Miksi Aurinko paistaa?
Aurinko ei pala
Aurinko näyttää valtavalta tulelta, mutta se ei pala. Jos se olisi hiiltä, se olisi palanut loppuun muutamassa tuhannessa vuodessa. Silti se on paistanut jo melkein viisi miljardia vuotta.
Mistä Aurinko on tehty
Aurinko on enimmäkseen vetyä, yksinkertaisinta alkuainetta. Vetyatomin keskellä on yksi ainoa positiivisesti varautunut hiukkanen, protoni. Sen ympärillä on yksi negatiivisesti varautunut elektroni.
Painovoima puristaa Aurinkoa
Aurinko on kolmesataatuhatta kertaa Maata raskaampi. Sen oma painovoima vetää kaiken kohti keskustaa ja puristaa sisällä olevaa kaasua kokoon. Kokoon puristettu kaasu lämpenee, aivan kuten pyöräpumppu, kun pumppaat renkaaseen ilmaa.
Helvetti ytimessä
Eniten kokoon puristunut ja kuumin on Auringon keskusta, sen ydin: yli 15 miljoonaa astetta. Mitä kuumempi jokin on, sitä nopeammin sen hiukkaset liikkuvat. Ytimessä ne kiitävät niin rajusti, että elektronit irtoavat protoneista ja lentelevät erikseen.
Protonit hylkivät toisiaan
Samanmerkkiset varaukset hylkivät toisiaan, joten protonit työntävät toisiaan poispäin. Mitä nopeammin ne lentävät toisiaan kohti, sitä lähemmäs ne pääsevät, mutta lopulta hylkimisvoima voittaa aina. Auringon ytimessä ne ovat niin nopeita, että ne joskus jopa koskettavat toisiaan.
Tarkista itse
Puhalla kaksi ilmapalloa, hankaa niitä hiuksiasi vasten ja ripusta ne lankoihin vierekkäin. Ilmapallot työntyvät erilleen. Molemmilla on sama varaus, tässä negatiivinen, joten ne hylkivät toisiaan samalla tavalla kuin kaksi protonia.
Kerran miljardeissa vuosissa
Kosketuksen jälkeen ne kuitenkin melkein aina lentävät taas erilleen. Ne yhdistyvät vain, jos toinen niistä juuri sillä hetkellä sinkoaa positronin, pikkuruisen hiukkasen, joka on kuin elektroni mutta positiivisesti varautunut, ja muuttuu neutroniksi. Protoni ja neutroni eivät hylji toisiaan, ja toisin kuin kaksi protonia ne pysyvät yhdessä. Tällainen muutos on kuitenkin äärimmäisen harvinainen: protoni odottaa sitä keskimäärin miljardeja vuosia.
Tiiviisti ahdettuina
Ytimessä on kuitenkin käsittämättömän paljon protoneja, ja painovoima on ahtanut ne tiiviisti toisiinsa. Litra sitä ainetta painaisi 150 kiloa. Siksi niin harvinainen yhdistyminenkin tapahtuu yhä uudestaan.
Neljästä protonista heliumia
Yhdistynyt pari lentelee sitten Auringon ytimessä, kunnes siihen liittyy vielä kaksi protonia. Toinen niistä muuttuu myös neutroniksi, ja syntyy heliumia, markkinapallojen kaasua. Tällaista yhdistymistä kuumuudessa kutsutaan ydinfuusioksi. Helium jää sitten ytimeen eikä toistaiseksi yhdisty pidemmälle.
Heliumin vuoro tulee myöhemmin
Heliumytimessä on kaksi protonia, joten kaksi heliumydintä hylkii toisiaan vielä voimakkaammin kuin kaksi protonia. Ne alkavat yhdistyä vasta, kun Auringon ytimestä noin viiden miljardin vuoden päästä loppuu vety ja ydin kuumenee 100 miljoonaan asteeseen. Silloin kolmesta heliumytimestä syntyy hiiltä, alkuainetta, josta on tehty esimerkiksi lyijykynän grafiitti.
Pala massaa muuttuu valoksi
Helium painaa vähän vähemmän kuin ne neljä protonia, joista se syntyi. Jokaisesta vetykilosta noin seitsemän grammaa muuttuu siis valoksi ja lämmöksi. Saman energian saisi polttamalla 20 000 tonnia hiiltä.
Aurinko laihtuu
Joka sekunti Aurinko muuttaa näin 600 miljoonaa tonnia vetyä heliumiksi. Noin 4 miljoonaa tonnia siitä muuttuu valoksi. Auringolle se on vain murunen: vetyä riittää vielä noin viideksi miljardiksi vuodeksi.
Pitkä matka ulos
Ytimen energia pääsee pintaan hitaasti. Valo pomppii tiheässä Auringossa koko ajan edestakaisin, ja sen matka ulos kestää kymmeniätuhansia vuosia, ehkä yli satatuhatta. Pinnalta se lentää meille sitten kahdeksassa minuutissa.
Aurinko maan päällä
Yritämme saada fuusion käyntiin myös maapallolla ja tuottaa sillä sähköä. Auringon painovoimaa meillä ei kuitenkaan ole, joten kuumennamme kaasun 150 miljoonaan asteeseen, kymmenen kertaa kuumemmaksi kuin Auringon ydin. Niin kuumaa kaasua pystyvät pitämään koossa vain vahvat magneetit autonrenkaan muotoisessa koneessa, jota kutsutaan tokamakiksi. Mikään seinä ei kestäisi sitä.
Miksi Aurinko siis paistaa?
Aurinko ei pala. Painovoima puristaa ja kuumentaa sen ytimen, ja siellä tapahtuu ydinfuusio: vedyn protonit yhdistyvät hitaasti heliumiksi. Samalla pala massaa muuttuu valoksi, ja vetyä on niin paljon, että sitä riittää miljardeiksi vuosiksi.