Zon

Figuur 1. Een afbeelding van de zon.

De zon is de ster in het centrum van ons zonnestelsel. Hij bestaat voor het grootste deel uit waterstof – ongeveer driekwart van zijn totale massa – en helium – ongeveer een kwart van zijn totale massa. De rest van de massa bestaat uit andere elementen, die in veel kleinere hoeveelheden voorkomen, samen iets minder dan twee procent van de massa van de zon. Deze elementen zijn koolstof, stikstof, zuurstof, neon, magnesium, silicium, zwavel en ijzer. Meer dan 50 andere elementen worden in spoorhoeveelheden gevonden. De temperatuur van het oppervlak van de zon bedraagt 5778 K (5505°C).

Energie van de zon

De energie van de zon is van vitaal belang voor het leven op aarde. Niet alleen maakt zij het leven mogelijk, maar zij is ook de bron van de meeste energie die de mens gebruikt. Biomassa, fossiele brandstoffen en sommige hernieuwbare energiebronnen, zoals wind- en zonne-energie, zijn afkomstig van de zon. Fossiele brandstoffen zijn eenvoudigweg zonne-energie die in een secundaire vorm is opgeslagen. De oorspronkelijke energie van de zon wordt opgevangen door fotosynthese en opgeslagen in chemische bindingen wanneer planten groeien. Deze energie wordt vervolgens miljoenen jaren later vrijgegeven nadat deze planten zijn getransformeerd in fossiele brandstoffen. Alle fossiele brandstoffen zijn uiteindelijk energie uit zonlicht. De zonne-energie die de aarde bereikt is aanzienlijk, zelfs nadat zij door honderden kilometers aardatmosfeer is gegaan. De zonnestraling die de aarde bereikt, heeft een aanzienlijke hoeveelheid energie. Bij volle intensiteit bedraagt de zonne-energie tot de aarde aan het oppervlak van de bovenste atmosfeer ongeveer 1367 W/m2. Rekening houdend met het feit dat slechts de helft van de aarde op de zon gericht is, en met de verschillende hoeveelheden zonlicht die de verschillende breedtegraden bereiken en de hoeveelheid atmosfeer waar het zonlicht doorheen moet, bedraagt het gemiddelde vermogen ongeveer 340 W/m2.

Naast het leveren van energie, warmt de energie van de zon de aarde op tot een punt dat deze bewoonbaar is (de structuur van de atmosfeer helpt ook om ervoor te zorgen dat de energiebegroting van de aarde een constante, leefbare temperatuur behoudt). De zon zorgt ook voor weerpatronen, oceaanstromingen en luchtstromingen.

Lagen van de zon

Satellieten zijn gelanceerd om de zon voortdurend te bestuderen. Deze satellieten observeren de zon op verschillende golflengten, waardoor een beeld ontstaat dat de inwendige werking van de zon beschrijft. Aangenomen wordt dat de zon uit 6 verschillende gebieden bestaat:

• Kern: De binnenste 1/5e van de straal van de zon staat bekend als de kern. In de kern vindt de kernfusie plaats, en hier komt dus de energie van de zon vandaan. De kern heeft een hoge concentratie waterstofatomen die door de zwaartekracht naar het centrum van de zon worden geduwd. Wanneer een groot aantal waterstofatomen in een klein gebied wordt geperst, worden ze heet – een temperatuur van ongeveer 13,6 miljoen graden in de kern. Wanneer de waterstof tot deze temperatuur wordt verhit, bewegen ze steeds sneller en botsen ze steeds vaker tegen elkaar. Wanneer snel bewegende waterstofatomen met elkaar in botsing komen, zullen zij soms een kernfusiereactie in gang zetten door het gebruik van quantum tunneling.
• Radiatieve Zone: Deze laag is de zone die de kern omgeeft. De energie die door het kernfusieproces in de kern wordt opgewekt, komt in de vorm van hoogenergetische fotonen. Deze fotonen verplaatsen zich via een stralingsproces naar buiten. Deze fotonen bewegen snel – met de snelheid van het licht – maar hun veelvuldige botsing met andere deeltjes leidt tot een zeer langzame beweging uit de stralingszone, omdat zij geen rechte weg naar buiten nemen.
• Convectiezone: Deze zone vormt de buitenste schil van de zon. In deze zone wordt energie zeer snel overgedragen door convectie. Het hetere gas uit de stralingszone zet uit en stijgt op door de convectiezone. Dit is mogelijk omdat de convectieve zone koeler is dan de stralingszone, en daardoor minder dicht. Terwijl het gas opstijgt, koelt het ook af en zakt het weer naar beneden. Naarmate het dichter bij de stralingszone komt, warmt het weer op en stijgt. Dit proces herhaalt zich, waardoor convectiestromen ontstaan.
• Fotosfeer: Dit gedeelte van de Zon is een dunne laag, en het is de laag waar het licht wordt uitgezonden. De fotosfeer is dus de laag van de zon die wij vanaf de aarde zien.
• Chromosfeer: Dit is een roodachtig-oranje gaslaag. Over het algemeen kan zij niet met het blote oog worden gezien, omdat het licht van de fotosfeer haar overstemt. Tijdens een zonsverduistering kan hij echter wel worden gezien. Hij is ook te zien in protuberansen.
• Corona: Dit is een vage laag plasma rond het oppervlak van de zon. Het is alleen met het blote oog te zien tijdens een zonsverduistering. De temperatuur in de corona kan oplopen tot twee miljoen graden.

Figuur 2. Dit is een driedimensionaal model van de zon dat door de NASA is geleverd. Sleep het beeld rond om de zon vanuit verschillende hoeken te bekijken.

Voor verder lezen

Voor meer informatie over de energie die van de zon komt, zie:

• Nucleaire fusie in de zon
• Zonnestraling
• Insolatie

Voor meer informatie over hoe deze energie belangrijk is op aarde, zie:

• Solar energy to the Earth
• Temperature of the Earth
• Solar power