Энергия Солнца

                               Энергия Солнца.

   Почему Солнце светит и не остывает уже миллиарды лет? Какое «топливо»
дает ему энергию? Ответы на этот вопрос ученые искали веками, и только в
начале XX века было найдено правильное решение. Теперь известно, что, как и
другие звезды, светит благодаря протекающим в его недрах термоядерным
реакциям. Что же это за реакции?
   Если ядра атомов лёгких элементов сольются в ядро атома более тяжелого
элемента, то масса нового окажется меньше, чем суммарная масса тех, из
которых оно образовалось. Остаток массы превращается в энергию, которую
уносят частицы, освободившиеся в ходе реакции. Эта энергия почти полностью
переходит в тепло. Такая реакция синтеза атомных ядер может происходить
только при очень высоком давлении и температуре свыше 10 млн. градусов.
Поэтому она и называется термоядерной.
   Основное вещество, составляющее Солнце, - водород, на его долю приходится
около 71% всей массы светила. Почти 27% принадлежит гелию, а остальные 2%-
более тяжелым элементам, таким как углерод, азот, кислород и металлы.
Главным «топливом»  Солнца служит именно водород. Из четырех атомов
водорода в результате цепочки превращений образуется один атом гелия. А из
каждого грамма водорода, участвующего в реакции, выделяется 6x1011 Дж
энергии! На Земле такого количества энергии хватило бы для того, чтобы
нагреть от температуры 0о C до точки кипения 1000 м3 воды.
   Рассмотрим механизм термоядерной реакции превращения водорода в гелий,
которая, по-видимому, наиболее важна для большинства звезд. Называется она
протон-протонной, так как начинается с тесного сближения двух ядер атома
водорода - протонов.
   Протоны заряжены положительно, поэтому взаимно отталкиваются, причем, по
закону Кулона, сила этого отталкивания обратно пропорциональна квадрату
расстояния и при тесных сближениях должна стремительно возрастать. Однако
при очень высоких температуре и давлении скорости теплового движения частиц
столь велики, а частицам так тесно, что наиболее быстрые из них всё же
сближаются друг с другом и оказываются в сфере влияния ядерных сил. В
результате может произойти цепочка превращений, которая завершится
возникновением нового ядра, состоящего из двух протонов и двух нейтронов, -
ядра гелия.
   Далеко не каждое столкновение двух протонов приводит к ядерной реакции. В
течение миллиардов лет протон может постоянно сталкиваться с другими
протонами, так и не дождавшись ядерного превращения. Но если в момент
тесного сближения  двух протонов произойдёт ещё и другое маловероятное для
ядра событие- распад протона на нейтрон, позитрон и нейтрино (такой процесс
называется бета-распадом), то протон с нейтроном объединятся в устойчивое
ядро тяжёлого водорода- дейтерия.
   Ядро дейтерия (дейтон) по своим свойствам похоже на ядро водорода, только
тяжелее. Но, в отличие от последнего, в недрах звезды ядро дейтерия долго
существовать не может. Уже через несколько секунд, столкнувшись ещё с одним
протоном, но присоединяет его к себе, испускает мощный гамма-квант и
становится ядром изотопа гелия, у которого два протона связаны не с двумя
нейтронами, как у обычного гелия, а с одним. Раз в несколько миллионов лет
такие ядра лёгкого гелия сближаются настолько тесно, что могут объединится
в ядро обычного гелия, «отпустив на свободу» два протона.
    Итак, в итоге последовательных превращений образуется ядро обычного
гелия. Порождённые в ходе реакции позитроны и гамма-кванты передают энергию
окружающему газу, а нейтрино совсем уходят из звезды, потому что обладают
удивительной способностью проникать через огромные толщи вещества, не задев
ни одного атома.
   Реакция превращения водорода в гелий ответственна за то, что внутри
Солнца сейчас гораздо больше гелия, чем на его поверхности. Естественно,
возникает вопрос: что же будет с Солнцем, когда весь водород в его ядре
выгорит и как скоро это произойдёт?
   Оказывается, примерно через 5 млрд. лет содержание водорода в ядре
настолько уменьшится, что его горение начнётся  в слое вокруг ядра. Это
приведёт к «раздуванию» солнечной атмосферы, увеличению размеров Солнца,
падению температуры на поверхности и повышению её в ядре. Постепенно Солнце
превратится в красный гигант - сравнительно холодную звезду огромного
диаметра с атмосферой, превосходящей границы орбиты Земли. Жизнь Солнца на
этом не закончится, и оно будет претерпевать ещё много изменений, пока в
конце концов не станет холодным и плотным газовым шаром, внутри которого
уже не происходит никаких термоядерных реакций.