Temat: Dlaczego Słońce świeci?

Jeszcze 100 lat temu tego nie wiedziano. Ludzie jakoś z tym żyli i mało kogo to obchodziło. Naukowcy są naiwni jak dzieci. Ciągle pytają o sprawy, które dla normalnych ludzi wydają się oczywiste.

Okazuje się, że w Słońcu zachodzi proces nie dzielenia jąder, a ich łączenia. Łączy się wodór, którego jest tam pełno i powstaje hel.

Ten proces nazywamy syntezą jądrową, albo spalaniem wodoru w hel. Trochę dziwne to spalanie, bo tam tlenu nie ma. Spala się wodór sam ze sobą.

Wiemy, że aby coś zapalić trzeba wysokiej temperatury, a gdy się spalanie zacznie, to samo będzie wytwarzać potrzebną temperaturę. Co było tą zapałką?

Słońce 5 mld lat temu było wiele razy większą kulą niż jest dziś. Pod wpływem grawitacji kula zaczęła się kurczyć. To oznacza, że zewnętrzne warstwy spadały ku środkowi, rozpędzały się i zderzając z warstwami głębszymi ogrzewały. Te głębsze zresztą też spadały ku środkowi, gdzie wszystko się strasznie ścisnęło osiągając temperaturę kilkunastu mionów stopni!

W ten sposób grawitacja podpaliła gwiazdy. I dalej stwarza korzystne warunki do syntezy jądrowej. Obecnie w środku Słońca materia, choć jest gazem o temperaturze 15 mln stopni, jest 10 razy gęstsza od ołowiu. To znaczy, że dość łatwo szalejące jądra wodoru czyli protony na siebie wpadają.

A co z elektronami? Nie mają szans pozostać w atomach. Tam już nikt nie wie kto jest swój, a kto obcy. Elektrony zostały wybite z atomów i latają samodzielnie. Jądra wodoru są tak rozpędzone, że ich wzajemne odpychanie nie zawsze wystarcza do odepchnięcia na odległość. Bywa, że wchodzą ze sobą w bezpośredni kontakt. A wtedy nad odpychaniem biorą górę siły jądrowe. Proton z protonem się sklejają. Ściśle biorąc, by takie małżeństwo powstało jeden z protonów musi zmienić się w neutron.

Aby zmienić się w neutron proton musi stracić swój dodatni ładunek, więc wysyła na Ziemi praktycznie niespotykany dodatni elektron zwany pozytonem. (ten normalny ujemny dla odróżnienia czasem zwie się negatonem).

Do tej pary doklejają się jeszcze dwa protony, z których jeden też wysyła pozyton. Powstaje więc jądro helu o dwu protonach i dwu neutronach.

Na powyższym obrazku widzimy, że z czterech protonów powstaje jądro helu. Podczas tego procesu wylatują z jądra dwa dodatnie elektrony. Z jądra wylatują też fotony gamma, bo aby łączenie nastąpiło, musi być strata energii.

Pozytony spotykają zaraz normalne elektrony i …. następuje coś najbardziej niewiarygodnego - znikają. No może nie zupełnie znikają, bo zmieniają się w fotony gamma.

Jest to przykład anihilacji materii. Gdy materia spotyka antymaterię, obie znikają, a powstaje światło. (ściśle biorąc promieniowanie gamma).

W laboratoriach takich jak Wielki Zderzasz Hadronów udaje się wytwarzać antymaterię, na przykład antyprotony. Są one ujemne i gdy spotkają się z protonami, wszystkie znikają. Nawet neutrony mają swoje przeciwieństwa - antyneutrony. Antymateria ma wszystkie właściwości przeciwne do materii, nie tylko ładunek.

Środek Słońca produkuje więc straszne ilości fotonów gamma. Gdyby nie zewnętrzne warstwy Słońca, te fotony by nas pozabijały. Na szczęście nim te fotony gamma dolecą do powierzchni Słońca, tracą po drodze energię w zderzeniach z jądrami atomowymi. Mija z tysiąc lat nim foton z wnętrza zdoła wyjść na powierzchnię. Ale gdy wyjdzie jest już fotonem zwykłego widzialnego światła, albo ultrafioletu.

W środku Słońca temperatura to 15 mln stopni, ale na powierzchni już tylko 6000.

Pamiętamy, że gdy neutron zmienia się w proton, wysyła z siebie elektron i trudno wykrywalne neutrino. Mówiliśmy o tym przy okazji rozpadu beta. Ściśle biorąc był to rozpad zwany beta minus, bo powstawały ujemne elektrony.

Podobnie się dzieje gdy proton zmienia się w neutron. Proton wysyła z siebie dodatni elektron (pozyton), więc ten rodzaj rozpadu nazywa się rozpadem beta plus. Przy okazji także powstaje neutrino.

Neutrina w ciągu kilku sekund opuszczają Słońce i lecą z prędkością prawie taką jak światło. Przelatują ich miliony na sekundę przez każdego z nas. Przelatują też przez wnętrze Ziemi na drugą stronę. Tylko niewielka część ulega zatrzymaniu.

Praca domowa

1. Jak się nazywa anioł stworzenia, który zapala gwiazdy?

2. Co powstaje w wyniku unicestwienia czyli anihilacji materii?

3. Jakich cząsteczek można by użyć do prześwietlania planet?

---