Die Photosphäre ist die sichtbare Schicht eines Sterns, die am häufigsten in Diskussionen über die Sonne angesprochen wird. Obwohl die Sonne wie die Erde eine feste äußere Schicht zu haben scheint, besteht sie in Wahrheit aus immens heißen Gasen und hat keine feste Oberfläche. Die Photosphäre markiert die Grenze, an der Licht in die Gase eindringen kann, wodurch sie weniger undurchsichtig und damit sichtbar wird. Was ein Mensch sieht, wenn er die Sonne betrachtet, ist die Photosphäre.
Die Dichte der atmosphärischen Schicht ist nicht an allen Orten zu allen Zeiten gleich, sondern beträgt in der Regel etwa 248.5-310.6 Meilen (400-500 km) dick. Die Temperatur liegt zwischen 5,000 und 6,000 Grad Kelvin oder etwa 8,540-10,340 Grad Fahrenheit. Es ist die unterste Schicht der Sonnenatmosphäre und sitzt unter der viel dickeren Chromosphäre und der riesigen Korona. Unterhalb der Photosphäre liegen die Konvektions- und Strahlungszonen der Sonne und darunter der mächtige Kern.
Wenn man die Photosphäre aus der Ferne betrachtet, kann sie wie eine einfache gelbe oder orangefarbene Scheibe mit einigen dunklen Flecken erscheinen, die als Sonnenflecken bekannt sind. Aus der Nähe hat die Photosphäre jedoch ein strukturiertes Aussehen, das oft als granuliert bezeichnet wird. Die sprudelnde Textur der Photosphäre ist zwar nicht unbedingt schön anzusehen, aber ein Beweis dafür, wie die Sonne funktioniert: Die Blasen und Noppen sind Anzeichen für den Konvektionsprozess. Konvektion auf der Sonne funktioniert im Wesentlichen genauso wie ein kochender Topf mit Wasser; erhitzte Photonen steigen an die Oberfläche, während kühlere absinken, außer dass anstelle einer sprudelnden Oberfläche auf einem Topf mit kochendem Wasser die Konvektion der Sonne die Granulation in der Photosphäre erzeugt.
Sonnenflecken, die dunklen Flecken, die oft auf Bildern der Sonne zu sehen sind, sind Flecken der Atmosphäre, in denen es merklich kühler ist, manchmal um mehr als 1,000 Kelvin (1340 F). Sonnenflecken sind keine konstanten Merkmale und neigen dazu, innerhalb weniger Wochen auf und ab zu gehen. Trotz ihrer vergleichsweise kühlen Temperaturen haben sich diese Flecken als außergewöhnlich starke magnetische Kräfte erwiesen. Obwohl sie oft winzig aussehen, sind Sonnenflecken in der Photosphäre oft Zehntausende von Kilometern groß.
Interessanterweise führte die Beobachtung der Photosphäre zur Entdeckung eines der am häufigsten vorkommenden Elemente im Universum: Helium. Obwohl dem englischen Wissenschaftler Norman Lockyer und dem französischen Astronomen Pierre Jansen verschiedene Anerkennungen zugeschrieben werden, beobachteten beide eigentümliche gelbe Spektrallinien um die Sonne, die mit bekannten Elementen nicht repliziert werden konnten. Die Bestätigung von Helium auf der Erde erfolgte erst mehr als zwanzig Jahre später und war damit das einzige außerirdisch entdeckte Element, bevor es auf der Erde identifiziert wurde.