.

Ο Ήλιος είναι ο αστέρας του ηλιακού μας συστήματος και το λαμπρότερο σώμα του ουρανού. Είναι σχεδόν μια τέλεια σφαίρα με διάμετρο 1,4 εκατομμύρια χιλιόμετρα (109 φορές περισσότερο από τη Γη), και η μάζα του (2×10³⁰ κιλά) αποτελεί το 99.86% της μάζας του ηλιακού συστήματος. Η φωτεινότητά του είναι τέτοια, ώστε κατά την διάρκεια της ημέρας να μην επιτρέπει, λόγω της έντονης διάχυσης του φωτός, σε άλλα ουράνια σώματα να εμφανίζονται (με εξαίρεση τη Σελήνη και σπανιότερα την Αφροδίτη). Ο Ήλιος είναι το κοντινότερο στη Γη άστρο, σε απόσταση 149,6 εκατομμυρίων χιλιομέτρων (1 ΑΜ). Ο Ήλιος είναι ένας κίτρινος αστέρας νάνος που βρίσκεται στην κύρια ακολουθία, με φασματικό τύπο G2V. Ο φασματικός τύπος G2 υποδεικνύει ότι η επιφανειακή του θερμοκρασία είναι περίπου 5.800 βαθμοί Κέλβιν. Ο Ήλιος ακολουθεί μία τροχιά μέσα στον Γαλαξία σε μία απόσταση 25.000 με 28.000 έτη φωτός από το κέντρο του, ολοκληρώνοντας μία περιφορά σε περίπου 226 εκατομμύρια έτη (Κοσμικό έτος).

Η σημασία του Ήλιου στην εξέλιξη και την διατήρηση της ζωής στη Γη είναι καίρια, καθώς με τη θεμελιώδη διαδικασία της φωτοσύνθεσης προσφέρει την απαραίτητη ενέργεια για την ανάπτυξη των ζωντανών οργανισμών, και διατηρεί την επιφανειακή θερμοκρασία της Γης σε ανεκτά για τη ζωή επίπεδα, καθώς επίσης και προκαλεί τα μετεωρολογικά φαινόμενα. Η σημασία του ήταν γνωστή από τα προϊστορικά χρόνια, με αποτέλεσμα ο Ήλιος να λατρεύεται ως θεότητα. Σύμφωνα με την αρχαία ελληνική μυθολογία, ατά τον Όμηρο και τον Ησίοδο, ήταν γιος του Τιτάνα Υπερίωνα. Φοίβος, φωτοβόλος δηλαδή, ήταν η προσωνυμία του Ηλίου, η ίδια με του θεού Απόλλωνα. Κατά την εξέλιξη του αρχαίου ελληνικού πολιτισμού, οι ηλιακές ιδιότητες αποδόθηκαν στον θεό Απόλλωνα.

Χαρακτηριστικά
Ο Ήλιος φωτογραφημένος σε υπεριώδη φωτισμό, όπου φαίνονται οι στρόβιλοι στην επιφάνειά του.

Ο Ήλιος είναι ένας αστέρας της κύριας ακολουθίας με φασματικό τύπο G2 V, έχει δηλαδή μεγαλύτερη μάζα και θερμοκρασία απ΄ ό,τι ένα μέσο αστέρι αλλά σημαντικά μικρότερη από έναν μπλε γίγαντα. Ο χρόνος ζωής ενός αστέρα G2 της κύριας ακολουθίας είναι περί τα 10 δισεκατομμύρια έτη· η ηλικία του Ηλίου εκτιμάται στα 5 δισεκατομμύρια. Γύρω από τον Ήλιο έχουν τις τροχιές του οι οκτώ πλανήτες με τους δορυφόρους τους, καθώς και άλλα σώματα όπως αστεροειδείς και κομήτες: όλα τα σώματα συναποτελούν το Ηλιακό Σύστημα. Ο Ήλιος αποτελεί το 99.8632% της συνολικής μάζας του ηλιακού συστήματος.

Ο Ήλιος είναι σχεδόν σφαιρικός με πεπλάτυνση μόλις 10 χιλιομέτρων. Η πλήρης σφαιρικότητα του Ήλιου εξηγείται από τη βραδεία του περιστροφή. Ο χρόνος όμως αυτός δεν είναι σταθερός σε όλα τα σημεία της επιφάνειάς του. Καθώς ο ήλιος αποτελείται από πλάσμα και δεν είναι στερεός, περιστρέφεται γρηγορότερα στον ισημερινό του από ό, τι οι πόλους του. Αυτή η συμπεριφορά είναι γνωστή ως διαφορική περιστροφή, και προκαλείται με συναγωγή στον ήλιο και την κίνηση μάζας, που οφείλεται στις απότομες διαβαθμίσεις της θερμοκρασίας από μέσα προς τα έξω από τον πυρήνα. Αυτή η μάζα μεταφέρει ένα μέρος της αριστερόστροφης στροφορμής του ήλιου, όπως φαίνεται από τον βόρειο πόλο της εκλειπτικής, με αποτέλεσμα την ανακατανομή της γωνιακής ταχύτητας. Από την οπτική και τη φασματοσκοπική εξέταση προκύπτει ότι η ηλιακή σφαίρα περιστρέφεται στον άξονά της από δυτικά προς ανατολικά και η περίοδος αυτής της πραγματικής περιστροφής είναι περίπου 25,6 ημέρες στον ισημερινό και 33,5 ημέρες στους πόλους^{[Σημ. 1]}. Ωστόσο, λόγω του συνεχούς μεταβαλλόμενου σημείου θέασης από τη Γη καθώς περιστρέφεται γύρω από τον Ήλιο, η φαινομενική περιστροφή του αστέρα στον ισημερινό του είναι περίπου 28 ημέρες. Η φυγόκεντρος επίδραση αυτής της αργής περιστροφής είναι 18 εκατομμύρια φορές πιο αδύναμη από την επιφάνεια βαρύτητα στον ισημερινό του Ήλιου. Η παλιρροιακή επίδραση των πλανητών είναι ακόμη πιο αδύναμη, και δεν επηρεάζει σημαντικά το σχήμα του Ήλιου.

Ο Ήλιος είναι ένας αστέρας που ανήκει στο Πληθυσμό Ι, ή πλούσιο σε βαριά στοιχεία. Η διαμόρφωση του Ήλιου μπορεί να έχει προκληθεί από κρουστικά κύματα από έναν ή περισσότερους κοντινους υπερκαινοφανείς αστέρες. Αυτό προτείνεται από μια μεγάλη αφθονία των βαρέων στοιχείων στο ηλιακό σύστημα, όπως ο χρυσός και το ουράνιο, σε σχέση με την αφθονία των στοιχείων αυτών στο λεγόμενο Πληθυσμό ΙΙ (φτωχά σε βαριά στοιχεία) αστέρια. Τα στοιχεία αυτά θα μπορούσαν πλέον εύλογα να έχουν παραχθεί από ενδοεργονικές πυρηνικές αντιδράσεις κατά τη διάρκεια ενός υπερκαινοφανή, ή από μεταστοιχείωση με απορρόφηση νετρονίων μέσα σε ένα τεράστιο δεύτερης γενιάς αστέρα.

Μέγεθος και απόσταση

Στην αντίληψη του μεγέθους τού Ήλιου συχνά γίνεται λόγος του όρου "φαινόμενη διάμετρος του Ηλίου". Φαινόμενη διάμετρος του Ηλίου η οποία είναι η γωνία ΑΓΒ με την οποία παρατηρείται ο Ήλιος από τη Γη όταν Α και Β είναι αντιδιαμετρικά σημεία της περιφέρειας του δίσκου του Ηλίου και Γ το σημείο της Γης (του παρατηρητή). Η διχοτόμος της γωνίας ΑΓΒ εκφράζει την απόσταση Γης-Ηλίου. Η φαινόμενη διάμετρος του Ήλιου μεταβάλλεται κατά τη διάρκεια του έτους: Στις 3 Ιανουαρίου λαμβάνει τη μεγαλύτερη τιμή, ίση προς 32΄ 36΄΄,2 ενώ στις 4 Ιουλίου περιορίζεται στην ελάχιστη τιμή των 31΄ 32΄΄. Συνεπώς η μέση τιμή της φαινόμενης διαμέτρου είναι 32΄ 4΄΄,1.

Αυτή η μεταβολή της φαινόμενης διαμέτρου αποδεικνύει ότι η Γη δεν περιφέρεται γύρω τον Ήλιο σε κυκλική τροχιά αλλά σε ελλειπτική σε τρόπο ώστε την 1η Ιανουαρίου η απόσταση Γης-Ήλιου να λαμβάνει την ελάχιστη τιμή των 147.100.000 km και στις 2 Ιουλίου τη μέγιστη τιμή των 152.100.000 km. Έτσι η μέση τιμή της απόστασης είναι 149.504.312 km.

Λαμπρότητα

Μετρήσεις λαμπρότητας του Ήλιου έδειξαν ότι αυτός είναι 12 Χ 10¹⁰ φορές λαμπρότερος από αστέρα α΄ μεγέθους και κατά 23 Χ 10⁷ φορές λαμπρότερος του φωτός όλων των αστέρων μαζί. Γι΄ αυτό άλλωστε κατά την ημέρα τους αποκρύπτει. Τέλος σε σχέση με την Πανσέληνο είναι κατά 56 Χ 10⁴ φορές λαμπρότερος εκείνης. Ο Ήλιος φαίνεται τόσο λαμπρός ακριβώς λόγω της μικρής σχετικά απόστασής του από τη Γη, σε σχέση πάντα με τους άλλους αστέρες. Αν όμως βρισκόταν σε απόσταση 10 παρσέκ τότε θα φαινόταν ως ένας αμυδρός αστέρας, περίπου 5ου μεγέθους. Ακριβέστερα το απόλυτο μέγεθος του Ήλιου είναι 4,8. Όταν παρατηρούμε τον Ήλιο με τηλεσκόπιο δεν φαίνεται ομοιόμορφα φωτεινός σε όλη την έκταση του δίσκου του, αλλά λαμπρότερος στο κέντρο του και αμυδρότερος στην περιφέρεια του δίσκου του, (όπως και στην παρακείμενη εικόνα του, στον ενδεικτικό πίνακα). Αυτό μαρτυρεί ότι η ηλιακή σφαίρα περιβάλλεται από ατμόσφαιρα που απορροφά το φως του.

Θερμοκρασία του Ηλίου

Για να γίνει περισσότερο αντιληπτός ο τρόπος υπολογισμού της θερμοκρασίας του Ηλίου θα πρέπει να φανταστεί κανείς μία σφαίρα της οποίας κέντρο να κατέχει ο ήλιος και η ακτίνα της να είναι ίση με την απόσταση Γης - Ηλίου. Πράγματι σε μια τέτοια σφαίρα η συνολική της επιφάνεια θα είναι ίση προς 2,826 Χ 10²⁷ cm². Επειδή όμως η συνολική επιφάνεια του Ηλίου ισούται με 6093 Χ 10¹⁹ cm² βρίσκουμε ότι αυτή είναι μικρότερη της επιφανείας της υποθετικής κατά 46.381 φορές.

Επομένως σε κάθε cm² της ηλιακής επιφάνειας αντιστοιχούν 46.381 cm² της γήινης.

Εξ αυτού προκύπτει ότι η αντιστοιχούσα ενέργεια σε κάθε cm² της ηλιακής επιφάνειας είναι ίση προς 1,94 Χ 46.381 = 89.979 θερμίδες.

Συνεπώς από κάθε cm² ηλιακής επιφάνειας ακτινοβολούνται 90.000 θερμίδες περίπου.

Με βάση τα παραπάνω δεδομένα βρίσκεται ότι η θερμοκρασία στην επιφάνεια του Ήλιου φθάνει τους 6000 °C περίπου.

Εξ άλλου στο εσωτερικό της ηλιακής σφαίρας όπου η θερμοκρασία αυξάνει συνεχώς προς το κέντρο υπολογίζεται ότι ανέρχεται στους 14 Χ 10⁶ βαθμούς.

Δομή

Κύριο λήμμα: Ηλιακές στοιβάδες

Μία απεικόνιση του Ήλιου:
1.πυρήνας
2.Ζώνη ακτινοβολίας
3.Ζώνη μεταφοράς
4.Φωτόσφαιρα
5.Χρωμόσφαιρα
6.Στέμμα
7.Ηλιακή κηλίδα
8.Κοκκίδωση
9.Έκλαμψη

Πυρήνας Ηλίου

O πυρήνας βρίσκεται στο κέντρο της ηλιακής σφαίρας και έχει διάμετρο περίπου 175.000 χλμ. (0,25 ηλιακές ακτίνες). Υπολογίζεται ότι στην περιοχή του κέντρου του η πυκνότητα της ηλιακής ύλης είναι 70 με 150 φορές μεγαλύτερη του ύδατος ενώ η πίεση φθάνει τις 2 Χ 10¹¹ ατμόσφαιρες (atm). Κάτω από τέτοιες συνθήκες και με θερμοκρασία 13,6 Χ 10⁶ βαθμούς, τα άτομα των στοιχείων βρίσκονται σε ιονισμένη κατάσταση και τόσο συμπιεσμένα, ώστε η ύλη του ηλιακού πυρήνα αν και αεριώδης είναι περισσότερο συνεκτική και από τα στερεά. Φυσικό επόμενο λοιπόν και η ακτινοβολία των εσωτερικών στρωμάτων του πυρήνα να προκαλεί πίεση στα υπερκείμενα στρώματα.

Οι πρόσφατες αναλύσεις των δεδομένων της αποστολής SOHO ευνοούν ταχύτερους ρυθμούς περιστροφής του πυρήνα σε σχέση με το υπόλοιπο της ζώνης ακτινοβολίας. Κατά τη διάρκεια του μεγαλύτερου μέρους της ζωής του Ήλιου, η ενέργεια παράγεται από την πυρηνική σύντηξη μέσω μιας σειράς βημάτων που ονομάζεται p-p αλυσίδα (πρωτονίων-πρωτονίων). Αυτή η διαδικασία μετατρέπει το υδρογόνο σε ήλιο. Λιγότερο από το 2% του ηλίου που δημιουργούνται στον ήλιο προέρχεται από τον κύκλο CNO.

Ο πυρήνας είναι η μόνη περιοχή στον ήλιο που παράγει σημαντική ποσότητα της θερμικής ενέργειας μέσω της σύντηξης: μέσα το 24% της ακτίνας του Ήλιου, παράγεται το 99% της ισχύος, και στο 30% της ακτίνας, η σύντηξη έχει σταματήσει σχεδόν πλήρως. Το υπόλοιπο του άστρου θερμαίνεται από την ενέργεια που μεταφέρεται προς τα έξω από τον πυρήνα και τα στρώματα λίγο έξω. Η ενέργεια που παράγεται από τη σύντηξη του πυρήνα πρέπει στη συνέχεια να ταξιδεύσει μέσω πολλών διαδοχικών στρωμάτων στην ηλιακή φωτόσφαιρα πριν διαφύγει στο διάστημα, όπως το φως του ήλιου ή η κινητική ενέργεια των σωματιδίων.

Η αλυσίδα πρωτονίου-πρωτονίου συμβαίνει γύρω στις 9,2 × 10³⁷ φορές κάθε δευτερόλεπτο μέσα στον πυρήνα του Ήλιου. Δεδομένου ότι αυτή η αντίδραση χρησιμοποιεί τέσσερα ελεύθερα πρωτόνια (πυρήνες υδρογόνου), μετατρέπει σε περίπου 3,7 × 10³⁸ πρωτόνια σε σωματίδια άλφα (πυρήνες ηλίου) κάθε δευτερόλεπτο (επί συνόλου του ~ 8,9 × 10⁵⁶ ελεύθερων πρωτονίων στον Ήλιο), ή περίπου 6,2 × 10¹¹ kg ανά δευτερόλεπτο. Αφού η σύντηξη του υδρογόνου σε ήλιο απελευθερώνει περίπου 0,7% της μάζας σε ενέργεια, ο Ήλιος απελευθερώνει ενέργεια που έχει τιμή μετατροπής μάζας-ενέργειας 4,26 εκατομμύρια μετρικούς τόνους ανά δευτερόλεπτο, 384,6 yottawatts (3.846 × 1026 W), ή 9.192 × 10¹⁰ μεγατόνους TNT ανά δευτερόλεπτο. Αυτή η μάζα δεν καταστρέφεται για να δημιουργήσει την ενέργεια, αλλά, η μάζα είναι που μεταφέρεται ως ακτινοβολούμενη ενέργεια, όπως περιγράφεται από την ισοδυναμία της μάζας-ενέργειας.

Η παραγωγή ενέργειας από σύντηξη στον πυρήνα ποικίλλει ανάλογα με την απόσταση από το ηλιακό κέντρο. Στο κέντρο του Ήλιου, θεωρητικά μοντέλα εκτιμούν ότι είναι περίπου 276,5 watts/m3, πυκνότητα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας που προσεγγίζει περισσότερο το μεταβολισμό ερπετού παρά μια θερμοπυρηνική βόμβα. Η κορυφή παραγωγής ενέργειας στον Ήλιο έχει συγκριθεί με την ογκομετρική θερμότητα που παράγεται σε μια ενεργή σωρό κομπόστ. Η τεράστια ισχύς του Ήλιου δεν οφείλεται στην υψηλή ισχύ της κατ 'όγκο, αλλά, αντίθετα, λόγω του μεγάλου μεγέθους του.

Το ποσοστό σύντηξης στον πυρήνα βρίσκεται σε μια αυτο-διορθούμενη ισορροπία: ένα ελαφρώς υψηλότερο ποσοστό της σύντηξης θα μπορούσε να προκαλέσει τον πυρήνα να ζεσταθεί περισσότερο και να διευρυνθεί ελαφρώς κατά το βάρος των εξωτερικών στρωμάτων, μειώνοντας το ποσοστό της σύντηξης και διορθώνοντας την διαταραχής. Και ελαφρώς χαμηλότερο ποσοστό θα μπορούσε να προκαλέσει τον πυρήνα να κρυώσει και να συρρικνωθεί ελαφρώς, προκαλώντας την αύξηση του ποσοστού της σύντηξης και πάλι να καταλήξουν στο τρέχον επίπεδο.

Οι ακτίνες γάμμα (υψηλής ενέργειας φωτόνια) που απελευθερώνονται στις αντιδράσεις σύντηξης απορροφόνται σε μόλις λίγα χιλιοστά του ηλιακού πλάσματος και στη συνέχεια εκ νέου εκπέμπονται και πάλι σε τυχαία κατεύθυνση και σε ελαφρώς χαμηλότερη ενέργεια. Ως εκ τούτου, χρειάζεται πολύς χρόνος για την ακτινοβολία να φτάσει την επιφάνεια του Ήλιου. Οι εκτιμήσεις της διάρκειας του ταξιδιού του φωτονίου κυμαίνονται μεταξύ 10.000 και 170.000 ετών. Δεδομένου ότι η μεταφορά της ενέργειας στον Ήλιο είναι μια διαδικασία η οποία περιλαμβάνει τα φωτόνια σε θερμοδυναμική ισορροπία με την ύλη, η κλίμακα του χρόνου μεταφοράς ενέργειας από τον Ήλιο είναι μεγαλύτερη, της τάξης των 30.000.000 χρόνια. Αυτή είναι η χρονική περίοδος που θα χρειαζόταν ο Ήλιος να επιστρέψει σε ένα σταθερό καθεστώς, εάν το ποσοστό παραγωγής ενέργειας στον πυρήνα του ξαφνικά αλλάξει.

Μετά από ένα τελικό ταξίδι μέσω του εξωτερικού στρώματος συναγωγής για τη διαφανή επιφάνεια της φωτόσφαιρα, τα φωτόνια διαφεύγουν ως ορατό φως. Κάθε ακτίνων γάμμα στον πυρήνα του Ήλιου μετατρέπεται σε αρκετά εκατομμύρια φωτόνια του ορατού φωτός πριν δραπετεύσει στο διάστημα. Τα νετρίνα, που επίσης απελευθερώνονται από τις αντιδράσεις σύντηξης στον πυρήνα, αλλά σε αντίθεση με τα φωτόνια, σπάνια αλληλεπιδρούν με την ύλη, και γι'αυτό το λόγο σχεδόν όλα είναι σε θέση να δραπετεύσουν από τον Ήλιο αμέσως. Για πολλά χρόνια μετρήσεις του αριθμού των νετρίνων που παράγονται στον Ήλιο ήταν χαμηλότερες απ'ότι οι θεωρίες προβλέπουν κατά έναν παράγοντα 3. Η διαφορά αυτή επιλύθηκε το 2001 με την ανακάλυψη των επιπτώσεων της ταλάντωση των νετρίνων: Ο ήλιος εκπέμπει τον αριθμός των νετρίνων που προβλέπεται από τη θεωρία, αλλά από τους ανιχνευτές νετρίνων έλειπαν δύο τρίτα από αυτά, επειδή τα νετρίνα είχαν αλλάξει "γεύση" από τη στιγμή που εντοπίστηκαν.

Ζώνη ακτινοβολίας

Από περίπου 0,25 σε περίπου 0,7 ηλιακές ακτίνες, το ηλιακό υλικό είναι καυτό και πυκνό αρκετά ώστε η θερμική ακτινοβολία να είναι επαρκής για να μεταφέρει την έντονη θερμότητα του πυρήνα προς τα έξω. Η ζώνη αυτή είναι χωρίς θερμική συναγωγή. Ενώ το υλικό γίνεται ψυχρότερο από τους 7 σε περίπου 2 εκατομμύρια βαθμούς Κέλβιν με την αύξηση του υψομέτρου, αυτή η διαβάθμιση θερμοκρασίας είναι μικρότερη από την αξία της αδιαβατικής θερμοβαθμίδας και ως εκ τούτου δεν μπορεί να οδηγήσει σε συναγωγή. Η ενέργεια μεταφέρεται που από την ακτινοβολία: τα ιόντα υδρογόνου και ηλίου εκπέμπουν φωτόνια, τα οποία φτάνουν μόνο σε μικρή απόσταση πριν απορροφηθούν από άλλα ιόντα. Η πυκνότητα πέφτει εκατό φορές (από 20 g/cm3 σε μόνο 0,2 g/cm3) από τη βάση προς την κορυφή της ζώνης της ακτινοβολίας.

Η ζώνη ακτινοβολίας και τη συναγωγή σχηματίζουν ένα στρώμα-μετάβαση, το tachocline (από τις λέξεις ταχύτητα και κλίση). Αυτό είναι μια περιοχή όπου η απότομη αλλαγή καθεστώτος μεταξύ της ακτινοβολούσας ζώνης με ενιαία περιστροφή και η της ζώνης συναγωγής θερμότητας με διαφορική περιστροφή καταλήγει σε ένα μεγάλο ψαλίδι-μια κατάσταση όπου διαδοχικά οριζόντια στρώματα περνούν το ένα το άλλο. Οι κινήσεις του υγρού που βρέθηκαν στη ζώνη συναγωγής παραπάνω, σιγά-σιγά εξαφανίζονται από την κορυφή του αυτού του στρώματος προς τα κάτω, ταιριάζοντας με τα ήρεμα χαρακτηριστικά της ακτινοβολούσας ζώνης στο κάτω μέρος. Προς το παρόν, αυτό είναι η υπόθεση ότι ένα μαγνητικό δυναμό σε αυτό το στρώμα δημιουργεί το μαγνητικό πεδίο του ήλιου.

Ζώνη μεταφοράς

Στο εξωτερικό στρώμα του Ήλιου, από την επιφάνειά του μέχρι περίπου 200.000 χλμ. (ή το 70% της ηλιακής ακτίνας), το ηλιακό πλάσμα δεν είναι αρκετά πυκνό ή αρκετά θερμό ώστε να μεταφερθεί η θερμική ενέργεια από το εσωτερικό προς τα έξω με την ακτινοβολία. Με άλλα λόγια, είναι αρκετά αδιαφανές. Ως αποτέλεσμα, η θερμική συναγωγή λαμβάνει χώρα με θερμικές στήλες που μεταφέρουν καυτό υλικό στην επιφάνεια (φωτόσφαιρα), του Ήλιου. Μόλις το υλικό ψυχθεί στην επιφάνεια, βουτάει προς τα κάτω στη βάση της ζώνης συναγωγής, για να λάβει περισσότερη θερμότητα από την κορυφή της ζώνης ακτινοβολίας. Κατά την ορατή επιφάνεια του ήλιου, η θερμοκρασία έχει πέσει σε 5.700 Κ και η πυκνότητα σε μόλις 0,2 g/m3 (περίπου το 1 / 6,000th της πυκνότητας του αέρα στο επίπεδο της θάλασσας).

Οι θερμικές στήλες στη ζώνη συναγωγής θερμότητας δημιουργούν ένα αποτύπωμα στην επιφάνεια του Ήλιου, ως ηλιακή κοκκίδωση και υπερκοκκίδωση. Η πολυτάραχη συναγωγή αυτού του εξωτερικού τμήματος του ηλιακού εσωτερικού προκαλεί ένα "μικρής κλίμακας" δυναμό που παράγει βόρειους και νότιους μαγνητικούς πόλους σε όλη την επιφάνεια του Ήλιου. Οι θερμικές στήλες του ήλιου είναι κύτταρα Μπερνάρντ και συνεπώς τείνουν να είναι εξαγωνικά πρίσματα.

Φωτόσφαιρα

Πάνω ακριβώς από τον ηλιακό πυρήνα υπάρχει στοιβάδα πάχους 400 χλμ. (km) η οποία και φθάνει μέχρι την επιφάνεια. Η στοιβάδα αυτή της Ηλιακής σφαίρας από την οποία και προέρχεται όλη η ακτινοβολούμενη ηλιακή ενέργεια, δηλαδή η θερμότητα και το φως ονομάσθηκαν φωτόσφαιρα. Συνεπώς ο παρατηρούμενος κάθε φορά δίσκος του Ηλίου, δηλαδή η ορατή επιφάνεια του Ήλιου, αντιστοιχεί στη φωτόσφαιρα. Κάτω από το στρώμα αυτό ο Ήλιος γίνεται αδιαφανής στο ορατό φως.

Πάνω από τη φωτόσφαιρα το ορατό φως του ήλιου είναι ελεύθερο να διαδοθεί στο διάστημα, και η ενέργεια του ξεφεύγει εντελώς από τον Ήλιο. Η αλλαγή της αδιαφάνειας οφείλεται στη μείωση του ποσού των ιόντων υδρογόνου, τα οποία απορροφούν το ορατό φως εύκολα. Αντίστροφα, το ορατό φως που βλέπουμε παράγεται ως ηλεκτρόνια που αντιδρούν με άτομα του υδρογόνου για την παραγωγή H-ιόντων. Η φωτόσφαιρα είναι δεκάδες έως εκατοντάδες χιλιόμετρα παχιά, είναι ελαφρώς λιγότερο αδιαφανής από τον αέρα πάνω στη Γη. Επειδή το πάνω μέρος της φωτόσφαιρα είναι πιο δροσερό από το κάτω μέρος, μια εικόνα του Ήλιου φαίνεται πιο φωτεινή στο κέντρο από ό, τι στην άκρη και στα άκρα του ηλιακού δίσκου, σε ένα φαινόμενο γνωστό ως συσκότιση άκρου. Το φως του ήλιου έχει περίπου φάσμα μέλανος σώματος, το οποίο δείχνει ότι θερμοκρασία του είναι περίπου 6.000 Κ, που διανθίζεται με ατομικές γραμμές απορρόφησης από τα αδύναμα στρώματα πάνω από τη φωτόσφαιρα. Η φωτόσφαιρα έχει μια πυκνότητα σωματιδίων ~ 10 ^23/ m^3 (αυτό είναι περίπου το 0,37% του αριθμού των σωματιδίων ανά μονάδα όγκου της ατμόσφαιρας της Γης στην επιφάνεια της θάλασσας. Ωστόσο, τα σωματίδια στη φωτόσφαιρα είναι τα ηλεκτρόνια και τα πρωτόνια, έτσι ώστε ο μέσος όρος των σωματιδίων στον αέρα είναι 58 φορές βαρύτερα).

Κατά τη διάρκεια των πρώτων μελετών του οπτικού φάσματος της φωτόσφαιρα, μερικές γραμμές απορρόφησης βρέθηκαν ότι δεν ανταποκρίνονται σε κανένα χημικό στοιχείο γνωστό στη Γη. Το 1868, ο Norman Lockyer υπέθεσε ότι αυτές οι γραμμές απορρόφησης ήταν εξαιτίας ενός νέου στοιχείου το οποίο ονόμασε Ήλιο, από το όνομα του ελληνικού θεού Ήλιου. Μόλις 25 χρόνια αργότερα,οι επιστήμονες μπόρεσαν να ανιχνεύσουν και να ταυτοποιήσουν το στοιχείο Ήλιο και στη Γη.

Ατμόσφαιρα Ηλίου

Πάνω από τη φωτόσφαιρα εξακριβώνεται ότι υπάρχει ηλιακή ύλη και μάλιστα σε στρώμα μεγάλου πάχους. Αυτό ονομάζεται ηλιακή ατμόσφαιρα ή ατμόσφαιρα του Ηλίου. Η Ατμόσφαιρα του Ηλίου δεν είναι ορατή, διότι η θερμοκρασία της και κατ΄ επέκταση η λαμπρότητά της είναι μικρότερη από της φωτόσφαιρας, και τόσο που να αποκρύπτεται από το έντονο διάχυτο φως της ημέρας, όπως ακριβώς αποκρύπτονται και οι αστέρες. Γίνεται όμως ορατή στις ολικές εκλείψεις του Ηλίου ως λαμπρός φωτοστέφανος που περιβάλλει τον δίσκο του Ηλίου.
Η Ηλιακή ατμόσφαιρα διακρίνεται σε δύο επιμέρους στοιβάδες. Η πρώτη εξ αυτών που βρίσκεται αμέσως πάνω από τη φωτόσφαιρα καλείται χρωμόσφαιρα. Το ύψος της φθάνει περί τα 15.000 χλμ. (km), η δε θερμοκρασία της ανέρχεται στους 100.000° Κ. Παρουσιάζει έντονο ρόδινο χρώμα, εξ ου και έλαβε το όνομα χρωμόσφαιρα. Πάνω από την χρωμόσφαιρα βρίσκεται το στέμμα ή Ηλιακό στέμμα ή στέμμα Ηλίου του οποίου τα όρια φθάνουν σε απόσταση πέντε ηλιακών ακτίνων. Η θερμοκρασία του στέμματος ανέρχεται περίπου στους 1,5 Χ 106 βαθμούς.

Μαγνητικό πεδίο
απεικόνιση του ηλιακού μαγνητικού πεδίου. Η σπειροειδής μορφή οφείλεται στην διαφορική περιστροφή του Ήλιου.

Ο Ήλιος είναι ένα μαγνητικά ενεργό αστέρι. Διαθέτει ένα ισχυρό, εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο το οποίο αλλάζει από έτος σε έτος και αντιστρέφει την πολικότητα του περίπου κάθε έντεκα χρόνια, γύρω από το ηλιακό μέγιστο. Το μαγνητικό πεδίο του ήλιου επηρεάζει πολλά φαινόμενα που συνολικά ονομάζονται ηλιακή δραστηριότητα, όπως οι ηλιακές κηλίδες στην επιφάνεια του Ήλιου, οι ηλιακές εκλάμψεις, και ο ηλιακός άνεμος που μεταφέρει ύλη μέσα στο Ηλιακό Σύστημα. Οι επιπτώσεις της ηλιακής δραστηριότητας στη Γη περιλαμβάνουν το σέλας σε μέτρια έως υψηλά γεωγραφικά πλάτη, και η διακοπή των ραδιοφωνικών επικοινωνιών και ηλεκτρικής ενέργειας. Η ηλιακή δραστηριότητα θεωρείται ότι έπαιξε σημαντικό ρόλο στη διαμόρφωση και εξέλιξη του Ηλιακού Συστήματος. Η ηλιακή δραστηριότητα αλλάζει τη δομή της εξωτερικής ατμόσφαιρας της Γης.

Όλη η ύλη του Ήλιου είναι με τη μορφή αερίου και πλάσματος, λόγω των υψηλών θερμοκρασιών του. Αυτό καθιστά δυνατό ο Ήλιος να περιστρέφεται γρηγορότερα στον ισημερινό του (περίπου 25 ημέρες) από ό,τι σε υψηλότερα γεωγραφικά πλάτη (περίπου 35 ημέρες κοντά στους πόλους). Η περιστροφή του σε διάφορα γεωγραφικά πλάτη του ήλιου ωθεί τις γραμμές του μαγνητικού πεδίου να πλέκονται μεταξύ τους με τον καιρό, προκαλώντας στο μαγνητικό πεδίο βρόχους και εκρήξεις στην επιφάνεια του. Αυτό ίσως δημιουργεί τις ηλιακές κηλίδες και τις ηλιακές εκλάμψεις. Η ενέργεια συστροφής δημιουργεί το ηλιακό δυναμό και ένα 11-ετή ηλιακό κύκλο μαγνητικής δραστηριότητας, καθώς το μαγνητικό πεδίο του ήλιου αντιστρέφεται περίπου κάθε 11 χρόνια.

Το ηλιακό μαγνητικό πεδίο εκτείνεται πολύ πέρα από τον ίδιο τον Ήλιο. Ο μαγνητισμένος άνεμος ηλιακού πλάσματος παρασύρει το μαγνητικό πεδίο του Ήλιου στο χώρο που σχηματίζουν το λεγόμενο διαπλανητικό μαγνητικό πεδίο. Δεδομένου ότι το πλάσμα μπορεί να κινηθεί μόνο κατά μήκος των γραμμών του μαγνητικού πεδίου, το διαπλανητικό μαγνητικό πεδίο εκτείνεται ακτινωτά μακριά από τον Ήλιο. Επειδή τα πεδία πάνω και κάτω από τον ηλιακό ισημερινό έχουν διαφορετικές πολικότητες με κατεύθυνση προς και μακριά από τον Ήλιο, υπάρχει ένα λεπτό στρώμα ρεύματος στο ηλιακό ισημερινό επίπεδο, το οποίο ονομάζεται ηλιοσφαιρικό φύλλο ρεύματος. Στις μεγάλες αποστάσεις η περιστροφή του Ήλιου συστρέφει το μαγνητικό πεδίο και το φύλλο ρεύματος σε μία μορφή που μοιάζει με σπείρα του Αρχιμήδη και ονομάζεται σπείρα του Πάρκερ. Το διαπλανητικό μαγνητικό πεδίο είναι πολύ ισχυρότερο από ό,τι η δίπολη συνιστώσα του ηλιακού μαγνητικού πεδίου. Το μαγνητικό δίπολο πεδίο του Ήλιου με 50-400 μΤ (στη φωτόσφαιρα) μειώνει με τον κύβο της απόστασης σε περίπου 0,1 nT στην απόσταση της Γης. Ωστόσο, σύμφωνα με τις παρατηρήσεις διαστημόπλοιων στο διαπλανητικό πεδίο στη θέση της Γης είναι περίπου 100 φορές μεγαλύτερο στα περίπου 5 nT.

Σύσταση

Ο Ήλιος αποτελείται κατά 74% από υδρογόνο, κατά 25% από ήλιο και 1% από άλλα στοιχεία. Το υδρογόνο αποτελεί το κύριο καύσιμο για τις θερμοπυρηνικές αντιδράσεις που παράγουν την ενέργεια που ακτινοβολεί, ενώ το ήλιο προέρχεται κυρίως από τα προϊόντα της πυρηνικής σύντηξης του υδρογόνου.

Ο Ήλιος δεν έχει σαφή επιφάνεια όπως έχουν οι γήινοι πλανήτες. Η πυκνότητα των αερίων μειώνεται σε συνάρτηση με την ακτίνα του Ηλίου με ένα νόμο αντιστρόφου τετραγώνου. Η ακτίνα του Ηλίου μετριέται από το κέντρο του άστρου έως τη φωτόσφαιρα, έξω από την οποία δεν λαμβάνει χώρα η πυρηνική σύντηξη.

Στο κέντρο του Ηλίου η θερμοκρασία φθάνει τους 20 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου. Σε τέτοια θερμοκρασία τα άτομα έχουν χάσει τα ηλεκτρόνιά τους, βρίσκονται δηλαδή ιονισμένα και η κατάσταση της ύλης καλείται πλάσμα. Αυτό έχει ως συνέπεια τα άτομα υπερθερμασμένα να κινούνται με μεγάλες ταχύτητες, να συγκρούονται μεταξύ τους σφοδρά έτσι ώστε δύο άτομα υδρογόνου να ενώνονται κολλάνε κατά τη σύγκρουση. Αν ακολουθήσουν άλλες δύο συγκρούσεις τότε προστίθενται άλλα δύο άτομα υδρογόνου στο σύνολο φτιάχνοντας έτσι ένα σταθερό άτομο ηλίου. Τα τέσσερα μεμονωμένα άτομα υδρογόνου ζυγίζουν περισσότερο, πριν τη συγχώνευση, από ένα άτομο ηλίου που δημιουργήθηκε με τη συγχώνευση. Η υπόλοιπη μάζα μετατράπηκε σε ενέργεια, σύμφωνα με την εξίσωση μετατροπής του Άλμπερτ Αϊνστάιν: Ε=mc².

Η ενέργεια του Ηλίου
Οι πλανήτες του Ηλιακού συστήματος κατά σειρά από τον Ήλιο

Ο Ήλιος είναι μία τεράστια σφαίρα από διάφορα αέρια κυρίαρχα των οποίων είναι το υδρογόνο και το ήλιο. Η θερμοκρασία που επικρατεί στον Ήλιο είναι τόσο μεγάλη ώστε να εξαερώνονται ακόμη και τα μέταλλα. Η ποσότητα ενέργειας που παράγεται είναι απίστευτη. Έχει προσδιοριστεί πως σε κάθε δευτερόλεπτο ο Ήλιος εκπέμπει τόση ενέργεια όση θα έδινε μια έκρηξη 4 δισεκατομμυρίων βομβών υδρογόνου των 100 μεγατόνων η κάθε μία. Και όλα αυτά για ένα μόνο δευτερόλεπτο, ενώ ο Ήλιος εκπέμπει εδώ και 5 δισεκατομμύρια χρόνια και θα συνεχίσει τουλάχιστον για άλλα τόσα.

Όπως αναφέρθηκε παραπάνω κάθε δευτερόλεπτο περίπου 655 εκατομμύρια τόνοι υδρογόνου από τη μάζα του ήλιου μετατρέπονται σε 650 εκατομμύρια τόνους ηλίου που συνεχίζουν να αποτελούν μάζα του Ήλιου. Από τη διαφορά αυτή 4,6 εκατομμύρια τόνοι μετατρέπονται σε ενέργεια. Η ύλη δηλαδή στην καρδιά των άστρων αποτελείται από μίγμα ελεύθερων πυρήνων και ελεύθερων ηλεκτρονίων. Επειδή το υδρογόνο είναι κύριο συστατικό των άστρων, αυτό σημαίνει πως το αστρικό πλάσμα αποτελείται κυρίως από ελεύθερα πρωτόνια που θα πρέπει να συνδεθούν μεταξύ τους για να σχηματίσουν το στοιχείο ήλιο. Υπό αυτές τις συνθήκες ο Ήλιος είναι ένας τεράστιος θερμοπυρηνικός αντιδραστήρας που μετατρέπει το υδρογόνο σε ήλιο. Και μάλιστα στη διάρκεια αυτή της διαδικασίας σε κάθε δευτερόλεπτο μετατρέπει σε ενέργεια 4,6 εκατομμύρια τόνους από τη μάζα του. Παρόλο όμως που χάνει τόση μάζα, είναι τόσο πολύ τεράστιος που και δισεκατομμύρια χρόνια να περάσουν θα χάσει μόλις το ένα εκατοστό της μάζας του. Όλα τα άστρα στον ουρανό ακτινοβολούν ενέργεια με τον ίδιο τρόπο έστω κι αν είναι μικρότερα ή μεγαλύτερα ή θερμότερα.
Μια έκρηξη στην επιφάνεια του Ήλιου, όπως καταγράφηκε στις 28 Σεπτεμβρίου 2008 από τον τεχνητό δορυφόρο STEREO της NASA

Το γενικό υπόβαθρο της εσωτερικής δομής των άστρων γενικά οφείλεται στον Άγγλο φυσικό αστρονόμο Άρθουρ Έντιγκτον (1882-1944) και πολύ πριν ανακαλυφθεί η πηγή ενέργειας των άστρων. Ο Έντιγκτον είχε περιγράψει την κατάσταση που επικρατεί στην καρδιά των άστρων ως εξής: "Μέσα σ΄ ένα κυβικό εκατοστό βρίσκονται συμπυκνωμένα ένα τρισεκατομμύριο τρισεκατομμυρίων άτομα, περίπου διπλάσια ελεύθερα ηλεκτρόνια και 20 δισεκατομμύρια τρισεκατομμυρίων ακτίνες Χ. Οι ακτίνες Χ κινούνται με τη ταχύτητα του φωτός και τα ηλεκτρόνια με ταχύτητα 16.000 χλμ το δευτερόλεπτο. Τα περισσότερα άτομα είναι απλά πρωτόνια (δηλαδή πυρήνες υδρογόνου) που τρέχουν με ταχύτητα περίπου 500 km/sec. Όμως στο χώρο υπάρχουν βαρύτερα άτομα που κινούνται πιo αργά 60 km/sec. Με τις παραπάνω ταχύτητες μπορείτε κάλλιστα να φανταστείτε το μέγεθος των συγκρούσεων που επακολουθούν".

Η διαδικασία αυτή εξηγήθηκε όμως για πρώτη φορά από τον Γερμανοαμερικανό φυσικό Χανς Α. Μπέτε το 1938 και αυτό του χάρισε το Βραβείο Νόμπελ Φυσικής το 1967.

Δύο είναι τα βασικά είδη των θερμοπυρηνικών αντιδράσεων που συμβαίνουν στις μάζες των άστρων. Η μία ονομάζεται αλυσίδα πρωτονίου - πρωτονίου και η άλλη κύκλος του άνθρακα. Και στα δύο αυτά είδη αντιδράσεων 4 πυρήνες υδρογόνου (Η-1) συγχωνεύονται σε ένα πυρήνα ηλίου (He-4) εκπέμποντας συγχρόνως συνολική ενέργεια 26,2 εκατομμυρίων ηλεκτρονιοβόλτ (MeV). Στη διάρκεια της διαδικασίας αυτής όταν 1000 γραμμάρια υδρογόνου συγχωνεύονται δημιουργούν 993 γραμμάρια ηλίου (He), γεγονός που σημαίνει ότι χάνονται συνολικά μόλις 7 γραμμάρια ύλης. Και είναι αυτή που μετατράπηκε σε τόση μεγάλη ενέργεια.
Ο θάνατος του Ηλίου

Η μάζα του Ηλίου δεν είναι τέτοια ώστε να τον οδηγήσει σε κατάσταση καινοφανούς ή υπερκαινοφανούς. Ωστόσο εκτιμάται πως σε 4 με 5 δισεκατομμύρια έτη, με την εξάντληση των αποθεμάτων υδρογόνου και τη μεταστοιχείωσή τους σε ήλιο και κατόπιν σε βαρύτερα στοιχεία, θα αρχίσει να διαστέλλεται σχηματίζοντας έναν κόκκινο γίγαντα. Αυτό θα συμβεί διότι η πίεση από τη σύντηξη των βαρύτερων στοιχείων είναι μεγαλύτερη από την αντίστοιχη του υδρογόνου, έτσι για να εξισοροπηθεί με τη βαρύτητα θα μεγαλώσει ο όγκος του Ηλίου. Αν και είναι πιθανόν η έκταση του κόκκινου γίγαντα να περιέχει την τροχιά της Γης, πρόσφατες έρευνες υποστηρίζουν πως η διαδικασία επέκτασης σε κόκκινο γίγαντα θα προωθήσει τη Γη σε απομακρυσμένη τροχιά, αποτρέποντας την εξάχνωσή της. Μετά τη φάση του κόκκινου γίγαντα, ο Ήλιος θα γίνει ένας άσπρος νάνος, που θα περιβάλλεται από ένα πλανητικό νεφέλωμα, ο οποίος θα ψύχεται για τα επόμενα 5 δισεκατομμύρια έτη.
Δείτε επίσης

Ηλιακή σταθερά
Έκλειψη Ηλίου

Σημειώσεις

Μια άλλη εκδοχή είναι ότι οι περίοδοι είναι η εξής: κατά μέσον όρο φθάνει τις 25 ημέρες και 23 λεπτά, στην περιοχή του ηλιακού ισημερινού περιορίζεται στις 24 ημέρες και 15 ώρες, ενώ σε απόσταση 45° από αυτόν τον ισημερινό φθάνει περίπου στις 28,5 ημέρες ενώ στους πόλους παρατηρείται ακόμη μεγαλύτερος

Παραπομπές

Williams, D.R. (2004). «Sun Fact Sheet». NASA. Ανακτήθηκε στις 2010-09-27.
«Solar System Exploration: Planets: Sun: Facts & Figures». NASA. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 2008-01-02.
Elert, G., επιμ.. «The Physics Factbook».
Seidelmann, P. K.; Abalakin, V.K.; Bursa, M.; Davies, M.E.; de Bergh, C.; Lieske, J.H.; Oberst, J.; Simon, J.L. και άλλοι. (2000). «Report Of The IAU/IAG Working Group On Cartographic Coordinates And Rotational Elements Of The Planets And Satellites: 2000». Ανακτήθηκε στις 2006-03-22.

«The Sun's Vital Statistics». Stanford Solar Center. Ανακτήθηκε στις 2008-07-29., με παραπομπή από Eddy, J. (1979). A New Sun: The Solar Results From Skylab. NASA, σελ. 37. NASA SP-402.

Εξωτερικοί σύνδεσμοι

Ήλιος, φυσική & αστρονομία
Τρέχουσες φωτογραφίες SOHO
Far-Side Helioseismic Holography από το Stanford
η σελίδα της NASA για τις εκλείψεις
Nasa SOHO (Solar & Heliospheric Observatory - Ηλιακό παρατηρητήριο) satelliteFAQ
Ηλιακοί ήχοι από το Stanford
Spaceweather.com
Krümmt die Sonne den Raum?
Νέα ανακάλυψη για τον ήλιο - Εξπρές, άρθρο, 23/03/2009

Εγκυκλοπαίδεια Αστρονομίας

Κόσμος

Αλφαβητικός κατάλογος

Hellenica World - Scientific Library

Από τη ελληνική Βικιπαίδεια http://el.wikipedia.org . Όλα τα κείμενα είναι διαθέσιμα υπό την GNU Free Documentation License