Csillagunk a Nap

A Naprendszer messze legnagyobb tagja egy gáznemű sugárzó gömb, a Nap.

• átmérő: 1,390,000 km
• tömeg: 1.989e30 kg
• a mag hőmérséklete: 15,000,000 K
• felszíni hőmérséklet: 5800 K

A Naprendszer tömegének 99,87%-a koncentrálódik benne, a fennmaradó rész háromnegyedét pedig a Jupiter teszi ki. Átmérője a Földének 109, míg a Jupiterének közel 10-szerese. Óriási tömege révén a Nap hatalmas gravitációs erőt fejt ki, s ez az erő tartja együtt a rendszert, és irányítja valamennyi bolygó és kisebb égitest mozgását is.

A Napból áradó fantasztikus mennyiségű energia elsősorban közeli ibolyántúli, látható és infravörös sugárzás formájában hagyja el a csillagot, de emellett a Nap kisebb mennyiségben mindenféle más sugárzást is kibocsát, a gamma- és röntgensugaraktól egészen a rádióhullámokig. A Nap elemi részecskéket is kisugároz, amelyet napszélnek nevezünk.

A Napból másodpercenként kisugárzott energia teljes mennyiségét a Nap sugárzási teljesítményének nevezzük, és ugyanúgy wattban fejezzük ki, mint egy villanykörte teljesítményét. Ez az érték 3,86e26 watt. A kisugárzott energiamennyiségnek legfeljebb csak tízmilliárdod része éri el a Földet. A földi légkör 1 négyzetméterére merőlegesen beeső teljesítmény még így is 1370 watt. Ez a mennyiség a napállandó.

A Nap középpontjában a hőmérsékletet kb. 15 millió K-re, a sűrűséget pedig a ránehezedő külső rétegek hatalmas nyomása miatt 160000 kg/m3-re (a víz sűrűségének 160-szorosára) becsülik. A Nap rádiuszának mintegy egynegyedéig terjedő központi mag fúziós atomerőműként működik ahol az energia nagyenergiájú fotonok, így gamma- és röntgensugárzás formájában szabadul fel a könnyebb elemek nehezebbekké való egyesülése közben.

A Nap magjában lejátszódó fúziós folyamatban proton-proton reakció zajlik le, melynek során hidrogénatomok magjai (vagyis protonok) egyesülnek, s héliumatommagok jönnek létre. Minden reakcióban 4 proton egyesül egy-egy héliummaggá, kettő pedig átalakul neutronná. Minden reakcióban egy kicsiny tömeg energiává alakul át az E=mc2 képletnek megfelelően. Bár az egyes proton-proton reakciókban a tömegnek csak 0,7%-a alakul át energiává, a lejátszódó nagy számú reakciók miatt a Nap másodpercenként 4 millió tonna anyagot használ fel fényerejének megtartására. Az óriási anyagvesztés ellenére a Nap még a mostanihoz hasonló szinten 5 – 6 milliárd évig sugározhat.

Ezt veszi körül kb. a sugár 70%-áig a röntgensugárzási zóna. Ebben a tartományban a fotonok gyakran ütköznek, elnyelődnek, majd véletlenszerűen kisugárzódnak. Egy-egy fotont oly sokszor érik ilyen megpróbáltatások, hogy legkevesebb tízezer, de akár 1 millió évig is eltarthat mire a felszínre ér.

A Nap felszínközeli külső, 25 – 30%-ot kitevő részében nagyarányú konvekció zajlik. A hő az anyag áramlása révén jut el a fotoszférába, majd onnan sugárzódik ki a világűrbe. Ezt a réteget konvektív zónának nevezik.

A Nap átlagos sűrűsége (1410 kg/m3) a Föld átlagos sűrűségének csak egynegyede, a víz sűrűségének pedig 1,4-szerese, ami azt sugallja, hogy a Napot főként könnyebb kémiai elemek alkotják: 73% hidrogén, 25% hélium, 2%-ban pedig nehezebb elemek.

A Nap gyorsabban forog az egyenlítőjénél, mint a pólusokon. Az egyenlítőn mért forgási periódus 25 nap, a sarkok közelében 35 nap.

A Nap „látható” felszíne a fotoszféra, amely vékony gáznemű réteg s gyakorlatilag az összes napfény ebből származik. A fotoszféra hőmérséklete mintegy 5800 K. A fotoszféra fölött a pár ezer kilométer vastag ritkább réteg a kromoszféra helyezkedik el. A kromoszférában a fotoszféra fölött néhány száz kilométer magasban a hőmérséklet 4300 K-re csökken. Ezután a hőmérséklet gyorsan nő addig az átmeneti rétegig, amelyik a kromoszférát a Nap legkülső rétegét a koronától elválasztja.

A korona a Nap rádiuszát többszörösen kitevő távolságig terjed, hőmérséklete 1 – 5 millió K között van. A kicsiny sűrűségű korona belsejében a részecskék mozgása igen nagy. A korona túl halvány ahhoz, hogy speciális eszközök nélkül látni lehessen, ami alól kivétel a teljes napfogyatkozás ideje, amikor a holdkorong legfeljebb néhány percre takarja el a fotoszféra vakító fényét.

A koronából áramlanak ki azok a részecskék, amiket napszélnek nevezünk. A Nap fehér fénye színképnek (spektrumnak) nevezett színes fénysávra bontható a vöröstől a kékig és az ibolyáig. A látható spektrum pontosan olyan, mint a szivárvány, mert a levegőben lebegő vízcseppek fénytörő prizmaként bontják színeire a napfényt. A prizmával előállított spektrum színeiről először Newton mutatta ki, hogy további színekre már nem bonthatók. A napfény folyamatos színképében több ezer abszorpciós vonal található. Az abszorpciós vonalak ujjlenyomatként jellemzőek a Nap mélyebb légkörében található kémiai elemekre.

A fotoszféra fényes granulák millióiból áll. A granulák átlagos élettartama 9 perc, ezalatt keletkeznek, alakjukat változtatják és elenyésznek. Átmérőjük kb. 1000 km. A granulák olyan cellák amelyekben a forró gázok a mélyből felfelé igyekszenek és a granulák közötti sötétebb közökben süllyednek vissza. Kialakulhatnak szupergranulák, amelyek több száz elkülönült granulát tartalmazó cellák.

A fotoszféra szembetűnőbb jelenségei a napfoltok, melyek umbrából, sötét központi régióból és penumbrából, az umbrát körülvevő kevésbé sötét régió, amelyet a középpont felől szétágazó sötét és világos szálak alkotnak.

A napfoltok sötétnek tűnnek a fotoszféra más részeihez viszonyítva, ami abból adódik, hogy környezetüknél mintegy 2000 K-nel alacsonyabb a hőmérsékletük. Hőmérsékletük átlagosan 4000 K. A napfoltok mérete a piciny pórusoktól a granula méreten keresztül a több milliárd négyzetkilométerig terjedhet. A foltoknak kb. 5%-a olyan nagy, hogy kedvező körülmények mellett szabad szemmel is látni lehet. Az átlagos foltcsoport élettartama két hét, de a nagyobbak ennél hosszabb ideig fennmaradnak.

A napfoltok száma kb. 11,1 éves ciklussal változik. Az egymás után következő ciklusok maximumai között pedig kb. 80 éves periódust lehet felfedezni. Történelmi beszámolók szerint nem egy nagyobb szünet is volt a napfoltciklusban pl. a Maunder-féle minimum 1645 – 1715 között.

Protuberanciák: A Nap leglátványosabb jelenségei. A felső kromoszféra és a korona környező anyagánál alacsonyabb hőmérsékletű, de nagyobb sűrűségű gazokból álló felhők, szökőkutak és lángnyelvek. Teljes napfogyatkozáskor közvetlenül is láthatók, de leginkább azokon a hullámhosszokon figyelhető meg, amelyeken a hidrogén és a hélium fényt bocsát ki vagy nyel el. Az elnyelési hullámhosszakon vizsgált protuberanciát filamentumnak is nevezik. A protuberanciák élettartama változatos, akár egy évig is imbolyoghatnak a koronában.

Flerek: A Nap leghevesebb megnyilvánulásai, más néven napkitörések. Az összetett napfoltcsoportokhoz kapcsolódó összekuszálódott mágneses térben felhalmozott energia robbanásszerűen felszabadul, s ennek következtében az ott levő elemi részecskék nagy sebességre gyorsulnak fel és kilökődnek. Ilyenkor nagy energiájú részecskék zápora éri el a Föld mágneses mezejét illetve légkörét. Élettartama maximum pár óra. Egy napkitörés egy-két percen belül eléri maximális fényességét.

Korona: A korona jóval forróbb a fotoszféránál és magas hőmérséklete miatt a röntgensugárzása igen erős, a fotoszférával ellentétben, amelynek röntgensugárzása elenyésző. A napfoltmaximumokat kivéve a korona szerkezete meglehetősen egyenetlen. A röntgen- és ibolyántúli felvételeken sötét foltokként feltűnő koronalyukak hidegebb, alacsonyabb sűrűségű és nyitott mágneses mezejű képződmények (azaz a mágneses erővonalak valahol a bolygóközi térben záródnak ahelyett, hogy visszakanyarodnának a Nap felé). A koronalyukakból indul ki a napszél. A teljes napfogyatkozás alkalmával szépen megfigyelhető.