Енергія сонця

Енергія Солнца.

Чому Сонце світить і вистигає вже мільярди? Яке «паливо» дає їй енергію? Відповіді це питання вчені шукали століттями, і лише у початку ХХ століття знайшли правильне рішення. Тепер відомо, що, як і інші зірки, світить завдяки протекающим у надрах термоядерних реакцій. Що таке за реакции?

Якщо ядра атомів легких елементів зіллються в ядро атома тяжчого елемента, то маса нового виявиться менше, ніж сумарна чимало тих, з яких вона утворилося. Залишок маси перетворюється на енергію, яку несуть частки, звільнені під час реакції. Ця енергія майже зовсім перетворюється на тепло. Така реакція синтезу атомних ядер може статися лише за дуже високому тиску і температурі понад 10 млн. градусів. Тому він і називається термоядерной.

Основне речовина, що становить Сонце, — водень, йому доводиться близько 71% всієї маси світила. Майже 27% належить гелію, інші ж 2%- важчим елементам, таких як вуглець, азот, кисень і метали. Головним «паливом» Сонця служить саме водень. З чотирьох атомів водню внаслідок ланцюжка перетворень утворюється один атом гелію. А з кожного грама водню, що у реакції, виділяється 6×1011 Дж енергії! На Землі такої кількості енергії вистачило для здобуття права нагріти від температури 0о З до точки кипіння 1000 м³ воды.

Розглянемо механізм термоядерної реакції перетворення водню в гелій, яка, очевидно, найважливіша більшість зірок. Називається вона протон-протонной, оскільки починається з тісного зближення двох ядер атома водню — протонов.

Протони заряджені позитивно, тому взаємно відштовхуються, причому, по закону Кулона, сила цього відштовхування зворотно пропорційна квадрату відстані і за тісних зближеннях повинна стрімко зростати. Проте за дуже високих певній температурі й тиску швидкості теплового руху частинок такі великі, а частинкам настільки тісно, що швидкі їх усе ж таки зближуються друг з одним й відомства виявляються у сфері впливу ядерних сил. У результаті може відбутися ланцюжок перетворень, яка завершиться виникненням нового ядра, що складається з двох протонів і двох нейтронів, — ядра гелия.

Не кожне зіткнення двох протонів призводить до ядерної реакції. У протягом мільярдів років протон може постійно мати справу з іншими протонами, не дочекавшись ядерного перетворення. Але тоді як момент тісного зближення двох протонів відбудеться ще й інше малоймовірне для ядра подіярозпад протона на нейтрон, позитрон і нейтрино (такий процес називається бета-распадом), то протон з нейтроном об'єднаються у стале ядро важкого воднюдейтерия.

Ядро дейтерію (дейтон) за своїми властивостями схоже ядро водню, лише важче. Але, на відміну останнього, у надрах зірки ядро дейтерію довго існувати неспроможна. Вже за лічені секунди, у зв’язку і з одним протоном, але приєднує його себе, випускає потужний гамма-квант і стає ядром ізотопу гелію, яка має два протона пов’язані ні з двома нейтронами, як в звичайного гелію, і з одним. Разів у кілька років такі ядра легенів гелію зближуються настільки, що може об'єднається в ядро звичайного гелію, «відпустивши волю» два протона.

Отже, у результаті послідовних перетворень утворюється ядро звичайного гелію. Породжені під час реакції позитроны і гамма-кванти передають енергію навколишнього газу, а нейтрино зовсім йдуть із зірки, оскільки мають дивовижною здатністю проникати через величезні товщі речовини, не зачепивши жодного атома.

Реакція перетворення водню в гелій відповідальна через те, що в Сонця зараз вулицю значно більше гелію, ніж на поверхні. Природно, виникає запитання: що ж з Сонцем, коли все водень у його ядрі вигорить і як швидко це произойдёт?

Виявляється, приблизно 5 млрд. років зміст водню в ядрі настільки зменшиться, що його горіння почнеться шарі навколо ядра. Це призведе до «роздуванню» сонячної атмосфери, збільшення розмірів Сонця, падіння температури лежить на поверхні та підвищення їх у ядрі. Поступово Сонце перетвориться на червоний гігант — порівняно холодну зірку величезного діаметра з атмосферою, яка перевершує кордону орбіти Землі. Життя Сонця на цьому закінчиться, і вона перетерплювати ще чимало змін, поки результаті розширення зрештою стане холодним і щільним газовим кулею, у якому не відбувається жодних термоядерних реакций.