В далёком теперь уже детстве я иногда задумывался над тем, почему светит Солнце. И не просто светит, а ещё ощутимо греет, обеспечивая теплом всех живых существ нашей планеты. Конечно же тогда мне ничего не было известно о том, что происходит на нашей звезде на самом деле. И поскольку книжек по астрофизике в моём шкафу не было, а Интернет ещё не изобрели, мне приходилось включать фантазию, и выдумывать самые разные причины, по которым Солнце горит ярким светом.
Например, одна из гипотез, родившихся в моей голове, была такая – Солнце горит, потому что оно состоит из угля и ли чего-то подобного. Однажды оно зажглось по какой-то причине и продолжает гореть миллионы лет. Интуитивно я понимал, конечно, что простое горючее не может столько лет гореть, тем более оно должно находиться в какой-то ёмкости, но других серьёзных версий у меня тогда не было. Родители и друзья тоже были далеки от астрофизики, и ничем не могли мне помочь.
И только когда я оказался в старших классах, учитель астрономии на одном из уроков рассказал, как всё происходит на самом деле. И я сидел на этом уроке, заворожённо глядя не него, и думал, что всё наше человечество до сих пор, по сути, вот такие вот, как я, дети. Которые получают необходимые знания в своё время. А до тех пор выдумвают сами себе всякие нелепые гипотезы. Которые не имеют никакого отношения к реальности.
А ещё учитель рассказал нам, что первым, кто высказал предположение, что Солнце горит из-за происходящего в его недрах процесса термоядерного синтеза был английский физик Артур Эддингтон. Сделал он это в 1920 году.
Итак, сегодня я хочу рассказать вам, дорогие мои друзья, что же узнал я тогда, на том самом запомнившимся мне уроке астрономии. Большинство из вас конечно всё это знают, но я уверен, что кому-нибудь наверняка пригодится эта информация. Например, при общении с персоналом ЖЭКа можно блеснуть знаниями, заявив, что счета за отопление такие, что создаётся ощущение, что за него отвечает термоядерный реактор стоимостью триллион рублей (шутка).
Но вернёмся в прошлое.
Интересная книжка
Я получил тогда, на том уроке, ответ на мучивший меня вопрос – почему светит Солнце? Оказалось, что за это отвечают реакции термоядерного синтеза. И они довольно распространены в природе. Хотя на Земле (и это хорошо!) не встречаются. Именно они являются источником энергии, генерируемой Солнцем и миллиардами миллиардов звёзд, разбросанных по всей Вселенной.
В определённом смысле можно сказать, что термоядерная энергия является основным источником энергии в природе.
Я помню, что спросил тогда у учителя: но почему звёзды просто не разрушаются, раз у них внутри постоянно происходят термоядерные взрывы? И он ответил мне, что так происходит за счёт колоссального гравитационного воздействия, которое оказывает звезда сама на себя. Именно оно не даёт звезде разлететься по всей округе сразу же после начала процесса синтеза.
А потом учитель дал мне домой книгу, в которой научно-популярно описывались все процессы, протекающие в звёздах.
Из этой книги я узнал, что одним из наиболее интересных аспектов ядерной физики является изучение реакций синтеза в различных типах звёзд. И что в ходе именно этих реакций в конечном итоге образуются многие химические элементы. И что наше Солнце является хорошим примером для изучения таких реакций.
Светить всегда, светить везде!
Я узнал, что на Солнце классическая термоядерная реакция выглядит так: четыре ядра водорода (четыре протона) сливаются, и получается 2 ядра гелия (с двумя нейтронами), два позитрона (античастица электрона) и невероятное количество энергии – 26 МэВ. Которая и согревает нашу планету и все остальные тоже. И что конечный результат протекающих реакций можно записать так:
На самом деле, конечно, эта реакция происходит не за один этап, а может быть достигнута посредством различных наборов реакций. Однако их конечные результаты суммированы в вышеприведённом уравнении.
Слияние четырёх протонов с образованием ядер гелия является основным источником энергии Солнца.
Водород и гелий вместе составляют около 99% массы Солнца. Причём первого примерно в два раза больше, чем второго.
К нашему счастью, водорода у Солнца ещё достаточно, чтобы обеспечить Землю энергией еще на несколько миллиардов лет.
Почему светит Солнце
На самом деле реакции термоядерного синтеза на Солнце имеют несколько вариаций. Но наиболее распространённый сценарий таков: при температуре около 10^7 Кельвинов кинетические энергии становятся достаточно велики для того, чтобы протоны смогли преодолеть электрическое отталкивание между собой. И вследствие этого происходит слияние двух протонов. В результате ядерной реакции образуются дейтрон (водород-2), позитрон и нейтрино. Как только дейтрон образуется, он реагирует ещё с одним протоном. В результате чего образуется гелий-3 и гамма-лучи.
Ядра гелия-3 сливаются друг с другом, образуя альфа-частицы и два протона. В каждой из этих реакций выделяется энергия, в результате чего суммарно получается 26 МэВ на полный цикл из четырёх нуклонов, дающих начало ядру гелия.
Скорость вышеописанной термоядерной реакции зависит от числа ядер в единице объёма и температуры. Чем выше температура, тем быстрее становится тепловое движение частиц и тем более частыми и энергичными будут столкновения.
Эти знания были очень интересны для меня. С тех пор я совсем по другому стал смотреть на наше светило. Ведь внутри него, по сути, происходит непрерывный термоядерный взрыв…
Интересно, а о чём думали древние шумеры, когда смотрели на Солнце?
Что представляли они, размышляя о том, почему оно горит?