Aurinko

Nimi

Sana Aurinko kirjoitetaan isolla alkukirjaimella silloin, kun sanaa käytetään taivaankappaleen erisnimenä. Kun sanaa käytetään kiintotähdistä yleisesti tai jotenkin muuten kuin tähtieteellisenä nimenä (esimerkiksi "Huomenna paistaa aurinko"), sana kirjoitetaan pienellä alkukirjaimella. Auringon perinteisiä suomalaisia nimiä ovat myös Päivä, Päivyt ja Päivänkehrä.

Auringon elinkaari

Aurinko muodostui vajaa viisi miljardia vuotta sitten tähtienvälisestä kaasusta, joka romahti palloksi oman painonsa vetämänä. Auringon ytimessä alkoi noin 4,6 miljardia vuotta sitten vetyfuusio ja se alkoi tuottaa energiaa. Sytyttyään Aurinko puhalsi ympärilleen tiivistyneestä kiekosta pois irtokaasun, jolloin jäljelle aurinkokuntaan jäivät vain kiinteät kappaleet ja kaasuplaneetat.
Aurinko kirkastuu hiljalleen ikääntyessään kun sen ydinosien alkuainekoostumus muuttuu fuusion kuluttaessa vetyvarantoa. Aurinko säteilee nykyisin jo noin 50 prosenttia voimakkaammin kuin 4,5 miljardia vuotta sitten. Kirkastumisen jatkuessa maapallo kuumenee niin paljon, että 1–3 miljardin vuoden kuluttua meret höyrystyvät, kasvihuoneilmiö kiihtyy ja Maa muuttuu elinkelvottomaksi.
Viiden miljardin vuoden kuluttua vety loppuu Auringon keskustasta, ja se alkaa hitaasti laajentua ja muuttua punaiseksi. Vähitellen Auringosta tulee punainen jättiläinen, joka nielaisee sisemmät planeetat Merkuriuksen ja Venuksen. Maapallo sulaa laavapalloksi, ja osa sen kivikehästä höyrystyy avaruuteen. Samalla Aurinko puhaltaa uloimmat kerroksensa planetaariseksi sumuksi, jolloin keskustassa oleva tiivis ydin paljastuu ja muuttuu myöhemmin valkoiseksi kääpiöksi. Jäljelle jäänyt Auringon ydin jäähtyy hitaasti valkoisesta kääpiöstä mustaksi kääpiöksi.

Rakenne

Auringossa vallitsee niin korkea lämpötila, että aineet eivät esiinny kiinteässä, nestemäisessä tai kaasumaisessa olomuodossa, vaan kaikki aine on niin sanotussa neljännessä olomuodossa, plasmana.
Aurinko saa säteilemänsä energian siten, että vety muuttuu heliumiksi Auringon ytimessä tapahtuvassa fuusioreaktiossa. Tämä energia siirtyy, ensin lyhytaaltoisena röntgensäteilynä ja edelleen pidempiaaltoisempana röntgensäteilynä ja lopuksi konvektiovirtauksena (lämpösiirtymisenä) Auringon pinnalle.

Ydin

Ydin on Auringon sisin osa, jossa Auringon energian tuottavat fuusioreaktiot tapahtuvat. Sen läpimitta on noin 350 000 kilometriä, siis noin neljännes Auringon koko läpimitasta. Ytimen tiheys on korkeimmillaan 150 000 kg/m³ eli noin 150 kertaa veden tiheys. Paine on 225 miljardia ilmakehää. Lämpötila on noin 13 600 000 kelviniä, eli se on huomattavasti lämpimämpi kuin Auringon pinta, jossa lämpötila on 5 800 kelviniä. SOHO-luotaimen mittaustulokset viittaavat ytimen pyörivän pintaa nopeammin.
Lukuun ottamatta Auringon eliniän loppuvaiheita miltei kaikki Auringon energia syntyy ytimen fuusioreaktioissa, joissa vety-ytimet eli protonit yhdistyvät heliumytimiksi vapauttaen suuria määriä energiaa. Joka sekunti noin 600 miljoonaa tonnia vetyä fuusioituu 596 miljoonaksi tonniksi heliumia. Suhteellisuusteorian mukaisesti sekunnissa noin 4 miljoonaa tonnia materiaa muuttuu energiaksi. Auringon teho on noin 383 jottawattia, mikä vastaa noin sadan miljardin megatonnin tehoisen vetypommin räjähdystä joka sekunti. Silti ytimen suunnattomien mittasuhteiden johdosta tehotiheys on vain noin 0,272 kilowattia kuutiometriltä, vähemmän kuin yhden kynttilän teho.
Syntyneen energian täytyy kulkeutua Auringon ylempien kerrosten halki ennen vapautumista auringonvalona tai aurinkotuulen mukana. Arviot energian kulkeutumisajasta pintaan vaihtelevat 10 000 vuodesta 170 000 vuoteen.

Säteilyvyöhyke

Auringon ydintä ympäröi säteilyvyöhyke, jossa ydinreaktioita ei enää tapahdu. Sen halki ytimestä tuleva energia siirtyy pinnalle absorboitumalla ja emittoitumalla nousten säteilyvyöhykkeen pintaa kohden, joka on noin 0,7 Auringon säteen kohdalla. Energian siirtyminen on hidasta, ja ytimestä pintaan siirtyminen kestää kymmeniä miljoonia vuosia.

Konvektiovyöhyke

Konvektiovyöhykkeessä energia siirtyy pääosin aineen konvektiovirtauksena pinnalle. Vyöhykkeen aine virtaa kohti Auringon pintaa. Pinnalla aine jäähtyy ja muuttuu täten tiheämmäksi ja vajoaa takaisin kohti Auringon ydintä.

Auringon pinta

Auringon pintakerroksista, fotosfääristä, energiaa säteilee valonnopeudella ympäröivään avaruuteen sähkömagneettisen säteilyn kaikilla aallonpituuksilla, pääasiassa näkyvänä valona ja infrapunasäteilynä, jonkin verran myös ultraviolettisäteilynä. Fotosfäärin keskimääräinen lämpötila on noin 5800 K. Fotosfääri näyttää rakeiselta; siinä on kirkkaampia ja hieman tummempia kohtia. Tämä johtuu syvemmältä tulevista konvektiovirtauksista. 100 kilometriä paksussa fotosfäärissä esiintyy myös auringonpilkkuja, joiden kohdalla lämpötila on huomattavasti alhaisempi. Auringonpilkut  muistuttavat epätasaisia reikiä. Auringonpilkun keskellä on tummin alue ja sen ympärillä vaaleampi alue. Muuta pintaa tummempi väri johtuu siitä, että auringonpilkun kohdalla pintalämpötila on noin 4500 K, mikä on noin 1500 astetta viileämpi kuin muualla. Alemman pintalämöptilan aiheuttaa magneettikenttä, joka estää konvektion. Tyypillisen auringonpilkun läpimitta on noin 10 000 kilometriä ja elinaika muutamasta päivästä kuukausiin.

Kaasukehä

Kaasukehä jakautuu suhteellisen ohueen, sisempään värikehään, eli kromosfääriin ja kauas ulottuvaan koronaan. Koko kaasukehä on sen verran harvaa, ettei se ole nähtävissä paljain silmin muulloin kuin auringonpimennyksien yhteydessä, jolloin kromosfääri näyttäytyy ohuena punaisena renkaana Auringon ympärillä. Kromosfäärin paksuus on noin 2 000 km ja sen lämpötila noin 100 000 kelviniä.
Kaasukehän ulointa osaa kutsutaan koronaksi. Se muodostuu vielä harvemmasta, mutta hyvin kuumasta plasmasta, jonka lämpötila osittain on yli miljoona astetta, ja se ulottuu monen Auringon säteen verran siitä ulospäin. Etenkin sen ollessa aktiivisimmillaan auringon magneettiset roihupurkaukset irrottavat koronasta ainetta (mm. protuberansseista) massapurkauksina, joissa plasmaa sinkoutuu avaruuteen satojen kilometrien sekuntinopeudella. Varautuneiden hiukkasten törmätessä muutamaa päivää myöhemmin Maan magneettikenttään syntyy revontulia. Koronan plasmasta irtoavia varautuneita hiukkasia, pääasiassa elektroneja ja protoneja, liikkuu siitä poispäin avaruuteen jopa 900 km/s nopeudella. Tämä aurinkotuuleksi kutsuttu ilmiö ulottuu koko aurinkokunnan läpi. Sen hiukkasten ja magneettikentän vaikutuspiirissä olevaa avaruuden osaa sanotaan heliosfääriksi, jonka rajoilta, noin 50–100 AU:n etäisyydeltä olevasta heliopaussista katsotaan tähtienvälisen avaruuden alkavan.

Säteilyn merkitys maapallolle ja ihmiskunnalle

Aurinko on maapallon merkittävin energianlähde, joka kasveissa tapahtuvan yhteyttämisen kautta tuottaa melkein kaiken eliökunnan kuluttamasta energiasta. Myös ihmisten fyysinen käyttövoima on Auringosta lähtöisin, sillä kaikki ravinto alkaen kasvikunnasta päättyen ravintoketjun ylimpiin lenkkeihin edustaa varastoitunutta aurinkoenergiaa. Ydinvoimaa sekä geotermistä ja vuorovesienergiaa lukuun ottamatta kaikki ihmiskunnan kuluttama energia on peräisin Auringon fuusioreaktioista eri väylien kautta.

Terveysvaikutukset

Auringon säteily on merkittävä D-vitamiinin lähde etenkin pienillä leveysasteilla. Auringonvalo vaikuttaa pimeähormoni melatoniinin eritykseen.
Voimakkaalle ja pitkäaikaiselle auringonpaisteelle altistuminen voi polttaa ihon, mikä lisää melanooman riskiä. Toisaalta joissain tutkimuksissa on havaittu, että melanoomasta selviävät todennäköisimmin ne potilaat, jotka ovat saaneet elämänsä aikana eniten auringonvaloa. Tämä viittaa siihen, että auringolla on myös syövältä suojaavaa vaikutusta. Auringolta voi suojata ihonsa välttämällä keskipäivän aurinkoa, pukeutumalla peittävästi tai käyttämällä aurinkovoidetta.
Auringon katsominen paljain silmin on vaarallista silmille. Aurinkoa voidaan havaita turvallisesti esimerkiksi pimennyslaseilla tai käyttämällä suodinkalvoa kaukoputken tai kiikarien kanssa.

Tutkimus

Aurinkoa tutkitaan tieteellisesti hyvin monenlaisilla laitteilla. Kaukoputkilla ja teleskoopeilla havaitaan näkyvän valon, infrapunasäteilyn ja radiosäteilyn aallonpituuksia. Spektrografilla Auringon valo voidaan hajottaa eri aallonpituuksiin, mikä paljastaa esimerkiksi Auringon kaasun kemiallisen koostumuksen. Koronagrafilla tutkitaan Auringon koronaa. Aurinkoluotaimet tutkivat Aurinkoa lähietäisyydeltä. Lähimmäksi Aurinkoa on lähetetty Nasan Parker Solar Probe -luotain, joka ohitti huhtikuussa 2019 Auringon 24 miljoonan kilometrin päästä.

Kulttuurissa

Aurinkoa on monessa kulttuurissa palvottu jumalana joko sellaisenaan tai ihmisen tai jonkin eläimen hahmoisena. Auringon katsottiin olevan läheisissä tekemisissä arkielämän kanssa ja vaikuttavan ihmisten elämään. Aurinkoa palvottiin suurena Isänä samalla kun Kuuta palvottiin suurena Äitinä. Muun muassa Lähi-idässä Aurinkoa palvottiin entisaikaan yleisesti, ja Muinaisen Egyptin uskonnossa Auringon palvonta oli keskipisteessä. Muinaissuomalaisilla ei ollut auringonjumalaa, mutta lappalaiset uhrasivat Auringolle, jotta se paistaisi.
Jo muinaisten aikojen ihmiset ovat havainnoineet Auringon nousu- ja laskukohtia taivaanrannassa sekä päiviä, jolloin Aurinko on ollut keskipäivällä korkeimmillaan tai matalimmillaan vuoden aikana. Joitain muinaisia temppeleitä ja muita rakennuksia, kuten Karnakin temppeli ja Stonehenge, on suunnattu tarkasti joihinkin näistä pisteistä. Noin puolessa suomalaisista jätinkirkoista on aurinkosuuntauksia.
Muinaiset kulttuurit keksivät auringonpimennyksille erilaisia syitä, kuten lohikäärmeen tai vihaisten jumalten hyökkäys. Muinaisskandinaaveilla maailmanloppu Ragnarök alkoi auringonpimennyksellä. Koska ilmiötä ei ymmärretty, sitä usein pelättiin.