Πως άραγε λειτουργεί ο Ήλιος μας!!!

 

Ο Ήλιος πρόκειται για μια υπερμεγέθη σφαίρα πυρακτωμένων αερίων υδρογόνου. Ο Ήλιος απαρτίζεται από 75% υδρογόνο και 25% ήλιο τα οποία βρίσκονται σε κατάσταση πλάσματος η οποία είναι η τέταρτη κατάσταση της ύλης. Δηλαδή πλάσμα πρόκειται για ένα θερμό ιονισμένο αέριο το οποίο συνίσταται από θετικά φορτισμένα ιόντα, δηλαδή κατιόντα και αρνητικά φορτισμένα ελεύθερα ηλεκτρόνια. Το πλάσμα δημιουργείται εξαιτίας της αυξημένης θερμοκρασίας που επικρατεί στον Ήλιο μας αλλά και γενικά σε όλους τους αστέρες.

Ο Ήλιος να ξέρετε πως λειτουργεί σαν ένας γιγαντιαίος θερμοπυρηνικός αντιδραστήρας. Όλη η ενέργεια που απελευθερώνεται από τον Ήλιο υπό την μορφή ακτινοβολίας και θερμότητας προέρχονται εξ ολοκλήρου από τον πυρήνα του στον οποίο η θερμοκρασία αγγίζει τα 15 εκατομμύρια βαθμούς στην κλίμακα Κέλβιν. Υπό κανονικές συνθήκες τα σωματίδια του υδρογόνου, συγκεκριμένα του πιο απλού ισότοπου του υδρογόνου που ονομάζεται πρώτιο, θα έπρεπε να απωθούνται μεταξύ τους εξαιτίας της ηλεκτροστατικής άπωσης μεταξύ των ίδιων φορτίων. Όμως!!!

Λόγω της αυξημένης θερμοκρασίας που επικρατεί στον ηλιακό πυρήνα τα σωματίδια του υδρογόνου έχουν τόσο αυξημένη κινητική ενέργεια ώστε όταν δύο από αυτά βρεθούν σε απόσταση μεταξύ τους μικρότερη από 10^-15 μέτρα, δηλαδή μικρότερη από 1 τετράκις εκατομμυριοστό του μέτρου, τότε σε εκείνη την κλίμακα λαμβάνει χώρα η ισχυρή πυρηνική δύναμη η οποία είναι μια από τις 4ις θεμελιώδεις δυνάμεις που κυβερνούν το σύμπαν και η συγκεκριμένη είναι υπεύθυνη ώστε να κρατάει τα πρωτόνια και τα νετρόνια ενωμένα στον κάθε ατομικό πυρήνα. Τότε τα δύο πρωτόνια ακόμη και αν έχουν το ίδιο φορτίο ενώνονται μέσω αυτής της δύναμης.

Μόλις τα δύο πρωτόνια συνδεθούν μεταξύ τους τότε αρχικά δημιουργείται ήλιο2 το οποίο πρόκειται για ένα ισότοπο του ηλίου. Ο πυρήνας ενός μορίου ηλίου2 συνίσταται από 2 πρωτόνια.

Όμως, εξαιτίας του γεγονότος ότι το ήλιο2 είναι εξαιρετικά ραδιενεργό και ο χρόνος ημιζωής του αντιστοιχεί σε μόλις 1 νανοδευτερόλεπτο έτσι αφού παραχθεί τότε μετέπειτα από ένα δισεκατομμυριοστό του δευτερολέπτου υπόκειται σε ένα είδος ραδιενεργούς διάσπασης που ονομάζεται διάσπαση beta plus όπου εκτυλίσσεται μέσω της ασθενούς πυρηνικής αλληλεπίδρασης. Κατά την διάρκεια αυτού του είδους διάσπασης το ένα από τα 2 πρωτόνια που υφίστανται στο εσωτερικό του ατόμου ηλίου2 μετασχηματίζεται σε νετρόνιο επειδή το ένα από τα 2 up quark που συνθέτουν το ένα από τα πρωτόνια μετατρέπεται σε down quark και έτσι το ένα πρωτόνιο μετατρέπεται σε νετρόνιο το οποίο απαρτίζεται από 2 down quark και 1 up quark. Στην συνέχεια εκπέμπεται ένα μποζόνιο W+ του οποίου η ύπαρξη αντιστοιχεί σε μόλις 3*10^-25 δευτερόλεπτα και στην συνέχεια αποσυντίθεται σε 1 ποζιτρόνιο και ένα νετρίνο του ηλεκτρονίου. Αφού τώρα το ένα από τα 2 πρωτόνια αλλάξει σε νετρόνιο τότε το αρχικό στοιχείο μετατρέπεται τώρα σε δευτέριο που είναι ένα ισότοπο του υδρογόνου. Αφού προκύψει αυτή η αλλαγή τότε ο πυρήνας από δευτέριο απορροφά ακόμη ένα πρωτόνιο και μετασχηματίζεται σε ήλιο3 που είναι ένα ισότοπο του ηλίου. Στο τελικό όμως στάδιο ένας πυρήνας ηλίου3 συγκρούεται με ένα άλλο πυρήνα ηλιου3 και συνδέονται μεταξύ τους. Όσον αφορά τα 2 πρωτόνια που περισσεύουν αυτά εκπέμπονται μακριά ώστε να συνδεθούν με άλλα πρωτόνια και με αυτό τον τρόπο αυτή η διεργασία συνεχίζεται. Αυτή η σειρά θερμοπυρηνικών αντιδράσεων πυρηνικής σύντηξης υδρογόνου καλείται αλυσίδα πρωτονίου πρωτονίου. Η αιτία όμως όπου απελευθερώνει ο Ήλιος όλη αυτή την ενέργεια είναι το γεγονός πως για τον σχηματισμό ενός πυρήνα ηλίου4 απαιτούνται στην όλη διαδικασία 4 πρωτόνια, τα 4 όμως αυτά πρωτόνια διαθέτουν μεγαλύτερη μάζα από τον 1 πυρήνα ηλίου4. Η διαφορά μάζας μετατρέπεται σε ενέργεια υπό την μορφή ακτινοβολίας και θερμότητας.

Κάτι αξιοσημείωτο είναι ότι ο Ήλιος μας κάθε δευτερόλεπτο μετατρέπει περίπου 655 εκατομμύρια τόνους υδρογόνου σε 650 εκατομμύρια τόνους ηλίου4. Από ότι έχετε αντιληφθεί ο Ήλιος κάθε δευτερόλεπτο χάνει 5 εκατομμύρια τόνους από την μάζα του οι οποίοι μετατρέπονται σε ακτινοβολία και θερμότητα.

Κάτι άλλο που θα ήθελα να μοιραστώ μαζί σας είναι ότι ο Ήλιος βρίσκεται σε ένα είδος ισορροπίας η οποία ονομάζεται υδροστατική ισορροπία. Αυτό το είδος ισορροπίας ισχύει ταυτόχρονα και για τα υγρά αλλά και για τα αέρια και ακόμα ισχύει και για την κατάσταση πλάσματος που βρίσκονται οι αστέρες. Για να αντιληφθείτε την κινητική ενέργεια των σωματιδίων του υδρογόνου στον πυρήνα του Ήλιου διαβάστε πως τα σωματίδια του υδρογόνου, δηλαδή τα μεμονωμένα πρωτόνια κινούνται στον πυρήνα του Ήλιου με ταχύτητα που φθάνει τα 500 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο ενώ τα ελεύθερα ηλεκτρόνια με ταχύτητα που ανέρχεται σε 16000 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο. Όσον αφορά την ποσότητα ενέργειας που εκλύεται να γνωρίζετε ότι η πιο διάσημη εξίσωση στην αστροφυσική η οποία είναι η ακόλουθη Ε=mc^2 και την έχει διατυπώσει ο γνωστός σε όλους μας Γερμανός φυσικός Αλβέρτος Αϊνστάιν το 1905 όταν είχε πρώτα διατυπώσει την ειδική θεωρία της σχετικότητας, αυτή η εξίσωση μετράει την ποσότητα ενέργειας που θα απελευθερωθεί όταν μια ποσότητα μάζας m μετατραπεί σε ενέργεια.

Αυτά για τον Ήλιο.

 Το κείμενο γράφτηκε από τον Christodoulo Kalopedi