Wikijunior:Zonnestelsel/Zon

Andere hemellichamen
Kometen - Planetoïdengordel
Meteoroïde

De zon is de ster die zich het dichtst bij de aarde bevindt en het helderste object aan de hemel.

Plaats van de zon in het universum

De zon bevindt zich op ongeveer 27.000 lichtjaar van het centrum van ons melkwegstelsel in de ongeveer 3000 lichtjaar dikke galactische schijf en op 1 astronomische eenheid (ongeveer 150 miljoen kilometer) van de aarde. De zon beweegt zich met een snelheid van ongeveer 220 km/sec in ongeveer 226 miljoen jaar eenmaal rond het centrum van ons melkwegstelsel. Binnen het melkwegstelsel is het een onopvallende, min of meer gemiddelde ster. Ze is met een gemiddelde diameter van zo'n 1.392.000 kilometer het grootste object in ons zonnestelsel en bevat 99,8% van de massa van ons volledige zonnestelsel. De zon bestaat voornamelijk uit waterstof, in de buitenste lagen zo'n 91 molprocent of 70 massaprocent. Het andere veelvoorkomende element is helium, zo'n 9 molprocent of 28 massaprocent. In het centrum van de zon, waar door kernreacties waterstof is omgezet in helium, is het gehalte aan waterstof lager (35 massaprocent) en dat aan helium hoger (63 massaprocent).

De zon als energiebron

De zon geeft licht en warmte in het zonnestelsel; de temperatuur aan de oppervlakte bedraagt ongeveer 5800 kelvin. De temperatuur in het centrum wordt berekend op 15,5 miljoen kelvin.

De zon krijgt haar energie door de zogenaamde proton cyclus. Door de enorme druk die de eigen zwaartekracht van de zon op de materie uitoefent, in de kern zo'n 2×10¹⁶ pascal, in combinatie met een temperatuur van zo'n 15 miljoen kelvin, fuseert waterstof tot helium. Per seconde wordt zo'n 700 miljoen ton waterstof in 695 miljoen ton helium omgezet. Het verschil, 5 miljoen ton, wordt uitgestraald in de vorm van elektromagnetische energie. De energie ontstaat door het samensmelten van vier waterstofkernen om een heliumkern te vormen. Op aarde kunnen we dezelfde fusiereactie opwekken in een waterstofbom. In de toekomst zullen we mogelijk in kernfusiereactoren deze reactie op een meer gecontroleerde manier kunnen laten verlopen om energie op te wekken.

Op de zon vinden veel interessante en nog nauwelijks begrepen verschijnselen plaats. Zo treden zonnevlekken op, verschijnen er zonnevlammen, is er sprake van zonnewind en zonnebevingen. De intensiteit van deze verschijnselen verandert periodiek met een cyclus van ongeveer 11 jaar.

Levenscyclus van de zon

Vier fases

Onze zon is momenteel een klasse G2-ster, wat betekent dat zij een gele ster is, iets heter en zwaarder dan de gemiddelde ster, maar veel kleiner dan de blauwe reuzensterren. De berekende levensduur van een ster als de zon, dat wil zeggen de tijd waarin kernreacties haar van energie voorzien, bedraagt 12 miljard jaar.

De levenscyclus van de zon is grofweg te verdelen in vier fases. In elk van die fases ziet de zon er heel anders uit en verkrijgt zij haar energie uit een andere bron:

ontstaan: proto-ster;
hoofdreeksster;
rode reus;
witte dwerg.

De zon

Ontstaan van de zon

De zon zou volgens de meest gangbare theorie zo'n 4,6 miljard jaar geleden ontstaan zijn door het samentrekken van een uitgestrekte koude, gasvormige oernevel. Bij het samentrekken van die gaswolk ontstond in het centrum van de wolk een gasconcentratie waaruit uiteindelijk de zon zou ontstaan. Bij het naar binnen vallen kwam zwaartekrachtsenergie vrij, die het binnenste van de nevel opwarmde. De nevel met in zijn binnenste de zon-in-wording, straalde vooral infraroodstraling uit. Het hele proces van samentrekking zal ongeveer 35 miljoen jaar hebben geduurd. Uiteindelijk werd de temperatuur in het centrum van de gasbol zo hoog (miljoenen graden) dat daar kernreacties konden beginnen. De zon was geboren.

De zon als hoofdreeks-ster

Gedurende een periode van 12 miljard jaar krijgt de zon haar energie uit kernfusie: waterstof wordt omgezet in helium (zogenoemde waterstofverbranding'). Dit is de zon zoals wij die nu kennen. De zon is in deze periode een stabiele hoofdreeks-ster. Volgens verschillende berekeningen, computermodellen e.d. gaan we er vanuit dat onze zon inmiddels zo'n vijf miljard jaar oud is en ze zal nog ongeveer zeven miljard jaar te gaan hebben. Naarmate de zon ouder wordt zal zij feller gaan schijnen en daardoor uitzetten.

Rode reus

Deze fase treedt in nadat, over ruim vier miljard jaar, vrijwel alle waterstof in de kern verbruikt is en de kernfusiereacties die de zon van energie voorzien, zich verplaatsen naar meer naar buiten gelegen schillen. De zon zwelt dan tijdelijk op tot een rode reus en zal zo groot worden dat de binnenplaneten Mercurius en Venus opgeslokt worden. Hetzelfde zal wellicht voor onze aarde gelden en dit lot blijft misschien zelfs Mars niet bespaard. Als de aarde gespaard blijft zal de temperatuur op aarde wel oplopen tot boven de 2000 K. Onze planeet zal dan in essentie een bol vloeibare lava zijn geworden waarop leven onmogelijk is. Als de mensheid of onze eventuele opvolgers dan nog bestaan, zullen zij een andere woonplaats moeten zoeken in het heelal.

De periode als rode reus komt ten einde als de temperatuur en druk in het inwendige zover zijn opgelopen dat 'heliumverbranding' mogelijk wordt, dat wil zeggen een kernfusiereactie waarbij drie heliumkernen samensmelten tot een koolstofkern. Deze reactie voorziet de zon nog ongeveer 100 miljoen jaar van energie, maar daarna zwelt de zon opnieuw snel op tot een rode reus. Deze fase eindigt met het afstoten van de buitenste lagen van de zon, waarbij een planetaire nevel ontstaat.

Witte dwerg

Nadat de rode reus zijn buitenlagen heeft afgestoten, blijft de hete kern achter als een witte dwerg. Alle kernreacties houden op. In wezen kan een witte dwerg beschreven worden als een "nagloeiende sintel": de langzaam afkoelende kern van onze zon. Dit afkoelen duurt onvoorstelbaar lang: na een biljoen (10¹²) jaar heeft het oppervlak van de overgebleven dwergster nog altijd een temperatuur van 1000 kelvin.

Als de witte dwerg zover afgekoeld is dat ze geen straling meer uitzend, met andere woorden: de temperatuur is gezakt tot het gemiddelde van de interstellaire ruimte, dan is de zon een zwarte dwerg geworden. Het is nog niet bekend of het universum oud genoeg is om al een zwarte dwerg te bevatten maar gezien de veronderstelde leeftijd van het heelal lijkt dit onwaarschijnlijk.

Ons zonnestelsel

De aarde en alle andere planeten, waartoe zowel de aardse planeten als ook de gasreuzen behoren, draaien om de zon, in hun baan gehouden door de zwaartekracht. Qua grootte en massa is de zon het dominerende lid; de massa is meer dan 330.000 aardmassa's, het volume meer dan 1 miljoen maal dat van de aarde. De hele baan van de maan om de aarde zou zich wat afmeting betreft in het zonnelichaam kunnen bevinden.

Andere hemellichamen die om de zon draaien zijn onder andere planetoïden, meteoroïden, kometen en stof.

De zon bekijken

Indien je de zon wilt bekijken bij een zonsverduistering of in andere situaties mag je dat NOOIT met het blote oog doen. Na enkele seconden al zal beschadiging van je oog optreden die indien je pech hebt permanent zal zijn. Gebruik een lasbril of een speciaal daarvoor gemaakte bril, andere donkere materialen zoals zwarte dia of fotofilm kunnen nog steeds veel schadelijk infrarood en ultraviolet licht doorlaten.

Het spreekt voor zich dat je bij gebruik van een verrekijker of telescoop nog veel voorzichtiger moet zijn. Als een brandglas een stukje papier in een paar seconden kan laten verkolen, kan dat ook met je ogen gebeuren. De veiligste manier van waarnemen met een telescoop is het zonnebeeld door middel van oculairprojectie op een stuk wit papier te projecteren, en op die manier indirect de zon te bekijken.