Het Zonnestelsel - Sterrenkunde RU Nijmegen

De Zon
De Zon II

Basis gegevens:
Straal = 6.96x108 m
Massa = 1.989x1030 kg
Lichtkracht = 3.85x1026 W
Leeftijd = 4.5x109 jr
Samenstelling: X=0.73, Y=0.27, Z=0.02
Oppervlakte temperatuur: 5700 K.
De Zon is een ‘normale’ ster van type G2.
Fotosfeer De gele zon
Fotosfeer.
De definitie van de fotosfeer is de diepte
waar onze gezichtslijn (in het
optisch/visueel) eindigt.
 Vanaf deze diepte is straling vrij om naar
buiten te bewegen: optisch diepte =1
 Optische diepte: dτ = κρ dr, met κ de
opaciteit van het gas, ρ de dichtheid en dr
de afstand door het gas.

Fotosfeer II

Fotosfeer heeft een temperatuur van ~5800 K.
Fotosfeer V: Het Zonnespectrum

De fotosfeer geeft zeer belangrijke informatie
over de chemische samenstelling van de Zon.
De chromosfeer
De corona
Opbouw van de Zon:
De Kern: de witte motor
Kernfusies treden in het centrum van de
Zon op. Ultieme bron van (bijna) alle
energie in het Zonnestelsel.
 Voornaamste reactie: de pp-cyclus:
4 1H → 4He + 2γ + 2e+ + 2ν
Hierbij komt per He kern 26.7 MeV vrij in
γ’s.

De pp-cyclus:

Verloop van de ppcyclus (Bethe, 1939):
p + p → 2D + e+ + ν
2D + p → 3He + γ
3He + 3He → 4He + 2 p
Opbouw van de zon:
Straling van kernfusie wordt in radiatieve
kern naar buiten getransporteerd.
 Op 1/3 van de rand is dit niet meer de
meest effectieve manier van transport. De
Zon wordt nu convectief.
 Warmte wordt door gasbellen naar buiten
getransporteerd.

Seismologie van de Zon
Convectie: bekend verschijnsel
Convectie
Hoewel de fysische achtergrond van
convectie goed begrepen is, is het zeer
moeilijk te modelleren.
 Vereist 3D hydrodynamische codes: zie
Kosmische Magnetische Hydrodynamica
in het derde jaar.

Zonnevlekken: Het
zonnemagneetveld.
Een van de opvallendste ‘features’ van de
fotosfeer zijn de zonnevlekken.
 Deze worden veroorzaakt door het
magneetveld van de Zon.
 Magneetveld is ook verantwoordelijk voor
de chromosfeer en de corona.

Zonnevlekken
Zonnevlekken

Aantal zonnevlekken varieert met 11-jarige cyclus:
Opwekking Magneetveld: Dynamo



Door differentiele rotatie wordt polair veld
langzaam meegetrokken naar evenaar.
Het toroidale veld dat hier uit onstaat, verzwakt
het polaire veld.
Toroidaal veld wordt verstoord door
convectiecellen en reconnect tot polair veld: de
solar dynamo
De Zonnedynamo
Rotatie zonnevlekken
Magneetveld van de Zon
Hoewel we de vorming niet geheel
begrijpen: wel zeer veel gevolgen.
 Zonnevlekken
 Filamenten
 Protuberansen
 Chromosfeer en de corona, en
 Coronal Mass Ejections

Zonnewaarnemingen

Kan steeds beter vanaf de grond:
bv. Dutch Open Tower Telescope
Zonnevlekken: de DOT
Magneetveld: reconnecties
Hierbij wordt magnetische energie omgezet in kinetische
en potentiele energie.
Magneetveld: Van laag tot hoog.
Het ‘ontsnappen’ van het magneetveld zorgt voor
Protuberansen en coronal mass-ejections.
De Zonnewind





De Zon stoot continu een stroom deeltjes uit: de
zonnewind
dM/dt = 10-12 M⊙ yr-1 , v~1000 km/s.
De zonnewind verspreid zich door het hele
planetenstelsel. Invloedsfeer van de zonnewind is zelfs
definitie van het zonnestelsel: heliopauze.
Interactie van zonnewind met planeten is directe invloed
van de Zon op de planeten: magnetosferen.
Snelheid van zonnewind afhankelijk van zonnebreedte
Zonnewind: De heliopauze
De Zonneneutrino’s




Bij elke pp-cyclus reactie komen 2 neutrino’s vrij
voor elk He-atoom dat ontstaat.
Jarenlang was er het neutrino-probleem: we
detecteren veel minder neutrino’s dan er
geproduceerd zouden moeten worden:
ongeveer 1/3de.
Oplossing kwam door de neutrino-oscillaties:
neutrino’s kunnen van ‘kleur’ veranderen.
ve  νμ  ντ
John Bahcall (1935-2005)
Het Zonnestelsel
2005/2006
Gijs Nelemans,
Afdeling Sterrenkunde,
Radboud Universiteit Nijmegen
Opzet van het college


Deel 1: Overzicht
College 1: Overzicht + De Zon
College 2: De Aardse planeten
College 3: De Gasreuzen + ‘Gruis’
Deel 2: Fysica van het Zonnestelsel:
College 4: Getijdekrachten
College 5: Magnetosferen
College 6: Stralingsdruk en kometen
Opzet van het college

Deel 3: Het Zonnestelsel in het Heelal
College 7: Vorming van het Zonnestelsel
College 8: Exoplaneten.
Werkcolleges volgen de hoorcolleges:
Tentamen: schriftelijk tentamen
Het Zonnestelsel
De Zon
 Negen planeten: Mercurius, Venus, Aarde,
Mars, Jupiter, Saturnus, Uranus,
Neptunus, Pluto
 Duizenden asteroiden: Ceres de grootste
 Kuiper Belt, Oort Wolk en kometen: het
‘gruis’

Belangrijkste fysische processen:




Zwaartekracht: Newtoniaans en Algemeen
Relativistisch.
Stralingsprocessen: Verwarming planeten,
broeikasgassen, uitgassing van kometen
Mechanica: botsingen!!!!
Quantummechanica: kernfusie en
stralingsprocessen.
Fotosfeer IV

Verschuivingswet van Wien:
λmax T = 0.290 m K
Magneetveld

In een
zonnevlek komt
een
magnetische
fluxbuis naar
buiten.
Magneetveld II
De DOT II