Ugrás a tartalomhoz Lépj a menübe
 


A Nap energiája

2009.03.04

Fúzió a Világegyetemben: a Nap energiája

 

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. Click on the image to enlarge it

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 oC , 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.

 

Hozzászólások

Hozzászólás megtekintése

Hozzászólások megtekintése

Nincs új bejegyzés.