Dlaczego Słońce świeci?
Słońce się nie pali
Słońce wygląda jak ogromny ogień, ale się nie pali. Gdyby było z węgla, wypaliłoby się w ciągu kilku tysięcy lat. A świeci już od prawie pięciu miliardów lat.
Z czego jest Słońce
Słońce składa się głównie z wodoru, najprostszego pierwiastka. Atom wodoru ma w środku jedną cząstkę o ładunku dodatnim, proton. Wokół niego krąży jeden elektron o ładunku ujemnym.
Grawitacja miażdży Słońce
Słońce waży trzysta tysięcy razy więcej niż Ziemia. Jego własna grawitacja ciągnie wszystko do środka i ściska gaz w jego wnętrzu. Ściśnięty gaz się nagrzewa, tak jak pompka, kiedy pompujesz koło roweru.
Piekło w jądrze
Najbardziej ściśnięty i najgorętszy jest środek Słońca, jego jądro: ponad 15 milionów stopni. Im coś jest gorętsze, tym szybciej poruszają się jego cząstki. W jądrze pędzą tak gwałtownie, że elektrony odrywają się od protonów i latają osobno.
Protony się odpychają
Jednakowe ładunki się odpychają, więc protony odpychają się od siebie. Im szybciej na siebie lecą, tym bardziej się zbliżą, ale w końcu odpychanie zawsze wygrywa. W jądrze Słońca są tak szybkie, że czasem nawet się dotkną.
Sprawdź to sam
Nadmuchaj dwa balony, potrzyj je o włosy i powieś obok siebie na nitkach. Balony odsuną się od siebie. Oba mają taki sam ładunek, tu ujemny, więc odpychają się tak jak dwa protony.
Raz na miliardy lat
Po dotknięciu prawie zawsze znów się rozlatują. Łączą się tylko wtedy, gdy jeden z nich w tej właśnie chwili wystrzeli pozyton, maleńką cząstkę taką jak elektron, tylko o ładunku dodatnim, i zmieni się w neutron. Proton i neutron się nie odpychają i w odróżnieniu od dwóch protonów trzymają się razem. Taka przemiana jest jednak niezwykle rzadka: proton czeka na nią średnio miliardy lat.
Ciasno upchnięte
Protonów jest jednak w jądrze niewyobrażalnie dużo, a grawitacja upchnęła je ciasno jeden przy drugim. Litr tej materii ważyłby 150 kilogramów. Dlatego nawet tak rzadkie połączenie zdarza się bez przerwy.
Z czterech protonów hel
Połączona para lata potem dalej po jądrze Słońca, aż dołączą do niej kolejne dwa protony. Jeden z nich znów zmieni się w neutron i powstanie hel, gaz z balonów z wesołego miasteczka. Takie łączenie się w żarze nazywa się syntezą termojądrową. Hel zostaje potem w jądrze i na razie dalej się nie łączy.
Na hel przyjdzie kolej później
Jądro helu ma dwa protony, więc dwa jądra helu odpychają się jeszcze mocniej niż dwa protony. Zaczną się łączyć, gdy za mniej więcej pięć miliardów lat w jądrze Słońca skończy się wodór, a jądro rozgrzeje się do 100 milionów stopni. Wtedy z trzech jąder helu powstanie węgiel, pierwiastek, z którego jest na przykład grafit w ołówku.
Odrobina masy zmienia się w światło
Hel waży trochę mniej niż cztery protony, z których powstał. Z każdego kilograma wodoru mniej więcej siedem gramów zmienia się więc w światło i ciepło. To tyle energii, ile daje spalenie 20 tysięcy ton węgla.
Słońce chudnie
Słońce co sekundę zamienia w ten sposób 600 milionów ton wodoru w hel. Około 4 milionów ton z tego zmienia się w światło. Dla Słońca to tylko okruszek: wodoru starczy mu jeszcze na jakieś pięć miliardów lat.
Długa droga na zewnątrz
Energia z jądra wydostaje się na powierzchnię powoli. Światło w gęstym Słońcu ciągle odbija się tam i z powrotem, a droga na zewnątrz zajmuje mu dziesiątki tysięcy lat, może nawet ponad sto tysięcy. Od powierzchni do nas dolatuje już w osiem minut.
Słońce na Ziemi
Syntezę termojądrową próbujemy uruchomić także na Ziemi i wytwarzać z niej prąd. Grawitacji Słońca jednak nie mamy, więc rozgrzewamy gaz do 150 milionów stopni, dziesięć razy więcej niż w jądrze Słońca. Tak gorący gaz utrzymają tylko silne magnesy w maszynie w kształcie opony, którą nazywa się tokamakiem. Żadna ściana by tego nie wytrzymała.
Więc dlaczego Słońce świeci?
Słońce się nie pali. Grawitacja ściska i rozgrzewa jego jądro, a w nim zachodzi synteza termojądrowa: protony wodoru powoli łączą się w hel. Odrobina masy zmienia się przy tym w światło, a wodoru jest tyle, że wystarczy na miliardy lat.