Svi \u0107emo se slo\u017eiti da su Sun\u010deva svetlost i energija neophodni za razvitak \u017eivota na Zemlji, barem onakvog \u017eivota kakav danas poznajemo. Sunce je prili\u010dno mo\u0107na "fabrika energije". Za jedan sekund izra\u010di oko 4×10^26 vati, što prera\u010dunato u jedinice na koje smo navikli iznosi oko sto milijardi milijardi kilovat \u010dasova, što je dovoljno da se sve porodice na svetu greju sa po jednom pristojnom TA pe\u0107i svakog dana u godini oko 23 hiljade godina! Teorijski astrofizi\u010dari su po\u010deli temeljno da "pretresaju" strukturu zvezda sredinom 19. veka, pa je sasvim prirodno da im je na pamet palo pitanje: "Šta obezbedjuje zvezdama ove enormne koli\u010dine energije?" <\/p>\n
Prvi su odgovor na to pitanje, nezavisno, dali Vilijem Tompson (poznatiji kao Lord Kelvin) i Herman fon Helmholc. Oni su pretpostavili da Sunce zra\u010di na ra\u010dun gravitacionog sa\u017eimanja. Kako se Sun\u010dev radijus smanjuje, smanjuje se i potencijalna energija, pola tog "viška" potencijalne energije ide na zra\u010denje a pola na zagrevanje Sunca. Ovo mo\u017eemo zamisliti i ovako: Sunce, koje je gasovito, malo po malo, "pada" samo na sebe, pa se pri tome zagreva i zra\u010di, pošto slojevi koji padaju predaju energiju slojevima ispod. <\/p>\n
Na\u017ealost, kada se tu "zamene brojke", za \u017eivotni vek Sunca se dobija premalih 16 miliona godina, što se kosi sa svim procenama za starost Zemlje, a samim tim i ostatka Sun\u010devog sistema. Posle još nekoliko pogrešnih, \u010dak za današnje pojmove suludih predloga, pravu pretpostavku je 1920 dao Ser Artur Edington, kog je svakako vredno parafrazirati: <\/p>\n
"Samo inercija tradicije dr\u017ei gravitacionu hipotezu \u017eivom, i to ne \u017eivom, nego pre neupokojenom… Sunce crpi svoju energiju iz nekog rezervoara, nama nepoznatog. Teško da bi taj rezervoar mogla biti druga energija do subatomska, koja je prisutna, poznato nam je, u svoj materiji. U Suncu postoji energije za bar 15 milijardi godina…" <\/p>\n
I zaista, nepunih deset godina kasnije, dva budu\u0107a nobelovca, Indijac Subramanijam \u010candrasekar i Nema\u010dki fizi\u010dar Hans Albreht Bete su "raskrinkali" Sun\u010dev tajni trezor energije. Danas verujemo da Suncu energiju obezbedjuju reakcije nuklearne fuzije koje se dešavaju u njegovom jezgru. Ovo još više ulepšava teoriju o strukturi zvezda, koja, kao i uglavnom sve astrofizi\u010dke discipline svoju lepotu duguje ogromnoj raznovrsnosti fizi\u010dkih teorija i eksperimentalnih podataka koje se medjusobno prepli\u0107u. \u010candrasekar, definitivno jedan od najve\u0107ih umova XX veka, savršeno je baratao nuklearnom i atomskom fizikom, matematikom, termodinamikom, teorijom prenosa zra\u010denja, kvantnom i kvantnom statisti\u010dkom fizikom… Ali, vratimo se na to kako energija u Suncu nastaje i kako dolazi do nas. <\/p>\n
Proces nuklearne fuzije, trenutno je najbolji mogu\u0107i stabilan izvor energije koji poznajemo. Od \u010detiri grama vodonika u ovom procesu nastane oko 3×10^13 d\u017eula, odnosno nekih 30 miliona kilovat \u010dasova. Na Zemlji smo još daleko od "zauzdavanja" ovakvog procesa ali na Suncu vladaju nešto druga\u010diji uslovi. U centralnom delu Sunca, koji nazivamo jezgro, vladaju temperature od oko 10 miliona Kelvina i pritisci od oko 10^14 atmosfera. Na tim ogromnim temperaturama protoni, sa kojih su usled silovitih sudara elektroni potpuno oguljeni, se sudaraju ogromnim brzinama. <\/p>\n
Te brzine su nekada toliko velike da uspevaju da nadvladaju odbijanje izmedju protona (protoni su pozitivne \u010destice, i jako je teško spojiti ih na silu) i omogu\u0107e da dodje do nuklearne reakcije. Dva protona stvaraju jezgro deuterijuma, koje u sudaru sa još jednim protonom daje jezgro helijuma 3 (jezgro sa\u010dinjeno od 2 protona i jednog neutrona) Zatim dva takva jezgra daju helijum 4 (stabilno jezgro sa\u010dinjeno od 2 protona i 2 neutrona) i još dva protona "viška". Ovo je osnovna nuklearna (astrofizi\u010dari \u010desto ka\u017eu "termonuklearna", pošto je preduslov za realizaciju iste visoka temperatura) reakcija u unutrašnjosti Sunca, takozvani p-p lanac. Postoji još nekoliko varijanti p-p lanca, a i još jedan, vrlo va\u017ean na\u010din fuzije vodonika u helijum, tzv. CNO ciklus, ali suština je ista, od \u010detiri protona, dobija se jedno jezgro helijuma, i energija.<\/p>\n
Ali, otkud energija? Kada spojimo \u010detiri lego kockice u jednu, nikakva energija se ne oslobadja. Medjutim kod jezgara je situacija malo druga\u010dija. Jezgro je jedan vezan sistem, i kao takav on ima neku energiju veze. Zvu\u010di uvrnuto, ali usled toga je masa jezgra helijuma manja od zbira masa dva protona i dva neutrona. Pri nastanku jezgra helijuma \u0107e se višak te mase pretvoriti u energiju, po \u010duvenoj Ajnštajnovoj relaciji E=mc^2. <\/p>\n
Tu energiju sa sobom nose dva gama zraka i dva neutrina. Neutrini, koji su pri\u010da za sebe, \u0107e bukvalno pro\u0107i kroz celu zvezdu bez zadr\u017eavanja izleteti napolje da se, ko zna gde i posle ko zna kolikog predjenog puta, sudare s nekom drugom \u010desticom daleko od Sunca. Vidimo da neutrini jako slabo interaguju sa materijom. Samim tim, jako je teško posmatrati ih, pa samim tim i na osnovu neutrina proveriti šta se ta\u010dno dešava u jezgru. Opet, ako bismo uspeli da ih detektujemo, to bi bio hitan telegram o situaciji u jezgru, pošto oni bez ikakvog zadr\u017eavanja, pravolinijski prolaze kroz Sunce i izlaze iz njega. Danas na Zemlji postoji nekoliko neutrinskih teleskopa, ali to je opet tema za neku drugu pri\u010du. <\/p>\n
Sa gama zracima je situacija totalno druga\u010dija. Gama zraci su, za razliku od alfa i beta zraka u stvari fotoni, odnosno nosioci svetlosti. Kao takvi oni se kre\u0107u brzinom svetlosti i energija im zavisi od frekvencije. Imaju jako visoke energije, oko deset hiljada puta ve\u0107e od energije svetlosti koju mi vidimo. Medjutim, za razliku od neutrina, oni \u0107e morati da prodju kroz mnoge pustolovine dok ne napuste Sunce. Va\u017eno je znati da se sva energija Sunca koja nastane u jezgru, izra\u010di sa površine. Šta više, ukupna energija koju svaki sloj Sunca primi, jednaka je energiji koju svaki sloj preda dalje. Prema, tome Sunce se ne zagreva, bar ne za ovako male vremenske periode kao što su naši \u017eivoti, ve\u0107 je jedan jako stabilan sistem. Ali, hajde da ispratimo put jednog gama zraka, od jezgra ka površini. <\/p>\n
Ve\u0107 u samom jezgru, taj gama zrak, odnosno foton jako visoke energije, \u0107e se sudariti sa bezbrojnim elektronima, te \u0107e veliki deo svoje energije izgubiti, ali nemojmo dati da nas to zavara! Sva ta energija \u0107e odmah biti vra\u0107ena, jer \u0107e se elektroni osloboditi tog viška energije emituju\u0107i druge gama zrake manje energije. Kada kona\u010dno energija koju smo dobili u p-p lancu napusti jezgro, ona \u0107e biti "razbijena", na mnogo fotona manje energije. Ali to naravno nije kraj. Po izlasku iz jezgra, \u010diji polupre\u010dnik je oko jedna \u010detvrtina sun\u010devog, fotoni ulaze u tzv. radijativnu zonu gde \u0107e se dodatno "usitniti". Kada stigne na oko tri \u010detvrtine Sun\u010devog polupre\u010dnika, na\u010din prenosa energije se menja. Materija, sada ve\u0107 dosta hladnija, apsorbuje ove fotone i zagreva se, pa se tako zagrejana, usled smanjene gustine, penje ka gornjim slojevima, gde se hladi i ponovo pada dole. Ovaj proces, sli\u010dan klju\u010danju vode, naziva se konvekcija. Tako se energija prenosi do poslednjeg sloja sunca, fotosfere. Tu se opet vra\u0107amo procesima zra\u010denja. <\/p>\n
U ovom, najhladnijem sloju Sunca, ve\u0107ina atoma je u neutralnom stanju, tako da na scenu stupaju procesi apsorpcije i emisije na atomskom nivou. Fotoni koji se sudare sa atomomm, predaju energiju vezanom elektronu, koji usled toga prelazi na viši energetski nivo. Isti elektron zatim \u017eeli da se vrati nazad gde je bio, pa se vra\u0107a na osnovni nivo, pri \u010demu ne mora da sko\u010di odmah nazad, ve\u0107 mo\u017ee i da "skaku\u0107e" po energetskim nivoima izmedju, pri svakom skoku emituju\u0107i višak energije fotonom, \u010dija energija je naravno manja od energije fotona koji je inicirao ceo dogadjaj. Zamislite ovo kao da ste šutnuli loptu na vrh stepenica, stavljaju\u0107i je tako u stanje više energije. Lopta mo\u017ee odmah da sko\u010di sa poslednjeg stepenika nazad, ali verovatnije \u0107e skakutati po stepenicama nazad. Razlika je naravno u tome, što se višak energije lopte gubi na kineti\u010dku energiju i trenje a višak energije elektrona na zra\u010denje.<\/p>\n
Energija opet, prenose\u0107i se poslednjih nekoliko stotina kilometara zra\u010denjem dolazi do površine Sunca gde se formira svima nam poznati spektar. Sa površine energija kre\u0107e u medjuzvezdani prostor u obliku fotona, koji imaju karakteristi\u010dnu raspodelu po energijama, koja zavisi od površinske temperature Zvezde. U slu\u010daju Sunca, najve\u0107i deo energije, preko 90% otpada na vidljivo i infracrveno zra\u010denje. Skoro bez ikakvih gubitaka, ova energija \u0107e do\u0107i do Zemljine atmosfere, koja \u0107e apsorbovati oko 25% energije, a zatim i do površine naše planete. <\/p>\n
Po ovoj, danas opšteprihva\u0107enoj teoriji, Sunce ima energije za još bar 5 milijardi godina. Mnogi aspekti ove teorije su provereni, i jako se dobro sla\u017eu i sa posmatranjima i sa teorijskim znanjem. Medjutim daleko od toga da struktura i evolucija Sunca nisu zanimljive teme. Za po\u010detak, broj neutrina koje smo detektovali ne poklapa se baš sa onim što o\u010dekujemo na osnovu ovih modela. Zatim, u Sun\u010devoj atmosferi se dešava mnogo zanimljivih fenomena (protuberance, filamenti, flerovi…) za koje nismo sigurni šta su i kako nastaju, a tu je i uvek aktuelni problem zagrevanja korone (korona je najviši deo atmosfere Sunca, i iz nekog, nama nepoznatog razloga temperatura tu ska\u010de sa par hiljada na par miliona stepeni), tako da današnjim a i budu\u0107im solarnim fizi\u010darima predstoji još mnogo posla…<\/p>\n