|
Mark Tiele Westra, a németországi
|
Alig több mint száz évvel ezelőtt még senkinek sem volt
fogalma arról, hogy a Nap milyen módon termeli meg azt a hatalmas energiamennyiséget, amelyet kisugároz az űrbe. Természetesen számos ötlet és elmélet született, és sok szellemes is volt
közöttük. Némelyik tudós azt gondolta, hogy a Nap egy hatalmas gázfelhő, amely összeroppan a
saját súlya alatt, és az eközben fellépő súrlódás és az ütközések hőt termelnek. Mások úgy
gondolták, hogy a Nap még nem hűlt ki a keletkezése óta. Mindegyik elméletből azt a
következtetést lehetett levonni, hogy a Nap kora nem lehet több néhány tízmillió évnél. Ezek
szerint, ha a Nap ennél idősebb lenne, már kihűlt volna.
Ekkor jött azonban Darwin a kollégáival, akik tanulmányozták a sziklák
képződését és pusztulását, valamint az élet igen lassú evolúcióját. A jelenségek konzekvens
magyarázatára felállított elméletükben fel kellett tételezzék, hogy a Napnak sokkal idősebbnek
kell lennie, legalább néhány száz millió évesnek, sőt akár milliárd évesnek. Megindult a vita.
A tudomány akkor került közelebb a megoldáshoz, amikor felfedezték a
radioaktivitást és elfogadták azt a meglepő feltételezést, hogy a tömeg és az energia valamilyen
módon egymásba alakítható, Einstein E=mc2 egyenletének megfelelően. Sir Arthur Eddington, a
brit csillagász mérlegelte először az összes bizonyítékot és azt a merész következtetést
vonta le, hogy a Nap a hatalmas energiát fúziós folyamatokban termeli, amelyek során a könnyebb
atommagokból nehezebb atommagok jönnek létre. Időközben megtudtuk, hogy a Nap valójában
hidrogént, a Világmindenség legkönnyebb elemét “égeti el” héliummá. Most már azt is tudjuk, hogyan
– lásd az ábrát.
Energiatermelés a Napban: két hidrogén-atommag egyesül, miközben egy
deutérium-mag, egy pozitron és egy neutrino keletkezik. A pozitron azonnal összeütközik egy
elektronnal, megsemmisítik egymást, miközben energiává alakulnak át. A fúzió során keletkezett
deutérium-mag egyesül egy másik hidrogén-atommaggal, miközben hélium-3 keletkezik. Az utolsó
lépésben két hélium-3 atommag fúziója során egy hélium-4 atommag és két hidrogén-atommag
keletkezik.
Nagyon érdekesek a folyamat részletei. A Napban a hidrogén-atommag (proton)
először átlagosan öt milliárd évig vár, mielőtt fejest ugrik a kapcsolatba, vagyis egyesül egy
másik hidrogén-atommaggal, hogy deutérium képződjön belőlük. Ez végül is jó hír a számunkra: ha ez
a folyamat gyorsabban menne végbe, a Nap üzemanyaga már régen elfogyott volna és mi nem
lennénk itt. A következő lépés, amelyben hélium-3 keletkezik a deutériumból és a hidrogénből,
átlagosan 1,4 másodperc után történik meg. Az utolsó lépés, a hélium keletkezése 240 000 évet vesz
igénybe, szintén átlagban. A fúzió során felszabaduló energia fotonok vagyis fény formájában
jelenik meg.
Miután túl vagyunk az első izgalmakon és létrejöttek azok a fényfotonok,
amelyek egy napon eljuthatnak a Földre, még egy kicsit türelemmel kell lennünk. A foton
fénysebességgel indul útjára a Nap belsejéből a Föld felé, azonban szinte azonnal beleütközik egy
elektronba. Az ütközés következtében a foton véletlenszerűen visszapattan az elektronról,
akár egy labda egy játékautomatában. Ez újra és újra megtörténik. Ezért azután több mint 20 000
évet vesz igénybe, míg egy átlagos foton megteszi a Nap belseje és a felszíne közötti 695 000
kilométeres utat. Ez azt jelenti, hogy a foton meglehetősen méltóságteljesen halad előre óránként
4 méteres sebességgel.
Ezután a hosszú és tekervényes út után a foton a Nap felszíne és a Föld közötti
149 millió kilométeres távolságot már a megszokott fénysebességgel teszi meg, és végül 8
perc alatt megérkezik az úticéljához. És ezek az fotonok a szerencsések, ugyanis vannak olyanok
is, amelyek ötmilliárd évvel ezelőtt keletkeztek, de még nem sikerült kitalálniuk a Napból. A Nap
belseje olyan, mint egy labirintus…
A fúziós folyamat során egy különleges részecske is képződik: a neutrino (lásd
az ábrát). A neutrino alig lép kölcsönhatásba az anyaggal, ezért azonnal kiszabadul a Napból.
Rengeteg neutrino keletkezik a Napban: minden egyes ujjad hegyén másodpercenként 100 milliárd
repül keresztül. A legtöbb neutrino egyenesen keresztülrohan a Földön anélkül, hogy az
bármilyen hatással lenne rá. Valójában egy neutrino egy fényév vastagságú ólomrétegen is megállás
nélkül keresztülrepülhet!
Amikor a Nap belsejére gondolunk, azt egy vad tüzes kohóként képzeljük el, ami
hőt bocsát ki. A sűrűsége 150-szerese a vízének (fél liternyi Nap-anyag súlya annyi, mint egy
átlagos emberé), a hőmérséklete 15 000 000 °C , igazán rémisztő környezet. Azonban ha a Nap
belsejéből ki tudnál venni egy köbméternyit, azt tapasztalnád, hogy az mindössze körülbelül
30 Watt teljesítményt biztosítana, amely alig elegendő egy villanykörte üzemeltetéséhez. A
Nap hatalmas méretének köszönhetjük, hogy mégis elég meleg van a Földön.
Jelenleg a Napban másodpercenként 600 millió tonna hidrogén ég el, miközben 596
tonna hélium keletkezik. Hova tűnik el a hiányzó négy millió tonna anyag? Teljes egészében
átalakul energiává. Az E=mc2 (E az energia, m a tömeg és c a fény-sebesség) egyenlet alapján azt
kapjuk, hogy négy millió tonna anyag 100 000 000 000 000 000 000 kilowattóra energiának felel
meg. Ez durván egymilliószorosa annak az energiamennyiségnek, amit az egész világ egy év
alatt felhasznál. És a Nap minden másodpercben ennyi energiát sugároz ki! Hát ez a napenergia!
A Nap mostanáig a hidrogén-készletének a felét égette el. Öt milliárd éve tart
ez a folyamat és még további öt milliárd évig fog tartani. És mi lesz azután? Vége lesz a
bulinak. A Nap fel fog fúvódni, “vörös óriássá” válik, a hőség következtében a légkör, a víz és az
élet el fog tűnni az otthonunkat jelentő bolygóról. Jó lesz, ha még ezelőtt elmenekülünk,
addig azonban élvezzük a Nap energiáját.