Waarom schijnt de zon?
De zon brandt niet
De zon lijkt op een reusachtig vuur, maar ze brandt niet. Als ze van steenkool was, was ze in een paar duizend jaar opgebrand. En toch schijnt ze al bijna vijf miljard jaar.
Waar de zon van gemaakt is
De zon bestaat vooral uit waterstof, het eenvoudigste element. Een waterstofatoom heeft in het midden één deeltje met een positieve lading, een proton. Daaromheen zit één elektron met een negatieve lading.
De zwaartekracht drukt de zon samen
De zon is driehonderdduizend keer zwaarder dan de aarde. Haar eigen zwaartekracht trekt alles naar het midden en drukt het gas binnenin samen. Samengedrukt gas wordt warm, net als een fietspomp als je je band oppompt.
De hel in de kern
Het meest samengedrukt en het heetst is het midden van de zon, haar kern: meer dan 15 miljoen graden. Hoe heter iets is, hoe sneller zijn deeltjes bewegen. In de kern razen ze zo hard rond dat de elektronen van de protonen worden losgerukt en apart rondvliegen.
Protonen stoten elkaar af
Gelijke ladingen stoten elkaar af, dus duwen protonen elkaar weg. Hoe sneller ze op elkaar af vliegen, hoe dichter ze bij elkaar komen, maar uiteindelijk wint de afstoting altijd. In de kern van de zon gaan ze zo snel dat ze elkaar af en toe zelfs raken.
Controleer het zelf
Blaas twee ballonnen op, wrijf ze over je haar en hang ze naast elkaar aan een draadje. De ballonnen duwen elkaar weg. Ze hebben allebei dezelfde lading, hier negatief, en stoten elkaar dus af, net als twee protonen.
Eens in miljarden jaren
Na een botsing vliegen ze bijna altijd weer uit elkaar. Ze smelten alleen samen als een van de twee op dat moment een positron wegschiet, een piepklein deeltje zoals een elektron maar met een positieve lading, en verandert in een neutron. Een proton en een neutron stoten elkaar niet af en blijven, anders dan twee protonen, bij elkaar. Maar zo’n verandering is ontzettend zeldzaam: een proton wacht er gemiddeld miljarden jaren op.
Dicht op elkaar
Maar in de kern zitten onvoorstelbaar veel protonen, en de zwaartekracht heeft ze dicht op elkaar geperst. Een liter van dat spul zou 150 kilo wegen. Daarom gebeurt zelfs zo’n zeldzame samensmelting steeds weer.
Van vier protonen helium
Het samengesmolten paar vliegt daarna verder door de kern van de zon, tot er nog twee protonen bij komen. Een daarvan verandert ook in een neutron en er ontstaat helium, het gas uit de ballonnen op de kermis. Dit samensmelten in de hitte heet kernfusie. Het helium blijft daarna in de kern en smelt voorlopig niet verder samen.
Helium is later aan de beurt
Een heliumkern heeft twee protonen, dus twee heliumkernen stoten elkaar nog sterker af dan twee protonen. Ze gaan pas samensmelten als de zon over zo’n vijf miljard jaar door de waterstof in haar kern heen is en de kern 100 miljoen graden heet wordt. Dan maken drie heliumkernen samen koolstof, het element waaruit bijvoorbeeld de stift van een potlood bestaat.
Een beetje massa wordt licht
Helium weegt iets minder dan de vier protonen waaruit het ontstond. Van elke kilo waterstof wordt zo ongeveer zeven gram licht en warmte. Dat is net zoveel energie als het verbranden van 20.000 ton steenkool.
De zon valt af
De zon zet zo elke seconde 600 miljoen ton waterstof om in helium. Ongeveer 4 miljoen ton daarvan wordt licht. Voor de zon is dat maar een kruimeltje: haar waterstof is nog genoeg voor zo’n vijf miljard jaar.
Een lange weg naar buiten
Energie uit de kern komt maar langzaam aan de oppervlakte. Het licht wordt in de dichte zon steeds heen en weer gekaatst, en de weg naar buiten duurt tienduizenden jaren, misschien zelfs meer dan honderdduizend. Van de oppervlakte vliegt het in acht minuten naar ons.
Een zon op aarde
We proberen kernfusie ook op aarde op gang te brengen om er stroom mee te maken. Maar de zwaartekracht van de zon hebben we niet, dus verhitten we het gas tot 150 miljoen graden, tien keer heter dan de kern van de zon. Zulk heet gas kunnen alleen sterke magneten vasthouden, in een machine in de vorm van een autoband die tokamak heet. Geen wand zou het uithouden.
Dus waarom schijnt de zon?
De zon brandt niet. De zwaartekracht drukt haar kern samen en verhit hem, en daarin vindt kernfusie plaats: waterstofprotonen smelten langzaam samen tot helium. Een beetje massa wordt daarbij licht, en er is zoveel waterstof dat het miljarden jaren meegaat.