność przyczyniają się do osłabienia światła

[madohora]

Ultrafiolet pochodzący ze Słońca ma właściwości antyseptyczne. Pod wpływem tego promieniowania w skórze ludzkiej wytwarzana jest witamina D3 (cholekalcyferol)[247], ale powoduje ono także oparzenia słoneczne i raka skóry. Promieniowanie ultrafioletowe jest silnie tłumione przez ziemską warstwę ozonową, tak że ilość promieniowania UV zmienia się znacznie z szerokością geograficzną, co było częściowo odpowiedzialne za wiele adaptacji biologicznych człowieka, w tym różny kolor ludzkiej skóry w różnych częściach świata

[madohora]

Burza – zjawisko meteorologiczne związane z intensywnym rozwojem chmur o strukturze pionowej Cumulonimbus. Charakterystyczny dla burz jest intensywny opad deszczu, śniegu lub gradu, którym towarzyszą wyładowania elektryczne w atmosferze – najczęściej pioruny, dające charakterystyczne efekty świetlne (błyskawice) i dźwiękowe (grzmoty).

[madohora]

Inaczej przebiega ten proces, gdy wznoszące się powietrze zawiera dużo pary wodnej. W miarę ochładzania się powietrza zawarta w nim para skrapla się. Przy kondensacji wydziela się dużo ciepła. Uwalniające się ciepło powoduje, że powietrze wilgotne stygnie wolniej i jest stale cieplejsze, a więc lżejsze od otoczenia. To jest właśnie mechanizm, który powoduje, że w obszarze burzy powietrze bardzo gwałtownie wznosi się i osiąga wysokość powyżej 16 km. Na tej wysokości temperatura jest bardzo niska (około −60 °C). Dość chłodne powietrze, gdy tylko dotrze do powierzchni Ziemi, zaczyna rozprzestrzeniać się na boki, dlatego zwykle przed burzą wieje chłodny wiatr. Wkrótce potem niebo przeszywa błysk (który może mieć ponad kilkadziesiąt kilometrów długości), rozlega się grzmot i spada ulewny deszcz. W pojedynczej komórce burzowej po 20–30 minutach zaczyna dominować prąd zstępujący i chmura wyparowuje.