Hva vet du om vår viktigste lyskilde?

Solas struktur

Sola består av gasser, for det meste hydrogen og helium. Den varme, kompakte kjernen i sola – der energien produseres – har en radius på ca. 175 000 km. Utenfor kjernen ligger et lag der energien fraktes ved at lyspartikler strømmer utover. Vi kaller dette området for strålingssonen. Utenfor strålingssonen finner vi konveksjonslaget, et lag der bobler av gass stiger opp mot overflaten. Den synlige overflaten, som kalles fotosfæren, er bare 400 km tykk. Over fotosfæren ligger kromosfæren, som består av en tynn gass og strekker seg et par tusen kilometer ut fra fotosfæren. Over kromosfæren ligger koronaen, den ytterste delen av solatmosfæren.

Solas kjerne, strålingssone og konveksjonslag. Foto: NASA/CXC/M. Weiss

Solas kjerne

Forholdene i solkjernen er ekstreme, og området er som et slags atomkraftverk. Temperaturen er over 15 millioner °C, og det enorme trykket presser alle atomene tett sammen slik at de hele tiden kolliderer med stor hastighet. Enkelte ganger smelter hydrogenkjerner sammen og danner en heliumkjerne. I denne prosessen frigjøres noe av massen i form av små lyspartikler som vi kaller gammastråler. Det er denne energien som holder sola strålende. Prosessen lager også partikler som kalles nøytrinoer. Hvert sekund blir ca. 700 millioner tonn hydrogen omgjort til helium, og litt over 4 millioner tonn masse blir omformet til energirik stråling i form av gammastråling (lyspartikler) og nøytrinoer. Blir ikke hydrogenet brukt opp? Jo, men heldigvis har sola nok hydrogen til at den vil skinne i fem milliarder år til.

Lysets vei ut av sola

På vei ut mot overflaten kolliderer disse lyspartiklene hele tiden med atomer og endrer retning som en kule i et flipperspill. På denne måten virrevandrer de inni solas strålingssone som strekker seg ca. 2/3 ut mot overflaten. Det kan ta over 200 000 år før lyspartiklene trenger seg ut av strålingssonen. Utenfor strålingssonen blir energien fraktet opp mot overflaten ved hjelp av strømmer av varm gass. Her bobler gassen opp som varm suppe i en kokende kjele. Energien (og lyset) bruker altså mer enn 200 000 år på å nå solas overflate. Først da kan lyset strømme fritt ut i verdensrommet. 8 minutter og 20 sekunder senere når lyset jorda slik at vi føler varmen på kroppen. Litt rart å tenke på at dette er veldig «gammelt» lys – som opprinnelig startet for flere hundre tusen år siden – da neandertalere vandret rundt på jorda.

Solas overflate – fotosfæren

Mesteparten av energien fra sola stråler ut fra overflaten som vi kaller fotosfæren. Dette er den delen av sola vi faktisk kan se fra jorda med det blotte øyet. Fotosfæren er ikke noen fast overflate, men et gasslag, og den er egentlig en del av solas atmosfære. Vi kaller likevel dette laget for overflaten. Fotosfæren har en tykkelse på 400 km og holder en temperatur på omtrent 5500 °C. Den er dekket av et cellemønster som kalles granulasjon, og viser hvordan varm gass bobler opp fra solas indre, avkjøles og synker ned igjen i de mørke smale områdene. Dette er den samme effekten vi ser i en gryte med svakt kokende suppe.

Solflekker

De tydeligste fenomenene på solas overflate er solflekker. Solflekker ser ut som små, mørke «blemmer» på soloverflaten. Solflekker dannes når kraftige magnetfelter trenger opp gjennom overflaten og hindrer noe av energien i å strømme ut, slik at området avkjøles. Da stråler de mindre energi og ser derfor mørkere ut. Men en solflekk er ikke så mørk som den ser ut til. Temperaturen i en flekk er ca. 1500 °C lavere enn temperaturen i fotosfæren rundt flekkene. Det er forskjellen i kontrast som gjør at flekken virker mørkere. Hvis vi kunne plassere en solflekk på nattehimmelen, ville den lyse kraftigere enn månen.

Nærbilde av en solflekk som er observert med satellitten TRACE. Det er fint plass til en jordklode inni flekken. Foto: TRACE/Lockheed

Solas atmosfære – kromosfæren

Over fotosfæren ligger solas nedre atmosfærelag som kalles kromosfæren. Det er et rosafarget gasslag som bare kan sees under en total solformørkelse eller ved hjelp av spesielle teleskoper ute i verdensrommet. Kromosfære betyr «fargekule». Kromosfæren strekker seg ca. 3000 km ut fra fotosfæren. I den nedre delen av kromosfæren fortsetter temperaturen å synke utover ned til ca. 4500 °C. Men så skjer det noe merkelig – temperaturen begynner plutselig å stige igjen lenger ut, og i øverste del av kromosfæren er temperaturen hele 30 000 °C. Kromosfæren sender stort sett ut ultrafiolett stråling og kan derfor ikke studeres i detalj fra bakken. Like utenfor kromosfæren stiger temperaturen voldsomt idet vi kommer over i solas ytre atmosfære – koronaen.

Temperaturen synker fra 15 millioner grader ut mot overflaten der temperaturen er «bare» 5500 grader. Så øker temperaturen igjen ut i koronaen. Foto: «Den stormfulle sola»/T. Abrahamsen/ARS

Solas ytre atmosfære – koronaen

Koronaen er det ytterste laget av solatmosfæren og består for det meste av hydrogengass. Temperaturen er mellom én og to millioner °C. Tettheten er svært lav, mindre enn en milliondel av luftas tetthet ved jordas overflate. Koronaen lyser så svakt at vi ikke kan se den til daglig på grunn av det kraftige lyset fra foto-sfæren. Bare under solformørkelser, når månen passerer rett foran sola og blokkerer lyset fra fotosfæren, kan vi se den spektakulære koronaen med det blotte øye. Med spesielle teleskoper, som lager kunstige solformørkelser, kan vi også studere koronaen.

Solas korona observert i ekstremt ultrafiolett lys med et teleskop på Solar Dynamics Observatory (SDO). Bildet viser hvordan alle strukturene blir styrt av solas magnetfelt. Foto: NASA

Den varme koronaen er et av solas store mysterier. Energien som kommer fra solas indre, føres utover og må på en eller annen mystisk måte bevege seg ut gjennom fotosfæren og kromosfæren. Der er temperaturen mye lavere enn i koronaen. Solas indre klarer altså å varme opp koronaen uten at energien samtidig varmer opp fotosfæren. Dette kan sammenlignes med at du sitter foran en peis og kjenner varmen fra flammene. Så flytter du deg litt lenger vekk og det blir mindre varmt. Dersom du flyttet deg til den andre siden av rommet, og det plutselig ble varmere igjen, ville du undre deg over hvordan flammene klarer å varme opp luften på denne siden av rommet uten å varme opp luften imellom. Ingen vet helt hvordan sola klarer dette, men vi tror det har noe med solas magnetfelt å gjøre. Kanskje er det også lydbølger som drar med seg energi ut fra sola. Som solforsker kan du bli med på å løse dette mysteriet.

Store teleskoper analyserer lyset til sola

Helt siden Galileo Galilei pekte sitt teleskop mot himmelen, har en stadig bygget større og større teleskoper for å studere sola. I Norge ble et stort solteleskop bygget på Harestua like nord for Oslo i 1957. Observatoriet inkluderte også to store radioteleskoper som studerte radiobølger fra sola, samt en rekke andre mindre teleskoper og instrumenter. I nyere tid bygges mange av de største teleskopene på toppen av høye fjell på øyer ute i havet. Her ligger teleskopene nesten alltid over skyene og kan derfor observere sola hver dag. Det er også ofte mindre urolig luft i atmosfæren på slike steder, slik at bildene av sola blir skarpere.

Norge deltar i det svenske solteleskopet på La Palma, som er regnet for å være verdens beste. Dette teleskopet kan se detaljer på sola ned til 70 km. Det er ganske imponerende når vi vet at sola ligger 150 millioner km unna. Faktisk tilsvarer det å kunne stå i Oslo og kikke på en som står i Trondheim og holder opp to kronestykker ved siden av hverandre. Og du ville med dette teleskopet klare å se at det er to mynter han holder opp.

Solas elektromagnetiske spektrum

Sola sender ut stråling på alle bølgelengder, dette inkluderer radiobølger, mikrobølger, synlig lys, infrarød- røntgen- og ultrafiolett (UV-) stråling. Det er imidlertid stort sett bare det synlige lyset som når ned til bakken. UV- og røntgenstrålingen stoppes av jordas atmosfære og kan bare studeres fra verdensrommet.

Solas «fingeravtrykk» kan studeres ved å observere detaljer i sollyset. Ved å spre lyset ved hjelp av et prisme kan vi studere fordelingen av farger og intensitet. De mørke linjene representerer farger som ble absorbert av atomer i solatmosfæren og forteller oss hvilke kjemiske grunnstoffer som finnes på sola. Foto: National Solar Observatory, Sacramento Peak

Fra bakken observeres sola med store teleskoper der lyset går gjennom et instrument som splitter lyset opp i de ulike fargene. Da kan forskere studere fordelingen av farger og intensitet der mørke linjer gir informasjon om hvilke kjemiske grunnstoffer som finnes på sola. Vi kan altså kartlegge hva sola er laget av uten å måtte reise dit.

Sola observert fra verdensrommet

De første observasjonene av sola fra verdensrommet ble gjort med raketter i 1946. Instrumenter ble sendt utenfor de lagene i atmosfæren som blokkerer UV-stråling fra sola. I dag benyttes avanserte teleskoper og kameraer som plasseres på satellitter. Da kan forskere studere solas atmosfære kontinuerlig i flere år. Men det viktigste er at vi kan observere den delen av sola som sender ut røntgen- og UV-stråling og dermed studere kromosfæren og koronaen.

Under ser du to bilder av sola. Det til venstre er tatt med et kamera som måler synlig hvitt lys. Sola ser da omtrent ut slik vi kan se den med det blotte øyet. Bildet til høyre er tatt samme dag og ser veldig forskjellig ut. Bildet er tatt med et UV-kamera. UV-stråling er usynlig for våre øyne, men spesielle instrumenter kan fange opp denne strålingen. Det vi ser på bildet er solas kromosfære – gasslaget som ligger over den synlige overflaten. Her ser vi lyse områder som kalles aktive områder, der det sendes ut ekstra mye UV-stråling.

Sola observert med et kamera som registrerer synlig lys (til venstre), hvor vi ser overflaten og solflekker. Bildet til høyre er tatt med et kamera som bare registrerer den ultrafiolette strålingen, og da ser vi solas atmosfære. Foto: ESA/NASA

Sola og nordlyset

Partikler fra sola kan også danne lys her på jorda. Det vakre nordlyset dannes når partikler fra sola kolliderer med jordas magnetfelt og forstyrrer dette. Noen solpartikler klarer å trenge seg inn i magnetosfæren – og sammen med elektroner i ionosfæren dyttes de nedover mot atmosfæren rundt polområdene. Når partiklene treffer atmosfæren, kolliderer de med oksygen og nitrogen. Disse kollisjonene inntreffer i 80–300 kilometers høyde og overfører energi til oksygen- og nitrogen-atomer som så sender ut lys. Resultatet er et flott fargesprakende lysshow på himmelen.

Jordas magnetosfære beskytter oss mot partiklene fra sola. Noen få partikler klarer å trenge gjennom en kløft i dette skjoldet og lage dagnordlys. De fleste partiklene fra sola trenger seg inn i magnetosfæren på nattesiden, og deretter følger de magnetfeltet inn mot polområdene. Foto: «Den stormfulle sola»/T. Abrahamsen/ARS