Hur varm är solen? Temperaturer i kärnan, ytan och koronan

Hur kan samma stjärna ha en synlig yta på omkring 5 500 grader och en kärna som är miljontals grader hetare? Förklaringen finns i solens olika lager, där energi skapas, transporteras och till slut strålar ut mot jorden. Här går jag igenom temperaturerna i fotosfären, kärnan och koronan, hur forskare kan uppskatta dem och vad skillnaderna betyder för vår himmel och vårt klimat.

Hur hög är solens temperatur där vi faktiskt ser den?

Det vi kallar solens yta är egentligen fotosfären, ett tunt lager av plasma där ljuset lämnar solen. Den har en effektiv temperatur på ungefär 5 772 kelvin, vilket motsvarar cirka 5 500 °C. Det är den temperatur som bäst beskriver den strålning vi tar emot från den synliga solskivan.

Solen har ingen fast yta som jorden. Fotosfären är snarare gränsen där gasen blir tillräckligt tunn för att ljuset ska kunna färdas ut i rymden. Den är ungefär 500 kilometer tjock, vilket är tunt jämfört med solens diameter på omkring 1,39 miljoner kilometer.

Temperaturen varierar också inom fotosfären. Den nedre delen ligger runt 6 600 kelvin, medan den övre delen kan ligga nära 4 400 kelvin. För mig är det här en viktig detalj, eftersom talet 5 500 °C inte beskriver varje punkt utan fungerar som ett användbart medelvärde.

Varför är kärnan så mycket hetare än ytan?

I solens centrum pressar solens enorma gravitation ihop materien till ett extremt tätt plasma. Trycket och temperaturen blir så höga att vätekärnor kan förenas och bilda helium. Denna kärnfusion frigör energi som så småningom når solens yta och strålar vidare mot jorden.

NASA:s faktablad anger en central temperatur på ungefär 1,571 × 10⁷ kelvin. I vardagligt språk brukar man därför säga cirka 15 miljoner grader. Skillnaden mellan kelvin och Celsius är bara 273 grader, vilket är försumbart när temperaturen räknas i miljoner.

Energin tar sig inte direkt från kärnan till rymden. I den innersta delen transporteras den genom strålning, där fotoner hela tiden absorberas och sänds ut på nytt. Längre ut tar konvektionen över. Het plasma rör sig uppåt, kyls av och sjunker igen, ungefär som cirkulationen i en kastrull med vatten, men under mycket mer extrema förhållanden.

Det är också därför solens ljus inte ska tolkas som en direkt bild av vad som händer i centrum. En foton kan behöva tusentals till hundratusentals år för att ta sig ut genom solens inre, medan själva ljuset från fotosfären når jorden på ungefär 8 minuter och 20 sekunder.

Hur kan forskare veta temperaturen i solen?

Ingen mätsond har varit i solens kärna, och en vanlig termometer skulle naturligtvis inte fungera där. Temperaturen bestäms i stället genom flera oberoende metoder som tillsammans ger en mycket robust bild av solens inre.

Ljuset avslöjar fotosfärens temperatur

Solens ljus innehåller ett brett spektrum av våglängder. Genom att studera var strålningen är som starkast kan forskare uppskatta den effektiva temperaturen med hjälp av Wiens förskjutningslag. Den kopplar en varm kropps färg och spektrum till dess temperatur.

Spektrallinjerna visar dessutom vilka grundämnen som finns i solens atmosfär och under vilka förhållanden de befinner sig. Därför går det att skilja mellan temperatur, densitet och kemisk sammansättning i olika lager.

Solens svängningar fungerar som ultraljud

Solens yta rör sig hela tiden i små vågor. Genom att mäta dessa svängningar använder forskare helioseismologi, en metod som påminner om hur jordens inre studeras med seismiska vågor. Vågmönstren avslöjar hur täthet, tryck och temperatur förändras under ytan.

Läs också: Jorden är inte rund - Förstå dess sanna form & varför det spelar roll

Neutriner ger ledtrådar från kärnan

Kärnfusionen producerar inte bara ljus utan också neutriner, nästan masslösa partiklar som passerar genom solens materia och fortsätter mot rymden. När forskare upptäcker dem på jorden får de information direkt från kärnans pågående reaktioner. Kombinationen av neutriner och datormodeller gör kärnans temperatur mycket mer än en kvalificerad gissning.

Varför är koronan hetare än den synliga ytan?

Det låter motsägelsefullt, men solens yttersta atmosfär, koronan, kan vara miljontals grader varm. Den synliga fotosfären är mycket svalare, omkring 5 500 °C. Koronan är samtidigt extremt tunn, så den innehåller betydligt mindre energi per volym än den täta fotosfären.

Forskare kopplar den höga korontemperaturen till solens magnetfält och dess vågor. Magnetiska fältlinjer vrids, bryts om och frigör energi i plasman. Exakt hur denna uppvärmning fungerar i detalj är fortfarande en aktiv forskningsfråga, ofta kallad koronans uppvärmningsproblem.

Under lugna perioder ligger koronan ofta kring 1 till några miljoner kelvin. I samband med soleruptioner kan temperaturen stiga till över 10 miljoner kelvin. Det är också här som solvinden lämnar solen och sprider sig genom hela solsystemet.

Vid en total solförmörkelse blir koronan synlig eftersom månen täcker den mycket ljusare fotosfären. Det vita, fladdrande ljuset runt månens mörka skiva är alltså inte solens yta utan dess tunna och heta ytteratmosfär.

Vad betyder solens värme för jorden?

På avståndet mellan solen och jorden tar vår planet emot ungefär 1 361 watt per kvadratmeter från solen ovanför atmosfären när strålarna faller rakt in. Atmosfären reflekterar och absorberar en del, men resten driver väder, havscirkulation och fotosyntes.

Det är viktigt att skilja mellan solens temperatur och temperaturen på jorden. Jorden blir inte varm för att den befinner sig nära en yta på 5 500 grader, utan för att den absorberar solstrålning. Moln, is, hav, mark och atmosfär avgör sedan hur mycket energi som stannar kvar.

Solens magnetiska aktivitet kan också påverka oss. Solutbrott och koronamassutkastningar kan störa satelliter, radiokommunikation och elnät. När laddade partiklar leds mot jordens magnetfält kan de dessutom skapa norrsken, särskilt på höga nordliga breddgrader.

Jag tycker att just den kopplingen mellan solen och himlen gör ämnet extra intressant. Norrskenet ser ut som ett lokalt ljusfenomen, men färgerna börjar i praktiken med processer långt ute i solens korona.

Tre saker som ofta missförstås om solens hetta

• Koronan är inte tätare än fotosfären. Den är hetare men mycket tunnare, vilket gör att den totala mängden materia där är liten.
• Solfläckar är inte kalla. De kan vara flera tusen grader varma, men ser mörka ut eftersom de är svalare än den omgivande fotosfären.
• Kelvin och Celsius ger nästan samma tal i miljonklassen. Skillnaden är exakt 273,15 grader, vilket spelar liten roll när man beskriver kärnans temperatur.

Det vanligaste felet är att behandla solen som en boll med en enda temperatur. Jag föredrar att tänka på den som ett skiktat system där varje lager har sin egen fysik, funktion och energibalans.

Om du vill observera solen ska du aldrig titta direkt mot den genom kikare, teleskop eller kamera utan ett särskilt solfilter. Solens ljus är tillräckligt intensivt för att orsaka permanenta ögonskador på mycket kort tid.

Från glödande kärna till norrsken över Sverige

Den korta versionen är enkel. Solens kärna är ungefär 15,7 miljoner grader, fotosfären omkring 5 500 °C och koronan minst omkring en miljon grader. Skillnaderna uppstår genom kärnfusion, energitransport och magnetiska processer i olika delar av solen.

Det som når oss är inte bara värme och dagsljus. Solens strålning gör livet möjligt, medan solvinden och magnetiska utbrott formar en rymdmiljö som ibland syns som norrsken över den svenska himlen. När man ser upp mot solen ser man därför inte en enda temperatur, utan ett helt dynamiskt stjärnsystem.