Звідки береться енергія сонця?

Реферат з астрономії на тему:

Звідки береться енергія сонця?

гімназія No25

Чому Сонце світить і не остигає мільярди років? Яке «паливо» дає йому енергію? Відповіді на ці питання вчені шукали століттями, і лише на початку ХХ ст. знайшли правильне рішення. Зараз відомо, що Сонце, як і інші зірки, світить за рахунок термоядерних реакцій, що відбуваються в його надрах. Що це за реакції?

Якщо ядра атомів легких елементів зливаються в ядро ​​атома більш важкого елемента, то маса нового ядра буде меншою за загальну масу тих ядер, з яких воно утворилося. Решта маси перетворюється в енергію, яку виносять частинки, що утворилися під час реакції. Ця енергія майже повністю перетворюється в тепло. Така реакція злиття атомних ядер може відбуватися тільки при дуже високому тиску і температурі понад 10 мільйонів градусів. Тому його називають термоядерним.

Основна речовина, з якої складається сонце — водню, на його частку припадає близько 71% загальної маси зірки. Майже 27% належить гелію, а решта 2% — більш важким елементам, таким як вуглець, азот, кисень і метали. Водень є основним «паливом» на Сонці. З чотирьох атомів водню в результаті ланцюга перетворень утворюється один атом гелію. А на кожен грам водню, що бере участь у реакції, 6 * 10^{одинадцять} J енергії! На Землі цієї кількості енергії було б достатньо, щоб нагріти від температури 0 C до кипіння 1000 м.³ вода!

Розглянемо механізм термоядерної реакції перетворення водню в гелій, який, мабуть, є найважливішим для більшості зірок. Його називають протонно-протонним, оскільки починається з близького зближення двох ядер атома водню — протонів.

Протони заряджені позитивно, тому вони відштовхуються один від одного, і, згідно із законом Кулона, ця сила обернено пропорційна квадрату відстані і повинна швидко зростати при близьких зустрічах. Однак при дуже високих температурах і тисках швидкості теплового руху частинок настільки великі, а частинки настільки скупчені, що найшвидші з них все-таки наближаються один до одного і опиняються в сфері впливу ядерних сил. В результаті може відбутися ланцюг перетворень, який закінчиться появою нового ядра, що складається з двох протонів, — ядра гелію.

Не кожне зіткнення двох протонів призводить до ядерної реакції. Протягом мільярдів років протон може постійно стикатися з іншими протонами, не чекаючи ядерного перетворення. Але якщо в момент близького зближення двох протонів відбувається інша малоймовірна для ядра подія — розпад протона на нейтрон, позитрон і нейтрино (цей процес називається бета-розпадом), то протон з нейтроном об’єднується в стабільне ядро ​​важкого атома водню — дейтерію.

Ядро дейтерію (дейтрон) за властивостями подібне до ядра водню, тільки важче. Але на відміну від останнього, ядро ​​дейтерію не може тривалий час існувати в надрах зірки. Протягом кількох секунд, зіткнувшись з іншим протоном, він приєднує його до себе, випромінює потужний гамма-квант і стає ядром ізотопу гелію, в якому два протони з’єднані не з двома нейтронами, як у звичайному гелії, а з одним. . Раз на кілька мільйонів років такі ядра легкого гелію зближуються настільки тісно, ​​що можуть об’єднатися в ядро ​​звичайного гелію, «випустивши» два протони.

Отже, в результаті послідовних ядерних перетворень утворюється ядро ​​звичайного гелію. Утворені в ході реакції позитрони і гамма-кванти передають енергію навколишньому газу, і нейтрино повністю покидають зірку, тому що вони мають дивовижну здатність проникати крізь величезні товщі речовини, не зачепивши жодного атома.

Реакція перетворення водню в гелій пояснюється тим, що всередині Сонця зараз набагато більше гелію, ніж на його поверхні. Природно виникає питання: що станеться з Сонцем, коли весь водень в його ядрі згорить і перетвориться на гелій, і як скоро це станеться?

Виявляється, приблизно через 5 мільярдів років вміст водню в ядрі Сонця зменшиться настільки, що його «горіння» почнеться в шарі навколо ядра. Це призведе до «роздування» сонячної атмосфери, збільшення розмірів Сонця, зниження температури поверхні та збільшення його ядра. Поступово Сонце перетвориться на червоного гіганта — відносно холодну зірку величезних розмірів з атмосферою, що перевищує межі земної орбіти. На цьому життя Сонця не закінчиться, і воно зазнає ще багато змін, поки зрештою не стане холодним і щільним газовим клубком, всередині якого не відбуваються термоядерні реакції.