Zašto sunce sija? Zašto Sunce sija toliko godina? Zašto sunce sjajno sija
Sunce se nalazi 150 miliona kilometara od Zemlje. Uprkos takvoj doslovnoj kosmičkoj udaljenosti, svi vitalni procesi na našoj planeti zavise od Sunca.
Ovo nebesko tijelo- izvor svjetlosti i topline na Zemlji.
Šta je Sunce?
Njegova struktura je ogromna plinska kugla, unutar i na čijoj površini se milijarde godina održavaju ekstremno visoke temperature. Na Suncu se neprestano dešava proces pretvaranja vodonika u helijum.
Naučnici ovaj proces nazivaju termonuklearnom reakcijom. Vodonik čini 74% mase solarnog jezgra, helijum čini 25% ove mase. Kada se jedan hemijski element pretvori u drugi, čestice vodika se kombinuju i formiraju teže čestice, a istovremeno se oslobađaju velike količine energije u obliku toplote i svetlosti.
Kako nastaje termonuklearna reakcija?
Zbog visoke temperature, čestice plina na Suncu - atomska jezgra i slobodni elektroni - kreću se ludom brzinom. Svako jezgro atoma sadrži čestice koje se nazivaju protoni i neutroni. Protoni imaju pozitivan električni naboj, ali neutroni nemaju naboj. 
Atomi različitih elemenata razlikuju se jedni od drugih po broju protona i neutrona, koji služe kao svojevrsni "građevni blokovi" za konstrukciju. Svako jezgro atoma vodika sadrži jedan proton, a svako jezgro atoma helija sadrži dva protona i dva neutrona.
Kada se četiri jezgra vodika spoje zajedno, formiraju jedno jezgro helijuma, fotone i druge male čestice. To su fotoni koji predstavljaju raspršivanje svjetlosti u svim smjerovima.
Prema naučnicima, svake sekunde oko četiri miliona tona materije se pretvara u energiju zračenja u solarnom jezgru. Ova energija se raspršuje u svemir i stiže do Zemlje.
Vrijedi napomenuti da je u blizini solarnog jezgra temperatura oko 14 miliona stepeni, a snaga zračenja koja dopire do naše planete je otprilike 1000 vati po kvadratnom metru površine.
Zašto sunce zimi ne grije toliko koliko ljeti?
Efikasnost sunčeve svetlosti na Zemlji zavisi od toga koliko je dugo dnevno svetlo, stanja atmosfere i ugla pod kojim sunčevi zraci padaju na Zemlju. Toplotni kapacitet zemljine površine je takođe važan. 
Ljeti se Sunce diže visoko, njegovi zraci udaraju o Zemlju gotovo okomito, a zagrijavanje se događa brže. Zimi je Sunce nisko iznad horizonta, njegovi zraci prolaze tangencijalno, a toplina na Zemlji se osjeća mnogo slabije.
Zimi, sunčeve zrake moraju prodrijeti kroz gušći sloj atmosfere, a to značajno usporava proces zagrijavanja zemljine površine.
Vruć avgust i surov februar
Ugao sunčevih zraka i zagrevanje Zemlje je takođe zaslužan za to što avgust u srednjim geografskim širinama postaje izuzetno vrući mesec leta, a februar najsuroviji mesec zime. Voda i zemlja se ne zagrijavaju trenutno, već zadržavaju akumuliranu toplinu. U junu i julu Sunce se izdiže iznad Zemlje do svoje maksimalne visine, a toplota prodire duboko u površinu.
Zadržava se akumulirana toplota juna i jula, plus joj se dodaje toplota avgusta. Obrnuti proces se dešava na sličan način: zemlja, koja se ohladila tokom decembra i januara, ima ekstremno nisku temperaturu u februaru.
Mnogi se povremeno pitaju: šta će se dogoditi kada Sunce izađe? Naučnici odgovaraju: ne treba se bojati takvog zaokreta u bliskoj budućnosti. Sunce se može ugasiti tek nakon što potroši sav vodonik koji sadrži i kada se proces njegove transformacije u helijum zaustavi. 
Ali tokom svog postojanja Solarni sistem Manje od polovine vodonika na Suncu pretvorilo se u helijum. To znači da će Sunce sjati i grijati jako dugo.
Ljudi su odavno shvatili da bez Sunca života na Zemlji ne bi bilo, jer je bio uzvišen, obožavan, a prilikom proslavljanja dana Sunca često su prinosili ljudske žrtve. Oni su to posmatrali i, stvarajući opservatorije, rešavali tako jednostavna na prvi pogled pitanja o tome zašto Sunce sija tokom dana, kakva je priroda svetila, kada Sunce zalazi, gde izlazi, koji se objekti nalaze oko Sunca i planirali svoje aktivnosti na osnovu dobijenih podataka.
Naučnici nisu imali pojma da na jedinoj zvijezdi u Sunčevom sistemu postoje godišnja doba vrlo slična "kišnoj sezoni" i "sušnoj sezoni". Aktivnost Sunca naizmjenično raste na sjevernoj i južnoj hemisferi, traje jedanaest mjeseci, a isto toliko opada. Uz jedanaestogodišnji ciklus njenog djelovanja, život zemljana direktno ovisi, jer se u ovom trenutku iz utrobe zvijezde emituju moćna magnetna polja koja uzrokuju solarne poremećaje koji su opasni za planet.
Neki će se možda iznenaditi kada saznaju da Sunce nije planeta. Sunce je ogromna, svjetleća lopta plinova, unutar koje se neprestano odvijaju termonuklearne reakcije, oslobađajući energiju koja daje svjetlost i toplinu. Pitam se šta kao zvezda ne postoji u Sunčevom sistemu, pa stoga privlači k sebi sve manje objekte koji se nađu u zoni njegove gravitacije, usled čega počinju da rotiraju oko Sunca duž putanje.
Naravno, u svemiru se Sunčev sistem ne nalazi sam za sebe, već je njegov dio mliječni put, galaksije, što je ogroman zvezdani sistem. Sunce je od centra Mlečnog puta udaljeno 26 hiljada svetlosnih godina, pa je kretanje Sunca oko njega jedna revolucija na svakih 200 miliona godina. Ali zvijezda se okrene oko svoje ose za mjesec dana - a čak i tada, ovi podaci su približni: to je plazma kugla čije se komponente rotiraju različitim brzinama, pa je stoga teško reći koliko je tačno vremena potrebno za puna rotacija. Tako se, na primjer, u ekvatorskoj regiji to dešava za 25 dana, na polovima - 11 dana više.
Od svih danas poznatih zvijezda, naše Sunce je na četvrtom mjestu po sjaju (kada zvijezda pokazuje sunčevu aktivnost, sija jače nego kada jenjava). Sama po sebi, ova ogromna gasovita lopta je bijela, ali zbog činjenice da naša atmosfera upija valove kratkog spektra i da se sunčevi zraci na površini Zemlje raspršuju, svjetlost Sunca postaje žućkasta, a bijela boja se može vidjeti samo po vedrom, lijepom danu na pozadini plavog neba
Budući da je jedina zvijezda u Sunčevom sistemu, Sunce je i jedini izvor njegove svjetlosti (ne računajući veoma udaljene zvijezde). Uprkos činjenici da su Sunce i Mjesec najveći i najsjajniji objekti na nebu naše planete, razlika između njih je ogromna. Dok samo Sunce emituje svetlost, Zemljin satelit, kao potpuno taman objekat, jednostavno ga reflektuje (možemo reći da Sunce vidimo i noću kada je na nebu obasjan Mesec).
Sunce je sijalo - mlada zvijezda, njena starost, prema naučnicima, iznosi više od četiri i po milijarde godina. Dakle, to se odnosi na zvijezdu treće generacije, koja je nastala od ostataka prethodno postojećih zvijezda. On se s pravom smatra najvećim veliki objekat Sunčev sistem, pošto je njegova težina 743 puta veća od mase svih planeta koje se okreću oko Sunca (naša planeta je 333 hiljade puta lakša od Sunca i 109 puta manja od njega).
Atmosfera Sunca
Pošto temperatura gornjih slojeva Sunca prelazi 6 hiljada stepeni Celzijusa, to je čvrsto telo nije: sa takvim visoke temperature bilo koji kamen ili metal se pretvara u gas. Naučnici su nedavno došli do takvih zaključaka, budući da su ranije astronomi sugerirali da su svjetlost i toplina koju emituje zvijezda rezultat sagorijevanja.
Što su astronomi više posmatrali Sunce, to je postajalo jasnije: njegova površina je zagrejana do granice nekoliko milijardi godina i ništa ne može da gori toliko dugo. Prema jednoj od modernih hipoteza, isti procesi se odvijaju unutar Sunca kao i u atomska bomba– materija se pretvara u energiju, a kao rezultat termonuklearnih reakcija, vodonik (njegov udio u sastavu zvijezde je oko 73,5%) se pretvara u helijum (skoro 25%).
Glasine da će se Sunce na Zemlji prije ili kasnije ugasiti nisu bez osnova: količina vodonika u jezgru nije neograničena. Kako gori, vanjski sloj zvijezde će se širiti, dok će se jezgro, naprotiv, skupljati, zbog čega će život Sunca prestati i ono će se pretvoriti u maglinu. Ovaj proces neće uskoro početi. Prema naučnicima, to će se dogoditi ne ranije nego za pet do šest milijardi godina.
Što se tiče unutrašnje strukture, pošto je zvezda gasovita lopta, jedino što ima zajedničko sa planetom je prisustvo jezgra.
Core
Ovdje se odvijaju sve termonuklearne reakcije koje stvaraju toplinu i energiju, koje ga, zaobilazeći sve naredne slojeve Sunca, ostavljaju u obliku sunčeve svjetlosti i kinetičke energije. Sunčevo jezgro se proteže od centra Sunca do udaljenosti od 173.000 km (približno 0,2 solarna radijusa). Zanimljivo je da se u jezgru zvijezda rotira oko svoje ose mnogo brže nego u gornjim slojevima.
Zona prijenosa zračenja
Fotoni koji napuštaju jezgro u zoni prijenosa zračenja sudaraju se s česticama plazme (jonizirani plin formiran od neutralnih atoma i nabijenih čestica, jona i elektrona) i s njima razmjenjuju energiju. Toliko je sudara da je ponekad potrebno oko milion godina da foton prođe kroz ovaj sloj, i to uprkos činjenici da se gustoća plazme i njena temperatura na vanjskoj granici smanjuju.
Tahoklina
Između zone prijenosa zračenja i konvektivne zone nalazi se vrlo tanak sloj u kojem dolazi do formiranja magnetsko polje – dalekovodi Elektromagnetno polje se rasteže tokovima plazme, povećavajući njegov intenzitet. Postoje svi razlozi za vjerovanje da ovdje plazma značajno mijenja svoju strukturu.
Konvektivna zona
U blizini sunčeve površine, temperatura i gustina materije postaju nedovoljne da se sunčeva energija prenosi samo ponovnim zračenjem. Dakle, ovdje plazma počinje da se rotira, formirajući vrtloge, prenoseći energiju na površinu, dok što je bliže vanjskom rubu zone, to se više hladi, a gustoća plina opada. Istovremeno, čestice fotosfere koje se nalaze iznad nje, ohlađene na površini, odlaze u konvektivnu zonu.
Fotosfera
Fotosfera je najsjajniji dio Sunca koji se može vidjeti sa Zemlje u obliku sunčeve površine (tako se naziva konvencionalno, jer tijelo koje se sastoji od plina nema površinu, pa se svrstava u dio atmosfere ).
U poređenju sa radijusom zvijezde (700 hiljada km), fotosfera je vrlo tanak sloj debljine od 100 do 400 km.
Tu se, tokom sunčeve aktivnosti, oslobađa svjetlosna, kinetička i toplinska energija. Pošto je temperatura plazme u fotosferi niža nego na drugim mestima, postoji i jaka magnetno zračenje, u njemu nastaju sunčeve pjege, što dovodi do dobro poznatog fenomena sunčevih baklji.
Iako sunčeve baklje ne traju dugo, u tom periodu se oslobađa izuzetno velika količina energije. A manifestuje se u obliku nabijenih čestica, ultraljubičastog, optičkog, rendgenskog ili gama zračenja, kao i tokova plazme (na našoj planeti izazivaju magnetne oluje negativno utiču na zdravlje ljudi).
Gas u ovom dijelu zvijezde je relativno tanak i rotira vrlo neravnomjerno: njegova rotacija u području ekvatora je 24 dana, na polovima - trideset. U gornjim slojevima fotosfere bilježe se minimalne temperature, zbog kojih od 10 hiljada atoma vodika samo jedan ima nabijen ion (uprkos tome, čak i u ovom području plazma je prilično jonizirana).
Hromosfera
Hromosfera je gornja ljuska Sunca, debljine 2 hiljade km. U ovom sloju temperatura naglo raste, a vodik i druge tvari počinju aktivno ionizirati. Gustina ovog dijela Sunca je obično niska, pa ga je teško razlikovati od Zemlje, a može se vidjeti samo u slučaju pomračenja Sunca, kada Mjesec pokrije svjetliji sloj fotosfere (kromosfera svijetli crveno u ovom trenutku).
Kruna
Korona je posljednja vanjska, vrlo vruća ljuska Sunca, koja je vidljiva sa naše planete tokom punog pomračenje sunca: Podseća na blistavi oreol. Ponekad ga je nemoguće vidjeti zbog njegove vrlo niske gustine i svjetline.
Sastoji se od izbočina, fontana vrelog gasa visine do 40 hiljada km i energetskih erupcija koje velikom brzinom idu u svemir, formirajući solarni vetar, koji se sastoji od struje naelektrisanih čestica. Zanimljivo je da su mnoge prirodne pojave na našoj planeti povezane sa solarnim vjetrom, npr. polarna svjetlost. Treba napomenuti da je solarni vjetar sam po sebi izuzetno opasan, a da naša planeta nije zaštićena atmosferom, uništio bi sve živo.
Zemljina godina
Naša planeta se kreće oko Sunca brzinom od oko 30 km/s, a period njene potpune revolucije jednak je jednoj godini (dužina orbite je veća od 930 miliona km). Na tački gdje je solarni disk najbliži Zemlji, naša planeta je od zvijezde udaljena 147 miliona km, a na najudaljenijoj tački - 152 miliona km.
“Kretanje Sunca” vidljivo sa Zemlje mijenja se tokom cijele godine, a njegova putanja podsjeća na osmicu, protegnutu duž Zemljine ose od sjevera prema jugu sa nagibom od četrdeset sedam stepeni.
To se dešava zbog činjenice da je ugao odstupanja Zemljine ose od okomite na orbitalnu ravan oko 23,5 stepeni, a kako se naša planeta okreće oko Sunca, Sunčeve zrake menjaju svoj ugao svaki dan i svaki sat (ne računajući ekvator, gdje je dan jednak noći), pada u istoj tački.
Ljeti na sjevernoj hemisferi, naša planeta je nagnuta prema Suncu, te stoga sunčeve zrake obasjavaju zemljine površinešto intenzivnije. Ali zimi, pošto je putanja solarnog diska preko neba veoma niska, sunčeva zraka pada na našu planetu pod strmijim uglom, pa se zemlja slabo zagreva.
Prosječna temperatura se utvrđuje kada dođe jesen ili proljeće i Sunce se nalazi na istoj udaljenosti u odnosu na polove. U ovo doba noći i dani su približno iste dužine - a na Zemlji se stvaraju klimatski uslovi koji predstavljaju prelaznu fazu između zime i ljeta.
Takve promjene počinju da se dešavaju zimi, nakon zimskog solsticija, kada se mijenja putanja Sunca preko neba i ono počinje da raste.
Stoga, kada dođe proljeće, Sunce se približava danu prolećna ravnodnevica, dužina dana i noći postaje ista. U ljeto, 21. juna, na dan ljetnog solsticija, solarni disk dostiže najvišu tačku iznad horizonta.
Dan planete Zemlje
Ako pogledate nebo iz ugla zemljana u potrazi za odgovorom na pitanje zašto Sunce sija danju i gdje izlazi, onda se uskoro možete uvjeriti da Sunce izlazi na istoku, a njegova postavka se može vidjeti na zapadu.
To se događa zbog činjenice da se naša planeta ne samo kreće oko Sunca, već i rotira oko svoje ose, čineći punu revoluciju za 24 sata. Ako Zemlju pogledate iz svemira, možete vidjeti da se ona, kao i većina planeta Sunca, okreće u smjeru suprotnom od kazaljke na satu, od zapada prema istoku. Stojeći na Zemlji i posmatrajući gde se Sunce pojavljuje ujutru, sve se vidi u ogledalu, pa stoga Sunce izlazi na istoku.
Istovremeno, uočava se zanimljiva slika: osoba, posmatrajući gdje se nalazi Sunce, stoji na jednoj tački, kreće se zajedno sa Zemljom u smjeru istoka. Istovremeno, dijelovi planete koji se nalaze na zapadnoj strani, jedan za drugim, postepeno počinju biti obasjani svjetlošću Sunca. Dakle. na primjer, izlazak sunca na istočnoj obali Sjedinjenih Država može se vidjeti tri sata ranije prije izlaska sunca na zapadnoj obali.
Sunce u životu Zemlje
Sunce i Zemlja su toliko povezani jedno s drugim da se uloga najveće zvijezde na nebu teško može precijeniti. Prije svega, naša planeta se formirala oko Sunca i pojavio se život. Takođe, energija Sunca zagreva Zemlju, Sunčev zrak je osvetljava, formirajući klimu, hladeći je noću, a nakon izlaska Sunca ponovo je zagreva. Šta da kažem, čak je i vazduh uz njegovu pomoć stekao svojstva neophodna za život (da nije sunčeva zraka, bio bi tečni okean azota koji okružuje blokove leda i smrznute zemlje).
Sunce i Mjesec, kao najveći objekti na nebu, koji aktivno djeluju jedni s drugima, ne samo da osvjetljavaju Zemlju, već i direktno utiču na kretanje naše planete - sjajan primjer Ova akcija plime i teče. Na njih utiče Mesec, Sunce ima sporednu ulogu u ovom procesu, ali ni oni ne mogu bez njegovog uticaja.
Sunce i Mjesec, Zemlja i Sunce, strujanje zraka i vode, biomasa koja nas okružuje su pristupačne, stalno obnovljive energetske sirovine koje se lako mogu koristiti (leži na površini, ne treba je vaditi iz crijevima planete, ne stvara radioaktivni i toksični otpad).
Skrenuti pažnju javnosti na mogućnost korištenja obnovljivih izvora energije, od sredine 90-ih godina. prošlog vijeka, odlučeno je da se obilježava Međunarodni dan sunca. Tako se svake godine, 3. maja, na Dan Sunca, širom Evrope održavaju seminari, izložbe i konferencije sa ciljem da pokažu ljudima kako da koriste zrak svetiljke za dobro, kako da odrede vreme zalaska ili svitanja Sunca nastaje.
Na primjer, na dan Sunca možete prisustvovati posebnim multimedijalnim programima, vidjeti ogromna područja magnetnih poremećaja i razne manifestacije sunčeve aktivnosti kroz teleskop. Na dan Sunca možete pogledati razne fizičke eksperimente i demonstracije koje jasno pokazuju koliko je moćan izvor energije naše Sunce. Često na Dan sunca posjetioci imaju priliku da naprave sunčani sat i testiraju ga na djelu.
Zvijezde emituju ogromne količine topline i svjetlosti tokom mnogo milijardi godina, što zahtijeva ogromnu potrošnju goriva. Sve do dvadesetog veka niko nije mogao da zamisli o kakvom se gorivu radi. Najveći problem u fizici bilo je veliko pitanje: odakle zvijezdama energija? Sve što smo mogli da uradimo je da pogledamo u nebo i shvatimo da postoji ogromna „rupa“ u našem znanju. Da biste shvatili tajnu zvijezda, trebali ste novi motor otkrića.
Helijum je bio potreban da se otkrije tajna. Teorija Alberta Einsteina je dokazala da zvijezde mogu dobiti energiju iz atoma. Tajna zvijezda je Einsteinova jednadžba, a to je formula E = ms 2. U određenom smislu, broj atoma koji čine naše tijelo je koncentrirana energija, komprimirana energija, energija komprimirana u atome (čestice kosmičke prašine) koji čine naš svemir. Ajnštajn je dokazao da se ova energija može osloboditi sudarom dva atoma. Ovaj proces se naziva termonuklearna fuzija, a ta sila pokreće zvijezde.
Zamislite, ali fizička svojstva male, subatomske čestice određuju strukturu zvijezda. Zahvaljujući Ajnštajnovoj teoriji, naučili smo kako da oslobodimo ovu energiju unutar atoma. Sada naučnici pokušavaju simulirati izvor energije zvijezda kako bi dobili kontrolu nad snagom fuzije u laboratoriji.
Unutar zidova laboratorije, u blizini Oksforda u Engleskoj, nalazi se mašina koju Andrew Kirk i njegov tim pretvaraju u laboratoriju "zvijezda". Ova instalacija se zove Tokamak. U suštini, to je velika magnetna boca koja drži vrlo vruću plazmu, zahvaljujući kojoj je moguće simulirati uslove slične onima unutar zvijezde.
Unutar Tokamaka atomi vodonika se suprotstavljaju jedni drugima. Da bi razbio atome jedan u drugi, Tokamak ih zagrijava na 166 miliona stepeni, na kojoj se temperaturi atomi kreću tako brzo da ne mogu izbjeći sudar jedni s drugima. Zagrijavanje je kretanje; kretanje zagrijanih čestica je dovoljno da se savlada sila odbijanja. Leteći hiljadama kilometara u sekundi, ovi atomi vodonika sudaraju se jedan u drugi i spajaju se da bi formirali novu hemijski element– helijum i mala količina čiste energije.
Vodonik je nešto veći od helijuma; tokom sagorevanja, masa se gubi, a izgubljena masa se pretvara u energiju. Tokamak može podržati fuziju za djelić sekunde, ali u unutrašnjosti zvijezde fuzija jezgri ne prestaje milijardama godina, razlog je jednostavan - veličina zvijezde.
Zvezda živi od gravitacije. Zato su zvezde velike, ogromne. Da smanjite zvezdu koja vam je potrebna ogromna snaga privlačnosti, kako bi se oslobodila nevjerovatna količina energije, dovoljna da termonuklearna fuzija. To je tajna zvijezda, zato one sijaju.
Fuzija u jezgru Sunčeve zvijezde generiše dovoljno energije svake sekunde da pokrene milijardu nuklearnih bombi. Zvijezda je ogromna hidrogenska "bomba". Zašto onda jednostavno ne odleti u komade? Činjenica je da gravitacija sabija vanjske slojeve zvijezde. Gravitacija i sinteza vode grandiozni rat, čija gravitacija želi da smrvi zvezdu i energija sinteze, koja nastoji da uništi zvezdu iznutra, taj sukob i ta ravnoteža stvaraju zvezdu.
Ova borba za moć nastavlja se tokom čitavog života zvezde. Upravo te bitke na zvijezdama stvaraju svjetlost i svaki zrak putovanja zvijezde čini nevjerovatno putovanje, svjetlost putuje 1080 miliona kilometara na sat. U jednoj sekundi, snop svjetlosti može obići Zemlju sedam puta; ništa se u svemiru ne kreće tako brzo.
Budući da je većina zvijezda veoma udaljena, svjetlosti su potrebne stotine, hiljade, milione, pa čak i milijarde godina da stigne do nas. Kada je orbitalna svemirska stanica Hubble gleda u daleke krajeve našeg svemira, ona vidi svjetlost koja je putovala milijardama godina. Svjetlost zvijezde Etequilia, koju vidimo danas, krenula je prije 8 hiljada godina, svjetlost Betelgeuse putuje otkako je Kolumbo otkrio Ameriku prije 500 godina. Čak i sunčeva svjetlost leti do nas 8 minuta.
Kada sunce sintetiše helijum iz vodonika, stvara se čestica svjetlosti - foton. Ova zraka svjetlosti ima dug i težak put do površine Sunca. Cela zvezda ga sprečava, kada se pojavi foton, on se zaleti u drugi atom, drugi proton, drugi neutron, nema veze, apsorbuje se, pa reflektuje u drugom pravcu, i kreće se tako haotično unutar Sunca, da se mora slomiti van.
Foton će morati ludo da juri okolo, da se zaleti u atome gasa milijarde puta i očajnički pojuri van. Smešno je, fotonu su potrebne hiljade godina da izađe iz jezgra Sunca i samo 8 minuta da odleti sa površine Sunca do Zemlje. Fotoni su izvori topline i svjetlosti, zahvaljujući kojima je raznolik i neverovatan život na našoj planeti Zemlji!
Uprkos jednostavnoj formulaciji pitanja "Zašto Sunce sija?" odgovor na njega zahtijeva određenu osnovu fizičkog znanja i predstaviti ga u jednoj rečenici je težak zadatak. Pokušat ćemo to riješiti pred kraj članka, koji ćemo započeti povijesnom pozadinom.
Priča
Jedan od prvih koji je pokušao da objasni prirodu Sunca sa naučne tačke gledišta bio je starogrčki astronom i matematičar Anaksagora, prema kome je Sunce usijana metalna lopta. Zbog toga je filozof bio zatvoren. Prije nego što je počelo instrumentalno proučavanje Sunca u 17. vijeku, još uvijek je bilo mnogo nagađanja o prirodi sunčeve svjetlosti, uključujući šume koje su stalno gorjele na površini.
Od 17. vijeka, naučnici su otkrili takav fenomen kao što su sunčeve pjege, te je postalo moguće izračunati period rotacije Sunca. Postaje jasno da je naša zvijezda neka vrsta fizičkog tijela sa složena struktura. U 19. veku se pojavila spektroskopija, uz pomoć koje je bilo moguće razložiti sunčevu zraku na sastavne boje. Tako, zahvaljujući apsorpcionim linijama, Fraunhofer uspeva da otkrije novi hemijski element koji je deo zvezde - helijum.
Sredinom 19. vijeka, naučnici su već pokušavali da opišu sjaj Sunca koristeći složenije naučne hipoteze. Tako je Robert Mayer sugerirao da se zvijezda zagrijava zbog bombardiranja meteorita. Nešto kasnije, 1853. godine, pojavila se vjerodostojnija ideja o takozvanom "Kelvin-Helmholtzovom mehanizmu", prema kojem se Sunce zagrijavalo uslijed gravitacijske kompresije. Međutim, u ovom slučaju, starost zvijezde bi bila mnogo manja nego što zapravo jeste, što je u suprotnosti sa nekim geološkim studijama.
Zašto sunce sija
Britanski fizičar Ernest Rutherford prvi je došao do tačnog odgovora na ovo pitanje, koji je sugerirao da se na Suncu događa radioaktivni raspad i da je to izvor energije zvijezde. Kasnije, 1920. godine, engleski astrofizičar Arthur Eddington razvio je Rutherfordovu ideju, tvrdeći da bi se reakcija termonuklearne fuzije mogla dogoditi u jezgru Sunca pod uticajem unutrašnjeg pritiska Sunčeve sopstvene mase. Nakon 10 godina izračunate su glavne reakcije fuzije koje generiraju uočenu količinu energije.
Ukratko, termonuklearna reakcija koja uzrokuje da Sunce sija može se opisati kao fuzija protona (jezgra vodika) u jezgro helijuma-4. Budući da jezgro helijuma-4 ima manju masu od jezgra vodika, razlika energije (slobodna energija) se emituje u obliku fotona - čestica koje su elektromagnetno zračenje.
Termonuklearna reakcija
Reakcije termonuklearne fuzije protona i protona koje se dešavaju unutar zvijezda sa solarnom masom ili manjom mogu se podijeliti u tri lanca: ppI, ppII, ppIII. Od toga, ppl čini više od 84% Sunčeve energije. Proton-protonska reakcija se sastoji od tri ciklusa, od kojih je prvi interakcija dva protona (dva jezgra vodonika). Sa dovoljno energije da se savlada Kulonova barijera, dva protona se spajaju i formiraju deuteron. Budući da jezgro deuterona, koje se sastoji od dva protona, ima manju masu od dva pojedinačna protona, stvara se slobodna energija, zbog čega nastaju pozitron i elektronski neutrino, koji se emituju iz područja u kojem se odvijala reakcija.
Nadalje, zbog interakcije deuterona i drugog protona, helij-3 nastaje oslobađanjem energije u obliku elektromagnetno zračenje. Dalje faze reakcije mogu se jasno vidjeti na dijagramu ispod.
Reakcije koje se odvijaju unutar sunca
Pored reakcije proton-proton termonuklearne fuzije, mali doprinos energiji koju oslobađa Sunce daje reakcija tipa proton-elektron-proton (0,23%).
Dakle, sumirajući gore rečeno - Sunce emituje elektromagnetnih talasa različitih frekvencija, uključujući i područje vidljive svjetlosti, koje formiraju čestice nastale kao rezultat oslobođene energije tokom proton-proton (proton-elektron-proton) reakcije termonuklearne fuzije.
Četvrto stanje materije.
Šesti dio. Zašto sunce sija
Zašto sunce sija? Isti tačan odgovor na ovo pitanje poznat je i danas. Sunce sija jer u njegovim dubinama, kao rezultat termonuklearne reakcije pretvaranja 4 protona (jezgra atoma vodika) u jedno jezgro helijuma, ostaje slobodna energija (budući da je masa jezgra helija manja od mase četiri protona) , koji se emituje u obliku fotona. Fotoni u vidljivom opsegu su jedini sunčeva svetlost koje vidimo.
Hajde sada da spekulišemo i zamislimo put kojim su išli naučnici. A u isto vrijeme, razmislimo o tome šta će se dogoditi kada vodonik potpuno izgori na Suncu? Hoće li se definitivno ugasiti? Savjetujemo vam da pročitate članak do kraja - tu je napravljena vrlo zanimljiva pretpostavka.
Pretpostavimo da Sunce sagorijeva najkaloričnije od svih vrsta goriva - najčistiji ugljik, koji gori u potpunosti, bez ikakvog pepela. Uradimo jednostavnu kalkulaciju. Poznato je koliko toplote ova "vatra" šalje na Zemlju. Sunce je globus, tako da emituje toplotu ravnomjerno u svim smjerovima. Poznavajući veličine Zemlje i Sunca, nije teško izračunati da u njemu svake sekunde mora sagorjeti oko 12 milijardi tona uglja da bi se održao protok topline sa Sunca! Brojka je ogromna na zemaljskim razmerama, ali za Sunce, koje je više od tri stotine hiljada puta teže od Zemlje, ova količina uglja je mala. Pa ipak bi sav ovaj ugalj na Suncu morao da izgori za samo šest hiljada godina. Ali podaci mnogih nauka - geologije, biologije, itd. - nepobitno ukazuju na to da sjajno Sunce grije i obasjava našu planetu najmanje nekoliko milijardi godina.
Ideja da sunce gori ugljem morala je biti odbačena. Ali možda i ima takvih hemijske reakcije, u kojem se oslobađa još više topline nego pri sagorijevanju uglja? Pretpostavimo da postoje. Ali čak i ove reakcije mogle bi produžiti život Sunca za hiljadu, dvije hiljade godina, čak udvostručiti, ali ne više.
Ali ako Sunce nije u stanju da se opskrbi gorivom dugo vremena, onda to možda svemir čini izvana? Pretpostavlja se da meteoriti neprestano padaju na Sunce. Već smo rekli da prilikom približavanja Zemlji meteoriti, zbog kočenja u Zemljinoj atmosferi, često potpuno izgore, zagrijavajući usput zrak. Zašto ne pretpostaviti da oko Sunca nema atmosfere, da se kočenje meteorita dešava direktno u sunčevoj materiji, a ona se zagreva do visoke temperature?
Vratimo se ponovo proračunima. Koliko meteorita mora pasti na Sunce da bi se osiguralo njegovo dugotrajno sagorijevanje? Proračun daje apsolutno nevjerovatnu cifru: čak i kada bi težina svih meteorita koji su pali na Sunce bila jednaka težini samog Sunca, ono bi i dalje sijalo samo oko milion godina.
Ali možda je nekada davno tako ogroman broj meteorita pao na Sunce, zagrejao ga na ogromnu temperaturu, a sada se Sunce polako hladi? Ništa ovako! Postoji mnogo dokaza da je Sunce sijalo i grejalo pre milijardu, milion i hiljadu godina, baš kao i danas. Dakle, i druga pretpostavka ne uspijeva.
Nevjerovatna postojanost Sunčeve aktivnosti pokopala je i treću, najprimamljiviju pretpostavku o uzroku "sagorevanja" Sunca. Svelo se na sljedeće. U zakonu univerzalna gravitacija sva tijela se približavaju jedno drugom. Zemlju privlači Sunce i kreće se oko njega. Kamen privlači Zemlja i pada na nju ako se pusti iz ruku.
Zamislimo da je Sunce neka vrsta ogromne posude sa gasom. Molekuli ovog plina, podložni djelovanju međusobnog privlačenja, uprkos sudarima koji ih odbacuju jedan od drugog, moraju se postepeno privlačiti i približavati. Sunce bi se tada smanjilo u cjelini, povećao bi se pritisak plina u njemu, a to bi dovelo do povećanja temperature i oslobađanja topline.
Ako pretpostavimo da se tokom 100 godina prečnik Sunca smanji za samo nekoliko kilometara, onda bi ovaj fenomen mogao u potpunosti objasniti emisiju sunčevog zračenja. Međutim, tako sporo smanjenje ne može se otkriti pomoću astronomskih instrumenata.
Ali postoji "uređaj" koji radi mnogo duže. Ovaj uređaj je sama Zemlja. Tokom svog postojanja, Sunce bi se moralo smanjiti desetine puta: od veličine mnogo puta veće od obima čitavog Sunčevog sistema do sadašnje veličine. Takva kompresija bi svakako uticala na . Međutim, istorija Zemlje ne poznaje ništa slično ovome. Ona zna za velike geološke katastrofe u kojima su stradale najviše planine, rođeni novi okeani i čitavi kontinenti, ali sve se to u potpunosti može objasniti aktivnošću same Zemlje, a ne Sunca.
Dakle, sve tri pomenute hipoteze o razlozima „sagorevanja“ Sunca su se pokazale neodrživim. Nauka, koja je uspjela da objasni mnoge od najsloženijih pojava na Zemlji, odustala je jako dugo pred misterijom aktivnosti Sunca. Sada je postalo jasno da se rješenje ove zagonetke ne mora tražiti u dubinama svemira, već u dubinama Sunca.
I tu je nauka o super-velikom - astronomija - pritekla u pomoć nauci o super-malom - fizici atomskog jezgra.
