Güneşin Katmanları Nelerdir?

Güneş Hakkında Bilgi

Güneş dünyadaki hayatın enerji kaynağı olarak bilinir. Güneş ısı ve ışık kaynağıdır ama bu özelikleri kendisinde toplayan sayısız yıldız vardır. Güneşin en çok merak edilen özelliği ne gibi katmanlardan oluştuğudur. Güneş mars yada ay gibi olmayıp bir yıldız olduğundan yüzeyine inerek araştırma imkanı yoktur. O nedenle de yapılan araştırmalar kuramsal düzeydedir.

Güneş, Samanyolu Galaksisi’nde bulunan 200 milyar yıldızdan birisidir. Dünyamızın da içinde yer aldığı Güneş sisteminin merkezinde ise Güneş yer almaktadır.  Dünyamızın 109 katı büyüklükte olan Güneş, 7×105 km yarı çapa sahiptir ve yaşının ise 4,65 milyar olduğu düşünülüyor. Güneş, kendi ekseni etrafında 70.000 km hızla döner ve dönüşünü yaklaşık olarak 25 günde tamamlar. Güneş helyum ve hidrojenden oluşmaktadır. Güneşin yüzey sıcaklığı 5500 °C  ve merkez sıcaklığı da 15,6 milyon °C olduğu tahmin ediliyor. Güneş ışınları 8,44 dakikada yeryüzüne ulaşır.

Güneşin merkezine doğru gidildikçe sıcaklık ve basınç artmaktadır. İç güneşte yani Güneşin merkezinde üretilen ısı enerjisi dünyamıza ve uzaya iletilmektedir. İç güneşten çıkan ışınımlar dış tabakalar tarafından soğurulur. Güneşin ışınımını aldığımız kısmına güneşin atmosferi denir.

Güneş en büyük enerji kaynağıdır ve yeryüzüne ulaşan güneş enerjisi ise Güneş’ten çıkan enerjinin 2,2 milyarda 1’idir. Dünyadaki bütün enerji kaynaklarındaki enerji Güneş’in sadece üç günde yaymış olduğu enerjiye eşittir.

Güneş yüzeyinin kütlesinin % 74’ünü hidrojen oluşturur ve % 24-25’ini helyum oluşturur.  Geri kalan kütle ise Fe, Ni, O, Si, S, Mg, C, Ne, Ca, ve Cr gibi diğer elementlerden oluşur.

Güneşin Fiziksel Özellikleri

• Yaşı : 4 . 5 x 109 yıl
• Kütlesi : M = 1. 99 x 1030 kg
• Yarıçapı : R = 696000 km
• Yerküreden olan uzaklığı : 1 AB = 149675000 km
• Yüzey çekim ivmesi : g = 274 m / sn-2
• Ortalama yoğunluğu : 1409 kg / m3
• Yüzeyden kaçış hızı : 618 km
• Toplam ışıması : L = 3 . 86 x 1026 w ( = 3 . 86 x 1033 erg / sn-1 )
• Ekvatorda dönme dönemi : 25 . 38 gün
• Karacisim sıcaklığı : 5780 K
• Kütle kaybı oranı : 109 kg / sn
• Üzerindeki 1 açı saniyesi ( = 1 ) : 726 km

Güneşin Yapısı

Güneşin kütlesi Güneş Sistemi’nin toplam kütlesinin yaklaşık % 99’unu meydana getirmektedir. Güneş küre şeklinde bir yapıya sahiptir.

Güneş ekvatorda kutuplardan daha hızlı bir şekilde dönmektedir. Bunun nedeni ise katı halde değil de plazma halinde olmasıdır. Bunun sonucunda ise dönüş süresi ekvatorda 25 gün, kutuplarda 35 gündür. Ancak Dünya Güneş’in etrafında dönerken gözlem noktamız sürekli değiştiği için Güneş’in görünür dönüşü ekvatorda yaklaşık 28 gün kadardır. Bu yavaş dönüşün merkezkaç etkisi Güneş’in ekvatorunda yüzey çekiminden 18 milyon kat daha güçsüzdür. Aynı zamanda gezegenlerden kaynaklanan gelgit etkisi Güneş’in şeklini belirgin derecede etkilemez.

Kayalık gezegenlerde olduğu gibi Güneş’in belirli sınırları yoktur. Dış katmanlarında, merkezinden uzaklaştıkça gaz yoğunluğu üstel olarak azalır. Ancak aşağıda açıklandığı gibi Güneş’in belirgin bir iç yapısı bulunur. Güneş’in yarıçapı merkezinden ışıkyuvarının (fotosfer) kenarına kadar ölçülür. Bu hemen yukarısında gazların önemli miktarda ışık saçamayacak kadar çok soğuk ya da çok ince olduğu katmandır. Işık yuvarı çıplak gözle görülen yüzeydir. Güneş çekirdeği toplam hacminin yüzde 10’una ama toplam kütlesinin yüzde 40’ına sahiptir.

Güneş’in içi doğrudan gözlemlenemez ve Güneş elektromanyetik ışımaya karşı opaktır. Ancak nasıl sismoloji deprem tarafından üretilen dalgaları kullanarak Dünya’nın iç yapısını ortaya çıkarıyorsa helyosismoloji de Güneş’in içinden geçen basınç dalgalarını kullanarak iç yapısını ölçmeye ve görüntülemeye çalışır. Güneş’in bilgisayar modellemesi de iç katmanları araştırmak amacıyla kuramsal bir araç olarak kullanılır.

Güneşin Katmanları

1.Çekirdek

Güneş çekirdeği merkezden 0,2 güneş yarıçapına kadar uzanır. Yoğunluğu 150.000 kg/m³ (Yeryüzünde suyun yoğunluğunun 150 katı) civarında, sıcaklığı da 13.600.000 kelvin kadardır (yüzey sıcaklığı yaklaşık 5.800 kelvindir). Yakın zamandaki SOHO (Solar and Heliospheric Observatory) misyonunun getirdiği bilgiler çekirdekte işınsal bölgeye doğru daha hızlı bir dönme hızı olduğunu belirtmektedir Güneş’in yaşamının çoğunda enerji, proton-proton zincirleme tepkimesi diye adlandırılan aşamalardan oluşan ve hidrojeni helyuma çeviren nükleer füzyon ile oluşur. Çekirdek, füzyon ile önemli derecede ısı oluşturulan tek yerdir. Yıldızın geri kalanı çekirdekten dışarıya doğru transfer edilen enerjiyle ısınır. Çekirdekte füzyonla oluşan tüm enerji arka arkaya gelen katmanlardan geçerek güneş ışıkyuvarına ulaşır ve buradan uzaya günışığı ve parçacıkların kinetik enerjisi olarak yayılır.

Güneş’te serbest olarak bulunan toplam ~8.9×10⁵⁶ proton (hidrojen çekirdeği) her saniye 3,4×10³⁸ kadarı helyum çekirdeğine dönüşür, saniyede 4,26 milyon ton madde-enerji dönüşüm oranıyla saniyede 383 yottawatt (3,83×10²⁶ W) ya da 9,15×10¹⁰ megaton TNT enerji açığa çıkar. Bu aslında güneş çekirdeğinde 0,3 µW/cm³ ya da 6 µW/kg madde gibi oldukça düşük bir enerji üretimi oranına karşılık gelir. Örneğin insan vücudu yaklaşık olarak 1,2 W/kg ısı üretir, yani bu da Güneş’in birim kütle başına milyonlarca katı demektir. Dünya üzerinde benzer parametreler kullanılarak plazma ile enerji üretilmesi tamamen mantıksız olacaktır çünkü orta kapasitede 1 GW’lık bir füzyon güç santralı bir küp mil hacminde 170 milyar tonluk plazmaya ihtiyaç duyacaktır. Dolayısıyla yeryüzünde bulunan füzyon reaktörleri, Güneş’in içindekinden çok daha yüksek plazma sıcaklıkları kullanmaktadır.

Nükleer füzyon hızı, yoğunluk ve sıcaklığa çok yakından bağlıdır, dolayısıyla çekirdekteki füzyon hızı kendi kendini düzenleyen bir dengeye sahiptir. Biraz yüksek bir füzyon hızı sonucunda çekirdek ısınarak dış katmanlara doğru hafifçe genişleyecek, füzyon hızını azaltacak ve kendini düzenleyecektir. Biraz düşük bir füzyon hızı da çekirdeğin soğumasına ve daralmasına dolayısyla da füzyon hızının artmasına neden olacaktır.

Nükleer füzyon tepkimeleri sonucunda açığa çıkan yüksek enerjili fotonlar (kozmik, gama ve X ışınları) güneş plazmasının yalnızca birkaç milimetresi tarafında emilir ve tekrar rastgele yönlerde çok az enerji kaybederek tekrar yayılır, bu nedenle de ışımanın Güneş’in yüzeyine ulaşması uzun zaman alır. “Foton yolculuk zamanı” 10.000 ilâ 170.000 yıl kadar sürer.

Isıyayımsal dış katmandan şeffaf “yüzey” ışıkyuvara doğru son bir yolculuktan sonra fotonlar görünür ışık olarak kaçar. Güneş’in merkezinde bulunan her gama ışını uzaya kaçmadan önce birkaç milyon görünür ışık fotonuna dönüşür. Nötrinolar da çekirdekteki tepkimelerde oluşur ama fotonların aksine nadiren madde ile etkileşime girer, dolayısıyla hemen hemen hepsi Güneş’ten hemen kaçabilir. Çok uzun yıllar, Güneş’te üretilen nötrinoların ölçümü kuramlar sonucu tahmin edilenden 3 kat daha düşüktü. Bu tutarsızlık yakın zamanda nötrino salınım etkilerinin keşfiyle çözüldü. Güneş gerçekten de kuramlarca önerilen miktarda nötrinoyu açığa çıkarmakta ancak nötrino algılayıcıları bunların üçte ikisini kaçırmaktadır çünkü nötrinolar kuantum sayılarını değiştirmektedir.

2.Işınsal bölge

Yaklaşık 0,2 güneş yarıçapından 0,7 güneş yarıçapına kadar bulunan madde, çekirdekteki yoğun ısıyı dışarı doğru temal radyasyonla taşıyacak kadar sıcak ve yoğundur. Bu bölgede ısıyayım yoktur, yükseklik arttıkça madde soğusa da sıcaklık düşümü adyabatik sapma oranından düşük olduğu için ısıyayım oluşamaz. Isı ışınım yoluyla iletilir. Hidrojen ve helyum iyonları foton açığa çıkarır. Fotonlar diğer iyonlar tarafından emilmeden bir miktar yol alır. Bu şekilde enerji dışarı doğru çok yavaş bir hızla ilerler.

Işınsal ile ısıyayımsal bölge arasında “tachocline” adı verilen bir geçiş katmanı bulunur. Burada ışınsal bölgenin tekdüze dönüşüyle ısıyayımsal bölgenin kademeli dönüşü arasında oluşan ani değişiklik büyük bir kırılmaya neden olur.

3.Isıyayımsal bölge

Güneş’in dış katmanında, yani yarıçapının % 70 aşağısına kadar olan bölgede plazma ısıyı dışarıya doğru ışıma yoluyla iletecek kadar yoğun ve sıcak değildir. Sonuç olarak sıcak sütunların yüzeye yani ışıkyuvara doğru madde taşıdığı ısıyayım oluşur. Yüzeye çıkan madde soğuyunca tekrar ısıyayımsal bölgenin başladığı yere çökerek ışınsal bölgenin üst kısmından daha fazla ısı alır.

Isıyayımsal bölgede bulunan termal sütunlar Güneş’in yüzeyinde belirli bir iz bırakır. Güneş’in iç bölgesinin dış katmanı olan bu bölgedeki türbülanslı ısıyayım küçük ölçekli bir dinamo yaratarak Güneş’in yüzeyinin tamamında manyetik kuzey ve güney kutuplar yaratır.

4.Işıkyuvar

Işıkyuvar, Güneş’in görünen yüzeyi, hemen altında görünen ışığa opak olduğu katmandır. Işıkyuvarın üzerinde görünen günışığı uzaya serbestçe yayılır ve enerjisi Güneş’ten uzaklaşır. Opaklıkta olan değişiklik görünen ışığı kolayca soğuran H^– iyonlarının miktarlarının azalmasıdır. Buna karşın görünen ışık elektronların hidrojen atomlarıyla H^– iyonu oluşturmak için tepkimeye girmesiyle oluşur. Işıkyuvar on ile yüz kilometre arasındaki kalınlığıyla Dünya üzerinde bulunan havadan daha az opaktır. Işıkyuvarın üst kısmının alt kısmından soğuk olması nedeniyle Güneş ortada kenarlara nazaran daha parlakmış gibi görünür. Güneş’in kara cisim ışınımı 6.000 K sıcaklığında olduğunu gösterir. Işıkyuvarın parçacık yoğunluğu yaklaşık 10²³ m⁻³‘dir bu da Dünya havayuvarının deniz düzeyindeki parçacık yoğunluğunun % 1’i kadardır.

Işıkyuvarın ilk optik tayf incelemeleri sırasında bazı soğurma çizgilerinin o zamanlar Dünya üzerinde bilinen hiçbir elemente ait olmadığı anlaşıldı. 1868 yılında Norman Lockyer bunun yeni bir elemente ait olduğu varsayımını öne sürdü ve adını Yunan güneş tanrısı Helios’tan esinlenerek “helyum” koydu. Bundan ancak 25 yıl sonra helyum yeryüzünde izole edilebildi.^[24]

5.Gazyuvar

Güneş’in ışıkyuvar üzerinde bulunan bölümlerine topluca güneş gazyuvarı denir. Radyo dalgalarından görünür ışığa ve gama ışınlarına kadar olan elektromanyetik spektrumda çalışan teleskoplarlarla görünebilir ve başlıca beş bölgeden oluşur: Sıcaklık ineci, renkyuvar, geçiş bölgesi, korona ve günyuvar. Güneş’in dış gazyuvarı sayılan günyuvar Plüton’un yörüngesinin çok ötesine gündurguna kadar uzanır. Gündurgunda yıldızlararası ortam ile şok dalgası şeklinde bir sınır oluşturur. Renkyuvar, geçiş bölgesi ve korona Güneş’in yüzeyinden daha sıcaktır. Sebebi tamamen kanıtlanmasa da kanıtlar Alfvén dalgalarının koronayı ısıtabilecek kadar enerjiye sahip olabileceğini göstermektedir.

Güneş’in en soğuk bölgesi ışıkyuvarın yaklaşık 500 km üzerindeki sıcaklık ineci bölgesidir. Sıcaklık yaklaşık 4.000 K’dir. Bu bölge karbonmonoksit ve su gibi basit moleküllerin soğurma tayflarıyla farkedilebileceği kadar soğuktur.

Sıcaklık ineci bölgenin hemen üzerinde 2.000 km kalınlığında, yayılım ve soğurma çizgilerinin egemen olduğu ince bir katman bulunur. Adının renkyuvar olmasının nedeni, güneş tutulmalarının başında ve sonunda bu bölgenin renkli bir ışık olarak görülmesidir. Renkyuvarın sıcaklığı yükseldikçe artar ve en üst bölgede 100.000 K’e erişir.

Işıkyuvarın üzerinde, sıcaklığın çok hızla 100.000 K’den bir milyon K’e çıktığı geçiş bölgesi yer alır. Sıcaklık artışının nedeni bölgede bulunan helyumun yüksek sıcaklıklar nedeniyle tamamen iyonize olarak faz geçişidir. Geçiş bölgesi kesin belirli bir yükseklikte oluşmaz. Daha çok renkyuvarda bulunan iğnemsi ve ipliksi yapıların çevresinde bir ayça oluşturur ve sürekli kaotik bir hareket içindedir. Geçiş bölgesi yeryüzünden kolay görülmez ama uzaydan, elektromanyetik spektrumun morötesi bölümüne kadar hassas cihazlar tarafından kolayca gözlemlenebilir.

Korona hacim olarak Güneş’ten çok daha büyük olan dış gazyuvarı katmanıdır. Korona tüm Güneş Sistemi’ni ve günyuvarını kaplayan güneş rüzgârına pürüzsüzce geçiş yapar. Korona’nın Güneş yüzeyine yakın olan alt katmanlarının parçacık yoğunluğu 10¹⁴–10¹⁶ m⁻³‘dur. Sıcaklığı birkaç milyon kelvin civarındadır.

Günyuvar ise yaklaşık 20 güneş yarıçapınden (0,1 GB) Güneş Sistemi’nin en son noktasına kadar uzanır. İç sınırlarının tanımıgüneş rüzgârının süperalfvénik akışa sahip olması yani bu akışın Alfvén dalgalarının hızından daha fazla olması ile belirlenir. Bu sınırın dışındaki türbülans ya da dinamik kuvvetler Güneş koronasının şeklini etkilemez çünkü bilgi ancak Alfvén dalgalarının hızıyla yayılabilir. Güneş rüzgârı, sürekli olarak günyuvar boyunca dışa doğru akar, Güneş’ten 50 GB ötede gündurguna çarpana kadar güneş manyetik alanını spiral bir şekle sokar. Aralık 2004’te Voyager 1 uzay sondasının, gündurgun olduğuna inanılan bir şok dalgası cephesini geçtiği bildirildi. Her iki Voyager sondası da sınıra yaklaştıkça daha yüksek düzeyde enerji yüklü parçacıkların varlığını kaydetti.