Чому світить Сонце?
Сонце не горить
Сонце схоже на величезне вогнище, але воно не горить. Якби воно було з вугілля, то згоріло б за кілька тисяч років. А світить воно вже майже п’ять мільярдів років.
З чого складається Сонце
Сонце складається переважно з водню, найпростішого елемента. Атом водню має в центрі одну частинку з додатним зарядом, протон. Навколо нього — один електрон з від’ємним зарядом.
Гравітація стискає Сонце
Сонце важить у триста тисяч разів більше, ніж Земля. Його власна гравітація тягне все до центру і стискає газ усередині. Стиснутий газ нагрівається, так само як насос, коли накачуєш колесо велосипеда.
Пекло в ядрі
Найбільш стиснутий і найгарячіший — центр Сонця, його ядро: понад 15 мільйонів градусів. Що гарячіша речовина, то швидше рухаються її частинки. У ядрі вони мчать так шалено, що електрони відриваються від протонів і літають окремо.
Протони відштовхуються
Однойменні заряди відштовхуються, тож протони відпихають один одного. Що швидше вони летять назустріч, то ближче підходять, але відштовхування зрештою завжди перемагає. У ядрі Сонця вони такі швидкі, що часом навіть торкаються.
Перевір сам
Надуй дві кульки, потри їх об волосся й підвісь на нитках поруч. Кульки відштовхнуться одна від одної. Обидві мають однаковий заряд, тут від’ємний, тож відштовхуються, як два протони.
Раз на мільярди років
Після дотику вони майже завжди знову розлітаються. З’єднуються, лише коли один із них саме тієї миті випустить позитрон, крихітну частинку, схожу на електрон, тільки з додатним зарядом, і перетвориться на нейтрон. Протон і нейтрон не відштовхуються і, на відміну від двох протонів, тримаються разом. Але таке перетворення надзвичайно рідкісне: протон чекає на нього в середньому мільярди років.
Щільно напхані
Проте протонів у ядрі неймовірно багато, і гравітація щільно притисла їх один до одного. Літр такої речовини важив би 150 кілограмів. Тому навіть таке рідкісне з’єднання відбувається знову і знову.
З чотирьох протонів — гелій
З’єднана пара потім далі літає в ядрі Сонця, доки до неї не приєднаються ще два протони. Один із них теж перетвориться на нейтрон, і виникне гелій, газ із кульок, які продають на ярмарку. Таке з’єднання в жарі називають термоядерним синтезом. Гелій потім лишається в ядрі й далі поки що не з’єднується.
Черга гелію настане пізніше
Ядро гелію має два протони, тож два ядра гелію відштовхуються ще сильніше, ніж два протони. Вони почнуть з’єднуватися, коли приблизно через п’ять мільярдів років у ядрі Сонця скінчиться водень і ядро розжариться до 100 мільйонів градусів. Тоді з трьох ядер гелію утвориться вуглець, елемент, з якого складається, наприклад, грифель олівця.
Дещиця маси стає світлом
Гелій важить трохи менше, ніж чотири протони, з яких він утворився. Тож із кожного кілограма водню приблизно сім грамів перетворюються на світло й тепло. Це стільки ж енергії, скільки дає спалення 20 тисяч тонн вугілля.
Сонце худне
Щосекунди Сонце так перетворює 600 мільйонів тонн водню на гелій. Близько 4 мільйонів тонн із них стають світлом. Для Сонця це лише крихта: водню йому вистачить ще приблизно на п’ять мільярдів років.
Довгий шлях назовні
Енергія з ядра дістається до поверхні повільно. Світло в густому Сонці постійно відбивається туди-сюди, і шлях назовні триває десятки тисяч років, а може, й понад сто тисяч. Від поверхні до нас воно долітає вже за вісім хвилин.
Сонце на Землі
Термоядерний синтез ми намагаємося запустити й на Землі, щоб виробляти з нього електрику. Але гравітації Сонця в нас немає, тож ми розігріваємо газ до 150 мільйонів градусів, удесятеро більше, ніж у ядрі Сонця. Такий гарячий газ утримають лише потужні магніти в машині у формі шини, яку називають токамаком. Жодна стінка цього не витримала б.
То чому світить Сонце?
Сонце не горить. Гравітація стискає й розжарює його ядро, і в ньому відбувається термоядерний синтез: протони водню повільно з’єднуються в гелій. Дещиця маси при цьому стає світлом, а водню так багато, що його вистачить на мільярди років.