Slunce je obyčejná, středně velká hvězda. Žlutý trpaslík, ovšem obestřený některými záhadami

17. květen 2018
Povrch Slunce v UV záření, včetně výrazné protuberance v pravém horním rohu

Co je to Slunce? To je dobrá otázka, protože v encyklopediích se dají najít takové perly, že hvězdy jsou obrovské koule žhavého plynu, v jejichž středu je jaderný reaktor. Ale kdo si ze školy pamatuje, co platí pro ideální plyn, nebo jak funguje jaderný reaktor? Nota bene, když hvězdy fungují na úplně jiném principu než jaderné reaktory na Zemi. 

Dnes si budeme povídat o Slunci. Protože si v těchto dnech připomínáme Evropský den Slunce, tak si k němu uděláme takový malý výlet s doktorem Janem Šlégrem z Katedry fyziky Přírodovědecké fakulty univerzity Hradec Králové. Kdyby byla možnost vypravit se na dobrodružnou výpravu ke Slunci, tak byste asi neváhal?
Neváhal bych, ale museli bychom zůstat v bezpečné vzdálenosti.

RNDr. Jan Šlégr ve studiu Českého rozhlasu Hradec Králové

Samozřejmě, aby vás Slunce nespálilo. Viděl jsme moc povedený sci-fi snímek Sunshine a ten je právě o takové výpravě. Ve Slunci se zastavila ta termojaderná reakce a oni měli Slunce zachránit, protože to ohrožovalo život na naší planetě. Zeptám se rovnou a jednoduše, co je to vlastně Slunce? Není to moc banální otázka?
To není vůbec hloupá otázka. Protože na internetu se můžeme dočíst různé fantasmagorické definice, jakože hvězdy, protože naše Slunce je jednou z hvězd, takže hvězdy jsou obrovské koule žhavého plynu, což je více méně pravda, v jejímž jádře je jaderný reaktor. To jsem skutečně na internetu četl. Ale ty reakce, které se odehrávají v nitru Slunce jsou úplně jiné než ty, které se odehrávají v jaderných reaktorech na Zemi. V jaderných reaktorech na Zemi štěpíme těžká jádra na jádra lehčí, kdežto v centru Slunce to probíhá přesně obráceně. Tam se lehčí jádra, v případě našeho Slunce vodíku, slučují na jádra těžší. Hlavně na helium. A tím se také uvolňuje energie hlavně ve formě tepla, které potom z toho centra Slunce postupuje směrem k okraji.

Pro tyhle podmínky, aby se ta jádra slučovala do těch těžších a hmotnějších, musí být určitá hodně vysoká teplota.
Je to přesně tak, protože ta jádra jsou kladně nabitá, takže se navzájem odpuzují. Abychom je dostali dostatečně blízko k sobě, aby to sloučení bylo vůbec možné, tak v nitru Slunce musí být obrovský tlak a obrovská teplota. V případě našeho Slunce to je více než 10 milionů stupňů Celsia.

Snímek povrchu fotosférického disku ve viditelném oboru v době maxima sluneční činnosti, kdy je na povrchu velké množství slunečních skvrn

To je tedy uprostřed Slunce.
A směrem k okraji ta teplota klesá. Ten sluneční disk, nebo jak my labužníci říkáme fotosférický disk, který vidíme, tak ten má teplotu asi 6 tisíc stupňů Celsia. A proto svítí.

Ale zajímavé na tom je, že atmosféra Slunce zase naopak o něco žhavější než ta sluneční vrstva.
To je celkem záhada, na kterou se astrofyzikové snaží přijít. Protože směrem od středu k okraji Slunce ta teplota klesá. Povrch, jak jsem říkal, má teplotu zhruba 6 tisíc stupňů Celsia a v atmosféře Slunce zase ta teplota stoupá. Takzvaná fotosféra Slunce má mnohem vyšší teplotu a dohromady nikdo neví proč. A zajímavé na tom je, že pokud bychom tam dali teploměr, tak ten teploměr by zamrznul. Protože je tam sice obrovská teplota, ale těch částic tam je tak málo, že by se s tím teploměrem nepotkaly a nezpůsobily by nárůst teploty v teploměru.

Já myslel, že by shořel a on by zmrznul. To jsou paradoxy. Koróna Slunce mě zajímá. To je právě ta atmosféra?
Atmosféra Slunce se skládá z různých vrstev koróny, která má různé části a je pozorovatelná jen třeba při zatmění Slunce. Protože vy potřebujete, aby Slunce, které hodně svítí, aby vám jej něco zastínilo, třeba Měsíc, a potom je ta koróna pozorovatelná jako takové plamínky kolem okraje Slunce.

Úplné zatmění Slunce 2018

Plamínky říkáte. To jsou ty erupce. A protuberance jsou takové ty smyčky?
Ano. Protuberance můžete vidět právě na tom okraji Slunce. Jsou to takové výrony hmoty ze slunečního povrchu ven, které mnohokrát můžou být i větší, než je naše Země.

Hvězdou nám nejbližší je Slunce. Bez něj by nebyl na Zemi život.

03291422.jpeg

Od počátku lidské civilizace bylo Slunce uctíváno jako životodárný symbol. Jedním z nejvýznamnějších světových pracovišť pro sluneční výzkum je hvězdárna v Úpici. Za jejím pracovníkem Janem Klimešem si pro pár zajímavostí o Slunci zašla redaktorka Eliška Pilařová.

Jak je vlastně Slunce velké? Jakou má hmotnost by mě zajímalo.
Slunce má 109 krát větší průměr, než naše Země, která sama o sobě není úplně malá. A má víc jak 100 tisíc krát větší hmotnost. Mimochodem Slunce v porovnání s jinými hvězdami je poměrně malé. Sice jsou hvězdy, které mohou být třeba 100 krát menší, než naše Slunce, ale je mnohem víc hvězd, které jsou větší. 100 tisíc krát větší než naše Slunce. Proto taky označení katalogizace našeho Slunce zní, že je to žlutý trpaslík.

Mimochodem, už jste se letos opaloval? Protože letos už bylo docela dost slunečných dnů.
Ano a trochu mě překvapuje, že nám sdělovací prostředky zapomněly říci, že je ultrafialové záření nebezpečné. Většinou nám to neopomenou připomenout.

Opalování (ilustrační foto)

Připomínáme lidem, když se půjdete opalovat, vezměte si krém s vysokým UV faktorem. Protože právě to ultrafialové záření nám hrozí od Slunce, nikoliv světlo jako takové.
Je to tak. To, že se v létě opálíme nebo spálíme není tou viditelnou složkou slunečního záření. Protože Slunce vyzařuje kromě světla samozřejmě i teplo a spoustu dalších druhů záření, které většinou atmosféra odstíní. Částečně odstíní i to záření ultrafialové, ale pořád na povrch Země dopadá toho ultrafialového záření docela dost. A právě tohle ultrafialové záření způsobuje reakce kožního pigmentu a ve vyšších dávkách může způsobit i rakovinu kůže.

Tady asi musíme zdůraznit především význam ozónový vrstvy, díky které je život na Zemi vůbec možný.
Možná nějaký život by se tomu byl schopný tomu ultrafialovému záření přizpůsobit, to nevíme, protože zatím máme zkušenost se životem jenom na Zemi. Ozónová vrstva obsahuje ozón, což je molekula, která se skládá ze tří atomů kyslíku. Většinou je kyslík, se kterým se setkáme, dvouatomový. Jsou to dva atomy kyslíku, které tvoří molekulu O2. Ozón je ovšem O3 a nachází se v poměrně velké výšce v atmosféře Země. Čím je tahle vrstva tenčí, tím méně ultrafialového záření zachytí.

Zeměkoule a vycházející Slunce

Jak je vůbec Slunce staré? Jak se zrodilo? Souvisí to třeba s tím velkým třeskem, o kterém jsme si tady nedávno s astronomy z Úpické hvězdárny povídali?
Hvězdy vnikly až o trochu později. Velký třesk, to je nějakých 13 miliard let zpátky. Naše Slunce, to víme celkem přesně, vzniklo asi před 4,5 miliardami let. Hvězdy obecně vznikají tak, že se mezihvězdná hmota, což je takový poměrně řídký plyn, zahustí. V nějakém místě je ten plyn zahuštěný a tohle zahuštění už k sobě gravitačně přitahuje další a další látku, která nabírá poměrně velkou rychlost, a když narazí na to zahuštění, tak při tom brzdění vzniká teplo. A pokud je tohle teplo dostatečné, pokud tam je dostatečná teplota, tak dojde k zažehnutí těch slučovacích reakcí. Může se stát, že je té hmoty málo. Potom nevznikne hvězda, případně ty reakce běží velmi pomalu. Takovým hvězdám potom říkáme "hnědí trpaslíci". Pokud ty reakce nezačnou vůbec, tak v angličtině je pro to takový termín "failed star", většinou se to překládá jako nepodařená hvězda. Prostě to není hvězda, protože tam neběží jaderné reakce.

Do kdy tady Slunce bude? A jak vlastně skončí to naše Slunce, ta naše životadárná hvězda?
Můžu vás uklidnit, minimálně další 4,5 miliardy let nám to Slunce ještě vydrží, možná i víc. Možná to bude i 10 miliard let.

Mraky a prosvítající slunce

Takže jsme asi v polovině života Slunce?
Jsme přibližně v polovině, možná ještě před polovinou té životnosti, takže je to dobré. Ovšem potom to zas tak dobré nebude. Do té doby už se musíme přestěhovat na Mars, protože až Slunce spotřebuje veškerý vodík, který je v těch centrálních oblastech, to je to palivo řekněme, tak začne spotřebovávat vodík, který je ve vnějších vrstvách. To znamená, z toho středu se ty reakce přesunou směrem k povrchu a tím vzroste teplota těch vrstev. A protože se plyn při zahřátí rozpíná, tak i to naše Slunce se začne rozpínat. A z toho trpaslíka se změní na obra, protože ono se nafoukne velmi podstatně. A právě Merkur, Venuše a Země to odnesou. Protože ten poloměr se skutečně zvětší tak moc, že tyhle tři vnitřní planety nebudou ušetřeny a Slunce to spálí.

Takže se budeme stěhovat na Mars?
Ono ani tam to nebude nic moc, protože se změní i to vyzařování, ta energie bude vyšší. Ale na Zemi bych rozhodně nezůstával.

mars-2051747_1280_180127-102752_pj.png

A pak nastane definitivní tečka.
Až vyhoří i tohle palivo, tak tam převládne gravitační síla a ta hvězda se naopak zase zmenší. Z toho takzvaného červeného obra, teď je to žlutý trpaslík, pak z něj bude červený obr a nakonec z něj bude bílý trpaslík. Protože zase gravitačně se ta hvězda smrští, tím dojte k dalšímu nárůstu teploty, povrch bude mít mnohem větší teplotu než teď. A proto ta hvězda bude potom zářit velmi intenzivně bíle.

Někde jsem četl, že v tom úplně definitivním konci potom Slunce odhodí svoje vnější obaly, které vytvoří úžasnou mlhovinu.
Ano, tyhle mlhoviny jsou viditelné. Na obloze jsou velmi divácky vděčné. A to se právě stane při tom smršťování, když vrstvy narazí na hustší střed a jsou odmrštěny.

Takže to bude ještě nakonec krásná podívaná.
Určitě. Pokud to nebude z úplně první řady, tak by to mohlo být pěkné.

RNDr. Jan Šlégr ve studiu Českého rozhlasu Hradec Králové spolu s Jakubem Schmidtem

Za jak dlouho tohle všechno nastane?
Za čtyři a půl miliardy let minimálně.

Tedy můžeme se ještě klidně opalovat. Pane doktore, moc vám děkuji za rozhovor. Bylo to moc zajímavé. RNDr. Jan Šlégr z Katedry fyziky Přírodovědecké fakulty Univerzity Hradec Králové tady byl dnes s námi.