Zdroj tepla a výroba energie zo slnka
Pretože človek pozná hmotnosť slnka aj jeho priemer, dá sa gravitačné zrýchlenie na povrchu slnka vypočítať veľmi ľahko: je to približne 27 g. Gravitačná sila na povrchu slnka je teda 27-krát vyššia ako gravitačná sila na povrchu Zeme.
Hmotnosť najvzdialenejších vrstiev slnka spočíva na vrstvách dole a tieto vrstvy s rastúcou hĺbkou stláča. Preto tlak a hustota v solárnom materiáli rýchlo stúpajú s rastúcou hĺbkou, pričom tlak, ktorý tam vládne na každom mieste na slnku, je vždy taký veľký, že tlak unesie zaťaženie všetkých vrstiev nad ním.
Tlak dosahuje najvyššiu hodnotu v strede slnka: 200 miliárd barov. Hustota slnečnej plazmy je tu 156 gramov na kubický centimeter, je osemkrát hustejšia ako zlato.
Slnko pozostáva z 98% chemických prvkov vodík a hélium. Na Zemi poznáme tieto prvky ako plyny. Pri stlačení plynu jeho teplota stúpa. Keď teplota stúpa, atómy plynu sa zrážajú čoraz razantnejšie a strácajú pri tom elektróny. Plyn je ionizovaný, vďaka čomu je elektricky vodivý a nepriehľadný. V tomto stave sa nazýva „plazma“. Plazma je štvrtý fyzický stav hmoty.
Za normálneho tlaku sú plyny takmer úplne ionizované pri teplote 15 000 ° K a sú teda plazmou. Na slnku sú však teploty a tlaky oveľa vyššie.V plazme platia zákony termodynamiky. Vo vysoko stlačenej plazme je preto veľmi horúci. V strede slnka je tlak 200 miliárd barov a vďaka tomuto tlaku je tam teplota asi 15 miliónov stupňov.
Vysoké teploty vo vnútri slnka sú dôvodom, prečo je povrch slnka taký horúci, že jasne žiari. Preto je slnko hviezda.
Všetky hviezdy svietia, pretože tlak a teda teplota v ich jadrách sú také vysoké, že povrch príslušnej hviezdy jasne žiari a žiari okolo nej. Čím vyššia je hmotnosť hviezdy, tým vyšší je tlak v jej jadre a tým vyššie sú aj teploty.
Vďaka vysokej teplote v slnečnom jadre existuje veľmi intenzívne a vysokoenergetické žiarenie. Toto žiarenie je také intenzívne, že vyvíja tlak na okolitú hmotu. Tento radiačný tlak spolu s extrémne hustým a teda veľmi pevným materiálom slnečného jadra prenáša slnečné vrstvy, ktoré na slnečné jadro vážia. Výsledkom je, že radiačný tlak zabraňuje vrstvám slnka, ktoré dopadajú na slnečné jadro, v postupnom stláčaní slnečného jadra na čoraz menší objem.
Z jadra slnka, ktoré je horúce mnoho miliónov stupňov, sa však žiarivá energia neustále dostáva do okolitej slnečnej zóny žiarenia. Táto energia veľmi pomaly prechádza radiačnou zónou a nakoniec sa dostane do konvekčnej zóny. Prostredníctvom konvekčnej zóny táto energia stúpa na povrch slnka a je tam vyžarovaná: Týmto spôsobom slnko neustále stráca energiu 380 biliónov kilowattov.
Túto stratu energie musí kompenzovať slnko. Ak by to neurobilo, slnečné jadro by sa v dôsledku straty energie postupne ochladilo. To by spôsobilo pokles radiačného tlaku v jadre slnka a jadro slnka by potom bolo pomaly a ďalej stláčané vrstvami slnka, ktoré na neho vážia. To by spôsobilo, že teplota v jadre slnka opäť vzrastie, ale uvoľnená energia by nakoniec odtiekla na povrch slnka a bola by tam vyžarovaná. Na konci procesu by bol materiál solárneho jadra stlačený natoľko, že už nebude možné stlačiť ho. Od tejto chvíle by sa jadro slnka stále ochladzovalo, slnko svietilo čoraz slabšie a nakoniec by muselo vyjsť von.
Ale slnko kompenzuje svoju neustálu stratu energie, pretože v extrémne hustom materiáli solárneho jadra kvôli jeho vysokým teplotám prebiehajú reakcie jadrovej fúzie, ktoré uvoľňujú toľko energie, že táto energia nahradzuje energiu prúdiacu z jadra na povrch.
Ani v jadrovej oblasti slnka, ani v nadložnej radiačnej zóne nedochádza k výmene materiálu, pretože hmota je tam stabilne rozvrstvená v každom bode kvôli prevládajúcemu tlaku a hustote. Iba pri prechode do konvekčnej zóny, asi 230 000 km pod povrchom slnka, je tlak a hustota hmoty v slnečnom materiáli dostatočne nízka, aby tam mohli pôsobiť konvekčné prúdy. V tejto hĺbke prúdi energia približne 100 MW/m² smerom k povrchu slnka.
Pri prechode do konvekčnej zóny sa horúca hustá plazma podarí mierne expandovať kvôli nižšiemu tlaku okolia v porovnaní s radiačnou zónou. Vďaka tomu je ľahší a stúpa ako konvekčná bunka cez mierne chladnejšiu, a teda hustejšiu plazmu konvekčnej zóny nad ním. Nakoniec sa horúca plazma dostane do fotosféry, kde vyžaruje energiu, ochladzuje ju, v dôsledku ochladenia sa stáva hustejšou a ťažšou a nakoniec sa ponorí späť do hlbín konvekčnej zóny, kde sa v kontakte s horúcejšou plazmou opäť zahrieva a opäť stúpa. Tak vzniká večný kolobeh.
Množstvo slnečnej plazmy prúdiacej v konvekčnej bunke je obrovské a prúdiaca plazma nesie obrovské množstvo energie. Súčasne stúpajú desaťtisíce konvekčných buniek, z ktorých každá dokáže pokryť objem niekoľko stoviek miliónov kubických kilometrov a plazma sem prúdi rýchlosťou až niekoľko 100 m/s. Pretože prúdiaca plazma pozostáva z elektricky nabitých častíc, predstavuje každý prúd plazmy obrovský elektrický prúd, ktorý spôsobuje obrovské a vysokoenergetické magnetické polia, ktorých siločiary sú zakomponované do okolitej plazmy. Pretože elektrická vodivosť slnečnej plazmy zodpovedá vodivosti kovovej medi, línie magnetického poľa sa nemôžu pohybovať voľne plazmou, v ktorej sú zabudované, ale musia sa pohybovať s plazmou. Preto prúdiaca plazma vytvára štruktúru a distribúciu v ňom zabudovaných čiar magnetického poľa. Tu sa magnetické pole v plazme dynamicky stláča a posilňuje v niektorých zónach, v iných zónach sa oddeľuje a zoslabuje. Keď plazma dosiahne povrch slnka, môžu siločiary magnetických polí v nej zabudovaných uniknúť do vesmíru.