Inapoi

                                          06.Sistemul Solar-Soarele

Soarele este steaua aflata în centrul sistemului nostru solar . Pamântul si toata materia (inclusiv celelalte planete , asteroizi, meteoriti, comete si praf) orbiteaza în jurul Soarelui, care singur constitue mai mult de 99% din masa sistemului solar. Energia provenita de la Soare (sub forma luminii), întretine aproape întreaga viata de pe Pamânt, prin fotosinteza, iar prin intermediul caldurii, clima si vremea pe Pamânt.În cadrul discutiilor dintre cercetatori, Soarele este referit uneori si cu numele sau latin Sol, sau grecesc Helios. Simbolul sau astrologic este un cerc cu un punct în centru         . Unele popoare din antichitate îl considerau ca fiind o planeta.
Istoricul si destinul Soarelui

Vârsta Soarelui este de aproximativ 4,6 miliarde de ani, si este pe la jumatatea ciclului principal al evolutiei, în care miezul transforma hidrogenul în heliu prin fuziune nucleara. În fiecare secunda, peste patru milioane de tone de materie sunt convertite în energie în nucleul soarelui, generând neutrino si radiatie solara.În aproximativ 5 miliarde de ani, Soarele va evolua într-o giganta rosie si apoi într-o pitica alba, în cursul acestui proces dând nastere la o nebuloasa planetara. În cele din urma îsi va epuiza hidrogenul atunci va trece prin schimbari radicale ,obisnuite cu standardele stelare care vor conduce la distrugerea totala a pamântului. Activitatea magnetica a Soarelui genereaza o serie de efecte cunoscute sub numele generic de activitate solara, incluzând petele pe suprafata acestuia, eruptiile solare si variatii ale vântului solar, care disperseaza materie din componenta Soarelui în tot sistemul solar si dincolo de el. Efectele activitatii solare asupra Pamântului includ formarea aurorei, la latitudini medii spre mari, afectarea comunicatiilor radio si a retelelor de energie electrica. Se considera ca activitatea solara a jucat un rol foarte important în evolutia sistemului solar si ca influenteaza puternic structura atmosferei exterioare a Pamântului.Desi este cea mai apropiata stea de Pamânt si a fost intens studiata, multe întrebari legate de Soare nu si-au gasit înca raspuns; ca de exemplu de ce atmosfera exterioara are o temperatura de peste un milion de grade Kelvin în timp ce suprafata vizibila (fotosfera) are o temperatura de doar 6.000°K.Investigatiile curente legate de activitatea Soarelui includ cercetari asupra ciclului regulat al petelor solare, originea si natura fizica a protuberantelor solare, interactiunea magnetica dintre cromosfera si coroana si originea vântului solar.




Informatii generale

Hidrogenul reprezinta aproximativ 74% din masa Soarelui, Heliul 25% iar restul este constituit din cantitati infime de elemente mai grele. Datorita acestei compozitii, pe Soare nu exista o crusta solida si nici materie în stare lichida, toata materia solara fiind în întregime în stare gazoasa.
Soarele face parte din clasa spectrala G2V. "G2" înseamna ca temperatura la suprafata este de aproximativ 5,500 K, (de aici rezultând culoarea sa galbena), cât si faptul ca spectrul sau contine linii de metale ionizate si neutre precum si foarte slabe linii de hidrogen. Sufixul "V" indica apartenenta Soarelui la grupul majoritar al stelelor aflate în faza principala. Aceasta înseamna ca îsi genereaza energia prin fuziunea nucleara a nucleilor de Hidrogen în Heliu si ca se afla în echilibru hidrostatic, adica nici nu se contracta nici nu se dilata. În galaxia noatra sunt mai mult de 100 de milioane de stele din clasa G2. Datorita distributiei logaritmice a marimii Soarele este de fapt mai stralucitor decât 85% din stelele galaxiei, majoritatea acestora fiind pitice rosii.[2]Soarele se va afla în total aproximativ 10 miliarde de ani în faza principala. Vârsta actuala, determinata folosind modele computerizate ale evolutiei stelelor si nucleocosmocronologia, se considera a fi de aproximativ 4.57 miliarde de ani [3]. Soarele orbiteaza în jurul centrului galaxiei Calea Lactee la o distanta de 25-28 de mii de ani lumina de acesta realizând o revolutie completa în cca. 225-250 de milioane de ani. Viteza orbitala este de 220 km/s, adica un an-lumina la fiecare 1.400 de ani, sau o UA la fiecare 8 zile.[4]Soarele este o stea din a treia generatie, a carei formare este posibil sa fi fost declansata de undele de soc ale unei supernove aflate în vecinatate. Acest fapt este sugerat de prezenta în abundenta a metalelor grele cum ar fi aurul si uraniul în sistemul nostru solar; cea mai pluzibila explicatie a provenientei acestora fiind reactiile nucleare dintr-o supernova sau transmutatiile prin absobtia de neutroni din interiorul unei masive stele de generatia a doua.Masa Soarelui este insuficienta pentru a genera explozia într-o supernova, în schimb, în 4-5 miliarde de ani va intra în faza de giganta rosie, straturile exterioare urmând sa se extinda în timp ce hidrogenul din centru va fi consumat, iar miezul se va contracta si încalzi. Fuziunea heliului va începe când temperatura în centru va ajunge la 3×108 K. Desi probabil expansiunea straturilor exterioare ale Soarelui va atinge actuala pozitie a Pamântului, cercetari recente sugereaza ca în faza premergatoare, datorita pierderii de masa, orbita Pamîntului va fi împinsa mai departe prevenind astfel înghitirea Pamântului (atmosfera va fi totusi fiarta si împrastiata).Faza de giganta rosie va fi urmata de împrastierea straturilor exterioare ale Soarelui datorata intenselor pulsatii termice, dând nastere unei nebuloase planetare. Soarele se va transforma apoi într-o pitica alba, racindu-se în timp. Aceasta succesiune a fazelor este tipica evolutiei stelelor de masa mica spre medie.Lumina Soarelui este principala sursa de energie pe suprafata Pamântului. Constanta solara este cantitatea de energie pe care Soarele o depoziteaza pe unitatea de suprafata care este direct expusa la lumina solara. Constanta solara este aproximativ 1.370 watti pe metru patrat la distanta de o unitate astronomica (UA) de Soare. Lumina ce ajunge pe suprafata Pamântului este atenuata de atmosfera terestra, de fapt pe suprafata Pamântului ajunge o cantite mai mica de enegie, undeva în jurul valorii de 1.000 watti/m2 în conditiile unei expuneri directe, când Soarele se afla la zenit. Aceasta energie poate fi utilizata printr-o multitudine de procedee naturale sau artificiale; fotosinteza realizata de plante captureaza energia solara si o converteste chimic (oxigen si compusi redusi ai carbonului), prin încalzire directa sau conversie realizata ce celule electice pentru a genera electricitate sau alte sarcini utile. Energia stocata în petrol si alti combustibili fosili a fost la început convertita din energie solara, prin fotosinteza, în trecutul îndepartat.Lumina soarelui prezinta câteva proprietati biologice interesante. Lumina ultravioleta de la soare are proprietati antiseptice si poate fi utilizata pentru a steriliza diverse obiecte. De asemenea, poate cauza arsuri solare, având de asemenea si alte efecte medicale, cum ar fi productia de vitamina D. Lumina ultravioleta este puternic atenuata de atmosfera Pamântului, astfel încât cantitatea de lumina UV variaza mult cu latitudinea datorita drumului mai lung al luminii solare prin atmosfera la latitudini mari. Aceasta variatie este responsabila pentru multe adaptari de natura biologica, cum ar fi variatiile de culoare a pielii omului în diferite regiuni ale globului.Observata de pe Pamânt, traiectoria Soarelui pe bolta cereasca variaza pe parcursul anului. Forma descrisa de pozitia Soarelui pe cer luata în fiecare zi la exact aceeasi ora pe parcursul unui an se numeste analemma si seamana cu o figura în forma de 8, aliniata pe o axa de la nord la sud. În afara de cea mai evidenta variatie a pozitiei aparente a Soarelui pe bolta cereasca între nord si sud cu o amplitudine unghiulara de 47 de grade (datorita înclinatiei axei terestre de 23,5 grade fata de ecliptica), exista de asemenea si componenta pe axa est-vest a acestei variatii de pozitie. Variatia pe axa nord-sud ramâne însa sursa principala a anotimpurilor pe Pamânt.Datorita faptului ca se afla atât de aproape, aceasta este steaua cea mai bine cunoscuta. Astronomii disting chiar detaliile de la suprafata sa (cele mai mici au o întindere de 150 km). În comparatie cu Pamântul, Soarele este gigantic. Volumul sau ar putea cuprinde 1 300 000 de planete ca a noastra, iar de-a lungul diametrului sau s-ar putea alinia 109. Soarele este o imensa sfera de gaz foarte cald, a carui masa o depaseste de 300 000 de ori pe cea a Pamântului. La suprafata, ponderabilitatea este de aproximativ 28 de ori mai puternica decât cea de pe Pamânt. Totusi, Soarele nu este decât o stea foarte obisnuita. Pentru astronomi, este o adevarata sansa sa poata studia o stea atât de banala: tot ceea ce afla prin studierea Soarelui îi ajuta sa înteleaga mai bine celelalte Stele.










Fotosfera

Lumina orbitoare a Soarelui provine de la un învelis de grosime mai mica de 300 km, fotosfera. Aceasta este cea care da impresia ca Soarele are o margine bine delimitata. Temperatura sa este de aprox. 6000 grade Kelvin. Vazuta prin telescop, ea se prezinta ca o retea de celule mici, stralucitoare, sau granule, aflate într-o permanenta agitatie. Fiecare granula este o bula de gaz de marimea unei tari ca Franta. Ea apare, se transforma si dispare în aproximativ 10 minute. Pe alocuri, suprafata Soarelui prezinta niste pete întunecate, numite pete solare, care au fost foarte studiate dupa inventarea lunetei si a telescopului. Urmarindu-le zi de zi, observam ca ele nu ramân în acelasi loc. Aceasta deplasare dovedeste ca Soarele se învârteste în jurul propriei sale axe. În timpul unei eclipse totale, când discul orbitor al Soarelui dispare în spatele Lunii, remarcam în jur o bordura subtire, de un rosu aprins, cromosfera, iar dincolo de aceasta, un halo argintat, mai mult sau mai putin neregulat, coroana.

Cromosfera si coroana

Cromosfera si coroana sunt învelisurile exterioare ale Soarelui. Ele formeaza atmosfera solara. În mod obisnuit, nu le vedem pentru ca sunt mult mai putin luminoase decât fotosfera. Cromosfera se ridica pâna la 5 000 km de suprafata Soarelui. Ea este acoperita de mici jeturi de gaz foarte cald, spiculii. Temperatura sa creste o data cu altitudinea: în vârf, ea atinge 20 000 °C. Coroana, care îmbraca atmosfera, se dilueaza treptat în spatiu si nu are o limita exterioara bine definita. Ea este foarte rarefiata, dar extrem de calda: temperatura sa depaseste 1 milion de grade. Cu ajutorul instrumentelor speciale, din timp in timp se observa ca anumite regiuni ale cromosferei devin deodata foarte stralucitoare: acestea sunt eruptiile solare. În urma acestora, jeturi imense de gaz, protuberantele au aspectul unor filamente întunecate. În permanenta, un flux de particule foarte rapide paraseste Soarele prin coroana. Acestea sunt vânturile solare. Desigur, interiorul Soarelui nu poate fi vazut, dar studierea suprafetei si a straturilor sale exterioare ofera astronomilor informatii despre structura sa interna. Ea contine toate elementele simple identificate pe Pamânt, dar 98% din masa sa este formata din hidrogen si heliu (73% hidrogen si 25% heliu).

Miezul

Spre centrul Soarelui este din ce în ce mai cald, iar materia este din ce în ce mai comprimata. Chiar în centru, temperatura ajunge la 15 milioane de grade, iar presiunea este de 100 de milioane de ori mai mare decat cea din centrul Pamântului. În acest cuptor, atomii de hidrogen se aglomereaza câte patru si se transforma în atomi de heliu. În urma acestei reactii, se degaja caldura si lumina. Acest lucru permite Soarelui sa straluceasca. În fiecare secunda, 564 de milioane de tone de hidrogen se transforma în aproape 560 de milioane de tone de heliu în centrul Soarelui, diferenta de masa (mai mult de 4 milioane de tone pe secunda) se transforma în energie radiativa (în jur de 383 yotaWatti, adica 3,83 x 10 la puterea 26 Watti). Zona unde se produc aceste reactii nucleare nu reprezinta decât un sfert din raza Soarelui, dar ea cuprinde jumatate din masa acestuia. Lumina emisa în aceasta zona centrala a Soarelui nu ajunge la suprafata decât dupa doua milioane de ani! Petele solare au un aspect întunecat pentru ca ele sunt mai putin calde decât regiunile din jur. Ele sunt adeseori asociate în perechi, care se comporta ca polii unui enorm magnet. Pot ramâne vizibile timp de mai multe saptamâni. Numarul petelor care pot fi observate pe Soare variaza dupa un ciclu de aproximativ 11 ani

Activitatea Solara

În timpul unei eruptii solare o cantitate enorma de energie care se afla în cromosfera si coroana este eliberata dintr-o data. Materia este proiectata în coroana si particule de atomi accelerate pâna la viteze foarte mari sunt expulzate în spatiul interplanetar. Aceste fenomene sunt însotite de o emisie de raze X, de unde radio si, în cazul eruptiilor mai puternice, de lumina vizibila. Când ajung în apropierea Pamântului si cad în atmosfera, în special deasupra regiunilor polare, particulele creeaza aurorele polare. De asemenea, ele perturba propagarea undelor radio în jurul globului. Uneori ele produc chiar defectarea retelelor de distribuire a electricitatii.Cu timpul, pe masura ce instrumentele astronomice s-au perfectionat, oamenii au putut observa perturbatiile Soarelui: petele solare ale fotosferei; eruptiile solare, protuberantele si filamentele cromosferei; jeturile de gaz ale coroanei. Astazi se stie ca aceste fenomene sunt în strânsa legatura. Ele constituie activitatea solara. Frecventa si intensitatea lor variaza într-o perioada de aprox. 11 ani. În timpul acestei perioade numarul petelor solare înregistreaza un minimum si un maximum. Urmatorul numar maxim este prevazut în jurul anului 2000. Activitatea solara a ramas suficient de învaluita în mister, dar se stie ca aceasta este legata de magnetism si de rotatia Soarelui.Când Soarele devine mai activ, suprafata sa se acopera de pete si se observa mai multe eruptii solare. Acestea elibereaza în spatiu manunchiuri enorme de raze invizibile: raze X, raze ultraviolete, unde radio. Ele sunt însotite si de producerea unui flux intens de particule atomice, încarcate electric: vântul solar. Cele care au mai multa energie ajung pâna la Pamânt în câteva ore si se strâng în jurul planetei noastre. Cazând în atmosfera, ele produc raze frumos colorate, aurorele polare. În emisfera nordica acestea sunt aurorele boreale; în emisfera sudica sunt aurorele australe. Ele au aspectul unor perdele mari, rosiatice sau verzui, care unduiesc pe cer. Se pare ca variatiile activitatii solare influenteaza clima de pe Pamânt. Astfel, din 1645 pâna în 1715, nu s-a observat nici o pata pe Soare si aceasta perioada a coincis cu anii cei mai frigurosi ai "micii ere glaciare", o perioada în timpul careia temperaturile au fost anormal de scazute în Europa. Din contra, de la începutul secolului al XX-lea, Soarele este mai activ si temperatura medie a Pamântului a crescut usor. Au fost descoperite multe legaturi asemanatoare între activitatea solara si perioadele de frig sau de canicula de pe Pamânt. Dar nu se cunoaste înca exact modul în care aceste variatii ale activitatii solare actioneaza asupra climatului.

Observatii

Pe tot cuprinsul Pamântului exista observatoare pentru studierea Soarelui: în Statele Unite ale Americii (Kitt Peak, Sacramento Peak, Big Bear), în Spania (Canare), în Franta (Meudon), în Cehia (Ondrejov), în Ucraina (Crimeea), în Japonia (Mitaka, Norikura, Toyokawa), în Australia (Culgoora) etc. Ele sunt echipate cu instrumente concepute pentru observarea si analizarea luminii Soarelui. Telescoapele destinate studierii Soarelui au o distanta focala foarte mare, putând atinge chiar 100 de metri, pentru a furniza imagini ale Soarelui cu un diametru de zeci de centimetri. Ele sunt instalate în interiorul unor turnuri solare care permit captarea luminii Soarelui la zeci de metri deasupra solului. De fapt, în apropierea solului, caldura provoaca o agitatie dezordonata a aerului care bruiaza imaginile. Un sistem de oglinzi permite urmarirea Soarelui pe cer si transmiterea în permanenta a luminii acestuia prin telescop.Cu ajutorul spectroheliografului se obtin imagini ale Soarelui într-o singura culoare. Adeseori, lumina aleasa este cea a unei radiatii rosii de hidrogen. Coronograful este o luneta speciala care permite acoperirea discului orbitor al Soarelui. Astfel se poate urmari coroana în timpul eclipselor totale de Soare. Pentru a profita de avantajele acestui instrument el trebuie instalat pe un munte, acolo unde atmosfera este foarte curata. Anumite radiotelescoape si radioheliografe sunt folosite la înregistrarea undelor radio emise de Soare. Celelalte raze invizibile ale Soarelui (raze ultraviolete, raze X etc.) sunt studiate cu ajutorul unor instrumente instalate la bordul unor vehicule spatiale.