De levenswandel van onze Zon
De levenswandel van onze Zon
Ruim een week geleden schreven we op deze site een verhaal over de reuzenster Betelgeuze, die op het punt staat een supernova te worden. We concludeerde dat dit wellicht een prachtig schouwspel aan onze hemel zou worden, maar dat we verder van die gigantische explosie geen gevaar te duchten hebben, omdat Betelgeuze zich op een enorme afstand van ongeveer 600 lichtjaren bevindt. Dat verhaal kunt u hier nog lezen.
Dat verhaal heeft heel wat reacties losgemaakt, en men was vaak opgelucht dat we hier ‘veilig’ waren, maar sommige lezers vroeg zich toch af of dat wel werkelijk het geval is. Onze nabije zon is immers ook een ster, die in de toekomst wellicht een keer ontploft? De Aarde is inderdaad niet eeuwig veilig. In dit verhaal zullen we daarom de levenswandel van onze zon onder de loep nemen.
Een prachtige foto van een groepje zonnevlekken. Ze steken donker af tegen de omgeving, omdat de temperatuur in de zonnevlek een paar duizend graden lager ligt dan het gebied daar omheen.
Een ‘gemiddelde’ ster
Sterren zijn er in alle soorten en maten. Alleen al onze eigen Melkweg telt ongeveer honderd miljard sterren! De meeste sterren zijn relatief klein en zwak en stralen in een roodachtige gloed. Er komen echter ook grotere en veel massievere sterren voor, die in een meer wittig, of zelfs blauwig licht schijnen. Onze zon is een ster van gemiddelde grootte. Maar omdat grotere sterren zeldzamer zijn dan kleine sterren, zijn hooguit éénderde van alle sterren massiever en stralender dan onze zon. De meeste sterren schijnen met een oranjeachtig of rood licht, terwijl het licht van de zon meer geelwit is. Onze zon bevindt zich op bijna 150 miljoen kilometer van de Aarde. Hoewel er dus sterren zijn die honderden keren groter zijn dan de Zon, is de gloeiend hete gasbol – want dat is de Zon feitelijk – niet bepaald klein te noemen. Als we de Aarde denkbeeldig in haar centrum zouden plaatsen, dan zou de Maan zich halverwege tussen het middelpunt en de oppervlakte bevinden! De Zon zou ongeveer een miljoen Aardbollen kunnen herbergen en haar massa is 333.000 keer groter dan van de Aarde.
Niet alleen qua grootte, maar ook qua afgifte van licht en warmte is de Zon in de wereld van de sterren ‘gemiddeld’ te noemen. Er zijn zwakke rode dwergsterren die slechts een miljoenste van het licht en warmte van de zon uitzenden, terwijl de grootste reuzen onder de sterren ongeveer een miljoen maal méér licht en warmte uitstralen. De Zon straalt al ongeveer 4,6 miljard jaar en het is beslist niet gek om te vragen waar het zonnevuurtje haar brandstof vandaan haalt!
Een natuurlijke kernfusie centrale
De zon bestaat voor afgerond 91% uit waterstof, het lichtste en meest eenvoudige element in het heelal en voor afgerond 9% uit helium, het één na eenvoudigste element. De overige elementen tezamen nemen slechts 0,1% van het totaal voor hun rekening. In de kern van de Zon heerst een enorme druk. Daar versmelten waterstofatomen samen om zo helium te vormen, door middel van kernfusie. Bij dit proces komt zeer veel energie vrij, geen wonder dat de temperatuur van de kern ongeveer 15 miljoen graden bedraagt! De kern omvat ongeveer een kwart van de straal van de Zon. Daarbuiten neemt de temperatuur van het gas vrij snel af, maar wordt de hitte van de kernfusieprocessen in de kern wel langzaam naar buiten doorgegeven. Uiteindelijk komen we dicht onder het oppervlak van de Zon uit, waar de gassen sterk zijn afgekoeld, maar de energie vanuit het inwendige door middel van convectiestromen verder naar buiten wordt doorgegeven. Uiteindelijk komen we dan op het ziedende oppervlak van de Zon terecht, alwaar de gassen een temperatuur hebben van rond 5500 graden Celsius, wat de zon zijn karakteristieke geelwitte kleur geeft.
Op deze afbeelding (niet op schaal) is te zien hoe de zonnevlammen en protuberansen in de zonnewind overgaan. Deze geladen deeltjes worden door het Aardmagnetisch veld afgebogen, en worden nabij de polen naar het oppervlak geleid…
Vanaf dit oppervlak zendt de Zon in alle richtingen licht en warmte uit, alsmede een hele stroom geladen deeltjes, voornamelijk elektronen en protonen. Dit wordt de ‘zonnewind’ genoemd. Deze zonnewind kan beter een orkaan genoemd worden, want deze bereikt nabij de Zon snelheden van zo’n 4000 km per seconde en zodra deze ‘wind’ bij de Aarde is aangekomen, is deze geluwd naar rond 400 km per seconde.
Op het Zonneoppervlak vinden soms geweldige uitbarstingen plaats, zogenaamde zonnevlammen of protuberansen. Tijdens deze uitbarstingen vindt een flinke ‘zonnewindvlaag’ plaats en als deze ‘windvlaag’ op de Aarde is gericht, dan kan dat bij ons aanleiding geven tot poollicht en zelfs flinke storingen veroorzaken in elektromagnetische apparatuur. De geladen deeltjes worden namelijk in het Aardmagnetisch veld afgebogen richting de polen en daar vindt een interactie plaats met de hogere delen van de atmosfeer, die hierdoor licht gaan uitzenden, ongeveer zoals dat in een Tl-buis gebeurt.
Het constant brandende vuur wordt langzaam heter
Hoe heftig deze processen in de Zon dan ook zijn, het is een feit dat dit vuurtje op een heel constant niveau brandt. En dat is maar goed ook. Wat voor de Zon maar een kleine verandering is, kan voor de Aarde verstrekkende gevolgen hebben en het hier in een ijspaleis of vuurzee doen veranderen. Denk daarbij maar eens aan het voorkomen van zonnevlekken, relatief koele vlekken op het oppervlak van de zon, die hierdoor donker afsteken. Als er veel zonnevlekken te zien zijn, is de Zon juist actief, terwijl een vlekloze Zon ‘rustig’ is. Tijdens een langdurige rustige fase, daalt de temperatuur op Aarde wat. Vele honderden miljoenen jaren brandt de zon echter vrijwel op een constant niveau, maar al die tijd wordt waterstof in helium omgezet. De kern wordt hierdoor massiever en heter, maar de zon als geheel verliest massa, omdat ze immers energie en deeltje uitstraalt. Het netto effect is dat de zon als geheel langzaam heter wordt en uitzet, omdat de zwaartekracht steeds minder kan opboksen tegen de stralingsdruk. Simpel gezegd komt het er op neer dat de Zon één miljard jaar geleden iets minder stralend was dan nu en over één miljard jaar zal de Zon een tikje stralender zijn geworden en dat proces zet daarna langzaam, maar onverbiddelijk verder door.
In de loop van haar bestaan, is de zon zowel ‘rustiger’ als heter geworden. Van links naar rechts geven de plaatjes een indruk hoe de Zon er tussen ruim vier miljard jaar geleden en heden heeft uitgezien.
Lange tijd zullen we daar niets van merken, maar op een gegeven moment, zo tussen één en twéé miljard jaar in de toekomst, zal het toch duidelijk warmer worden op Aarde. De toenemende zonnestraling zal er geleidelijk voor zorgen dat het in de tropen te heet wordt om te leven. De poolkappen zullen smelten en sneeuw zal op Aarde een zeldzaam verschijnsel worden, al zal het op hoge breedte nog een tijdlang redelijk comfortabel blijven.
Een rode reus
Toch gaat het fout. Over ongeveer vijf miljard jaar is alle waterstof in de kern van de Zon op. De kern stort dan in tot een kleine bol, terwijl de kernfusieprocessen in de lagen daaromheen gewoon doorgaan. De temperatuur loopt snel verder op en uiteindelijk fuseert helium tot zwaardere elementen. De zon zet dan in een periode van rond honderd miljoen jaar uit tot een rode reus, die ruim tweehonderd maal krachtiger straalt dan de zon nu. De zon wordt dan zo groot dat Mercurius en Venus worden opgeslokt en wellicht wordt de zon dan zelfs groter dan de huidige Aardbaan. Toch kan de Aarde wellicht ontsnappen, want ook de zonnewind neemt sterk toe, waardoor de Aarde geleidelijk naar buiten wordt ‘weggeblazen’.
Als de zon een rode reus is geworden, kan de Aarde nauwelijks ontsnappen aan het ziedende zonsoppervlak. De aarde zal dan sowieso herschapen zijn in een gloeiende lavabol.
Al lang voor die tijd is de Aarde onbewoonbaar geworden. De temperatuur zal aan de tropen tot boven het kookpunt van water oplopen, waardoor we onze oceanen, en later ook onze hele atmosfeer zullen kwijtraken. Tegen de tijd dat de Zon opzwelt tot een rode reus, zal de Aarde tot een roodgloeiende lavabol zijn herschapen. Als de mensheid tegen die tijd nog bestaat, zullen we de wijk moeten nemen in gigantische ruimteschepen en wellicht een geschikte planeet in een ander zonnestelsel moeten zoeken, want ons eigen zonnestelsel zal nergens redding bieden.
Van nova naar witte dwerg
De zon blijft namelijk maar relatief kortstondig een rode reus. Na een paar honderd miljoen jaar, slaat de balans geheel naar de stralingsdruk door en wordt de Zon een nova, waarbij de buitenste lagen van de Zon worden uitgestoten. Vergeleken met een supernova is dat een ‘rustig’ proces. Toch zullen alle planeten in ons zonnestelsel, zelfs de dwergplaneten, Pluto en de steenklompen nog verder weg staan, hierdoor méér dan geroosterd worden.
Als de Zon een nova wordt, stoot deze veel materie uit, die bij sterren die nog een tikje massiever zijn als onze Zon, tot een zogenaamde ‘planetaire nevel’ leidt. De ster die deze nevel heeft uitgestoten, is nog zichtbaar, precies in het centrum.
Uiteindelijk blijft er van de Zon niet veel meer over dan een witte dwerg, die ongeveer even groot is als de Aarde.
Als dit geweld achter de rug is, blijft alleen de kern van de Zon nog over, die niet veel groter is dan de Aarde en dan een witheet licht uitstraalt, een zogenaamde witte dwerg. Voor de planeten, of wat daar van over is, breekt nu een eeuwige ijstijd aan. De witte dwerg straalt namelijk nog maar een fractie van de hoeveelheid licht en warmte van onze huidige Zon uit en zal daarna gedurende een enorme tijdsspanne van honderden miljarden jaren, langzaam verder afkoelen, tot er uiteindelijk een zwarte bol overblijft, die geen licht meer uitstraalt.
Wat dat betreft is het goed te beseffen op wat voor een broze bol we eigenlijk leven, en wat ons zal overkomen in de verre toekomst, mits we niet eerder door een mondiale ramp worden overvallen, zoals het neerstorten van een grote meteoriet of de ontploffing van de Yellowstone vulkaan, om maar eens twee mogelijke rampen te noemen. Ook al zijn we wat de Zon betreft nog lange tijd veilig en krijgen we ruim de gelegenheid om maatregelen te nemen, voordat de Aarde onbewoonbaar wordt, het is nog niet zeker dat we absoluut veilig zijn tot het moment dat de Zon ons gaat overstralen. Er gaat namelijk op een moment, ver in de toekomst, nog iets anders gebeuren, wat een vertrek uit ons zonnestelsel misschien noodzakelijk maakt. Maar dat vertellen we een andere keer.
Bronnen: Meteo Consult, diverse internetsites, waaronder Wikipedia, ESA, NASA.
Ruim een week geleden schreven we op deze site een verhaal over de reuzenster Betelgeuze, die op het punt staat een supernova te worden. We concludeerde dat dit wellicht een prachtig schouwspel aan onze hemel zou worden, maar dat we verder van die gigantische explosie geen gevaar te duchten hebben, omdat Betelgeuze zich op een enorme afstand van ongeveer 600 lichtjaren bevindt. Dat verhaal kunt u hier nog lezen.
Dat verhaal heeft heel wat reacties losgemaakt, en men was vaak opgelucht dat we hier ‘veilig’ waren, maar sommige lezers vroeg zich toch af of dat wel werkelijk het geval is. Onze nabije zon is immers ook een ster, die in de toekomst wellicht een keer ontploft? De Aarde is inderdaad niet eeuwig veilig. In dit verhaal zullen we daarom de levenswandel van onze zon onder de loep nemen.
Een prachtige foto van een groepje zonnevlekken. Ze steken donker af tegen de omgeving, omdat de temperatuur in de zonnevlek een paar duizend graden lager ligt dan het gebied daar omheen.
Een ‘gemiddelde’ ster
Sterren zijn er in alle soorten en maten. Alleen al onze eigen Melkweg telt ongeveer honderd miljard sterren! De meeste sterren zijn relatief klein en zwak en stralen in een roodachtige gloed. Er komen echter ook grotere en veel massievere sterren voor, die in een meer wittig, of zelfs blauwig licht schijnen. Onze zon is een ster van gemiddelde grootte. Maar omdat grotere sterren zeldzamer zijn dan kleine sterren, zijn hooguit éénderde van alle sterren massiever en stralender dan onze zon. De meeste sterren schijnen met een oranjeachtig of rood licht, terwijl het licht van de zon meer geelwit is. Onze zon bevindt zich op bijna 150 miljoen kilometer van de Aarde. Hoewel er dus sterren zijn die honderden keren groter zijn dan de Zon, is de gloeiend hete gasbol – want dat is de Zon feitelijk – niet bepaald klein te noemen. Als we de Aarde denkbeeldig in haar centrum zouden plaatsen, dan zou de Maan zich halverwege tussen het middelpunt en de oppervlakte bevinden! De Zon zou ongeveer een miljoen Aardbollen kunnen herbergen en haar massa is 333.000 keer groter dan van de Aarde.
Niet alleen qua grootte, maar ook qua afgifte van licht en warmte is de Zon in de wereld van de sterren ‘gemiddeld’ te noemen. Er zijn zwakke rode dwergsterren die slechts een miljoenste van het licht en warmte van de zon uitzenden, terwijl de grootste reuzen onder de sterren ongeveer een miljoen maal méér licht en warmte uitstralen. De Zon straalt al ongeveer 4,6 miljard jaar en het is beslist niet gek om te vragen waar het zonnevuurtje haar brandstof vandaan haalt!
Een natuurlijke kernfusie centrale
De zon bestaat voor afgerond 91% uit waterstof, het lichtste en meest eenvoudige element in het heelal en voor afgerond 9% uit helium, het één na eenvoudigste element. De overige elementen tezamen nemen slechts 0,1% van het totaal voor hun rekening. In de kern van de Zon heerst een enorme druk. Daar versmelten waterstofatomen samen om zo helium te vormen, door middel van kernfusie. Bij dit proces komt zeer veel energie vrij, geen wonder dat de temperatuur van de kern ongeveer 15 miljoen graden bedraagt! De kern omvat ongeveer een kwart van de straal van de Zon. Daarbuiten neemt de temperatuur van het gas vrij snel af, maar wordt de hitte van de kernfusieprocessen in de kern wel langzaam naar buiten doorgegeven. Uiteindelijk komen we dicht onder het oppervlak van de Zon uit, waar de gassen sterk zijn afgekoeld, maar de energie vanuit het inwendige door middel van convectiestromen verder naar buiten wordt doorgegeven. Uiteindelijk komen we dan op het ziedende oppervlak van de Zon terecht, alwaar de gassen een temperatuur hebben van rond 5500 graden Celsius, wat de zon zijn karakteristieke geelwitte kleur geeft.
Op deze afbeelding (niet op schaal) is te zien hoe de zonnevlammen en protuberansen in de zonnewind overgaan. Deze geladen deeltjes worden door het Aardmagnetisch veld afgebogen, en worden nabij de polen naar het oppervlak geleid…
Vanaf dit oppervlak zendt de Zon in alle richtingen licht en warmte uit, alsmede een hele stroom geladen deeltjes, voornamelijk elektronen en protonen. Dit wordt de ‘zonnewind’ genoemd. Deze zonnewind kan beter een orkaan genoemd worden, want deze bereikt nabij de Zon snelheden van zo’n 4000 km per seconde en zodra deze ‘wind’ bij de Aarde is aangekomen, is deze geluwd naar rond 400 km per seconde.
Op het Zonneoppervlak vinden soms geweldige uitbarstingen plaats, zogenaamde zonnevlammen of protuberansen. Tijdens deze uitbarstingen vindt een flinke ‘zonnewindvlaag’ plaats en als deze ‘windvlaag’ op de Aarde is gericht, dan kan dat bij ons aanleiding geven tot poollicht en zelfs flinke storingen veroorzaken in elektromagnetische apparatuur. De geladen deeltjes worden namelijk in het Aardmagnetisch veld afgebogen richting de polen en daar vindt een interactie plaats met de hogere delen van de atmosfeer, die hierdoor licht gaan uitzenden, ongeveer zoals dat in een Tl-buis gebeurt.
Het constant brandende vuur wordt langzaam heter
Hoe heftig deze processen in de Zon dan ook zijn, het is een feit dat dit vuurtje op een heel constant niveau brandt. En dat is maar goed ook. Wat voor de Zon maar een kleine verandering is, kan voor de Aarde verstrekkende gevolgen hebben en het hier in een ijspaleis of vuurzee doen veranderen. Denk daarbij maar eens aan het voorkomen van zonnevlekken, relatief koele vlekken op het oppervlak van de zon, die hierdoor donker afsteken. Als er veel zonnevlekken te zien zijn, is de Zon juist actief, terwijl een vlekloze Zon ‘rustig’ is. Tijdens een langdurige rustige fase, daalt de temperatuur op Aarde wat. Vele honderden miljoenen jaren brandt de zon echter vrijwel op een constant niveau, maar al die tijd wordt waterstof in helium omgezet. De kern wordt hierdoor massiever en heter, maar de zon als geheel verliest massa, omdat ze immers energie en deeltje uitstraalt. Het netto effect is dat de zon als geheel langzaam heter wordt en uitzet, omdat de zwaartekracht steeds minder kan opboksen tegen de stralingsdruk. Simpel gezegd komt het er op neer dat de Zon één miljard jaar geleden iets minder stralend was dan nu en over één miljard jaar zal de Zon een tikje stralender zijn geworden en dat proces zet daarna langzaam, maar onverbiddelijk verder door.
In de loop van haar bestaan, is de zon zowel ‘rustiger’ als heter geworden. Van links naar rechts geven de plaatjes een indruk hoe de Zon er tussen ruim vier miljard jaar geleden en heden heeft uitgezien.
Lange tijd zullen we daar niets van merken, maar op een gegeven moment, zo tussen één en twéé miljard jaar in de toekomst, zal het toch duidelijk warmer worden op Aarde. De toenemende zonnestraling zal er geleidelijk voor zorgen dat het in de tropen te heet wordt om te leven. De poolkappen zullen smelten en sneeuw zal op Aarde een zeldzaam verschijnsel worden, al zal het op hoge breedte nog een tijdlang redelijk comfortabel blijven.
Een rode reus
Toch gaat het fout. Over ongeveer vijf miljard jaar is alle waterstof in de kern van de Zon op. De kern stort dan in tot een kleine bol, terwijl de kernfusieprocessen in de lagen daaromheen gewoon doorgaan. De temperatuur loopt snel verder op en uiteindelijk fuseert helium tot zwaardere elementen. De zon zet dan in een periode van rond honderd miljoen jaar uit tot een rode reus, die ruim tweehonderd maal krachtiger straalt dan de zon nu. De zon wordt dan zo groot dat Mercurius en Venus worden opgeslokt en wellicht wordt de zon dan zelfs groter dan de huidige Aardbaan. Toch kan de Aarde wellicht ontsnappen, want ook de zonnewind neemt sterk toe, waardoor de Aarde geleidelijk naar buiten wordt ‘weggeblazen’.
Als de zon een rode reus is geworden, kan de Aarde nauwelijks ontsnappen aan het ziedende zonsoppervlak. De aarde zal dan sowieso herschapen zijn in een gloeiende lavabol.
Al lang voor die tijd is de Aarde onbewoonbaar geworden. De temperatuur zal aan de tropen tot boven het kookpunt van water oplopen, waardoor we onze oceanen, en later ook onze hele atmosfeer zullen kwijtraken. Tegen de tijd dat de Zon opzwelt tot een rode reus, zal de Aarde tot een roodgloeiende lavabol zijn herschapen. Als de mensheid tegen die tijd nog bestaat, zullen we de wijk moeten nemen in gigantische ruimteschepen en wellicht een geschikte planeet in een ander zonnestelsel moeten zoeken, want ons eigen zonnestelsel zal nergens redding bieden.
Van nova naar witte dwerg
De zon blijft namelijk maar relatief kortstondig een rode reus. Na een paar honderd miljoen jaar, slaat de balans geheel naar de stralingsdruk door en wordt de Zon een nova, waarbij de buitenste lagen van de Zon worden uitgestoten. Vergeleken met een supernova is dat een ‘rustig’ proces. Toch zullen alle planeten in ons zonnestelsel, zelfs de dwergplaneten, Pluto en de steenklompen nog verder weg staan, hierdoor méér dan geroosterd worden.
Als de Zon een nova wordt, stoot deze veel materie uit, die bij sterren die nog een tikje massiever zijn als onze Zon, tot een zogenaamde ‘planetaire nevel’ leidt. De ster die deze nevel heeft uitgestoten, is nog zichtbaar, precies in het centrum.
Uiteindelijk blijft er van de Zon niet veel meer over dan een witte dwerg, die ongeveer even groot is als de Aarde.
Als dit geweld achter de rug is, blijft alleen de kern van de Zon nog over, die niet veel groter is dan de Aarde en dan een witheet licht uitstraalt, een zogenaamde witte dwerg. Voor de planeten, of wat daar van over is, breekt nu een eeuwige ijstijd aan. De witte dwerg straalt namelijk nog maar een fractie van de hoeveelheid licht en warmte van onze huidige Zon uit en zal daarna gedurende een enorme tijdsspanne van honderden miljarden jaren, langzaam verder afkoelen, tot er uiteindelijk een zwarte bol overblijft, die geen licht meer uitstraalt.
Wat dat betreft is het goed te beseffen op wat voor een broze bol we eigenlijk leven, en wat ons zal overkomen in de verre toekomst, mits we niet eerder door een mondiale ramp worden overvallen, zoals het neerstorten van een grote meteoriet of de ontploffing van de Yellowstone vulkaan, om maar eens twee mogelijke rampen te noemen. Ook al zijn we wat de Zon betreft nog lange tijd veilig en krijgen we ruim de gelegenheid om maatregelen te nemen, voordat de Aarde onbewoonbaar wordt, het is nog niet zeker dat we absoluut veilig zijn tot het moment dat de Zon ons gaat overstralen. Er gaat namelijk op een moment, ver in de toekomst, nog iets anders gebeuren, wat een vertrek uit ons zonnestelsel misschien noodzakelijk maakt. Maar dat vertellen we een andere keer.
Bronnen: Meteo Consult, diverse internetsites, waaronder Wikipedia, ESA, NASA.
