راز خورشید
منبع انرژی خورشید چیست؟ (3)
در مقاله ی قبلی با ایزوتوپها و اتمهایی که درون خورشید تولید می شود آشنا شدید.
راز خورشید
هسته ی هیدروژن (1H) ساده ترین اتم در طبیعت، تنها از یک پروتون ساخته شده است. در حالی که هسته ی هلیوم (4He)، عنصر بعدی در جدول تناوبی، از دو پروتون و دو نوترون تشکیل یافته است. احتمالا شما در میان درس هایتان خوانده اید که «بارهای همانند همدیگر را دفع می کنند»، همین اتفاق بین پروتون ها می افتد. این نیروی دافعه زمانی که پروتونها به هم نزدیک باشند بسیار زیاد می شود. برای ایجاد واکنشهای هسته ای، پروتونها و نوترونها باید خیلی به هم نزدیک شوند. چرا که تنها در فواصل بسیار کم است که نیرویی به نام نیروی جاذبه ی هسته ای عمل می کند. این نیرو قوی ترین نیرو در طبیعت است، چرا که پروتونها را با وجود نیروی دافعه ی قوی ای که بین آنهاست، کنار هم نگه می دارد.
نگاهی به جدول تناوبی نشان می دهد که وزن اتمی (جرمی که بر اساس یک دوازدهم جرم کربن دوازده محاسبه می شود.) هیدروژن 008ر1 است، در حالی که وزن اتمی هلیوم 003ر4 می باشد. نکته ی جالب این است که جرم هلیوم کمتر از مجموع جرم چهار هسته ی هیدروژنی است که در مرکزش قرار دارد! جرم چهار پروتون برابر است با (032ر4 = 4× 008ر1 ) در حالی که جرم هسته ی هلیوم (که از چهار تا هسته ی هیدروژن ساخته شده) 029ر0 کمتر است. این مقدار جرم به انرژی تبدیل شده است. پس اگر بتوان 4 اتم هیدروژن را به یک اتم هلیوم تبدیل کرد، بر اساس فرمول اینشتین، انرژی بدست خواهد آمد. این واکنش واقعا امکان پذیر است و در واقع اساس زنجیره ی واکنشهای همجوشی گرماهسته ای که در مرکز ستارگان رخ می دهد، همین می باشد. تنها در دماهای بسیار بالا است که انرژی و سرعت کافی به پروتونها داده می شود که بتوانند بر نیروی دافعه ی الکتریکی بین خودشان غلبه کنند و آنقدر به هم نزدیک بشوند که واکنش هسته ای بین آنها روی دهد. پس شرط لازم برای این چنین واکنشهایی وجود دمای بسیار بالاست.، و این همان شرایطی است که در مرکز خورشید مهیا است. دما در آنجا 15 میلیون درجه ی سانتی گراد است. این شرایط توسط فشار بسیار زیادی ایجاد شده است، که بخاطر جرم عظیم خورشید و سنگینی بینهایت زیاد آن، در مرکز خورشید بوجود آمده است. جرم خورشید 330000 برابر جرم زمین است، پس ببینید که چه وزن زیادی روی مرکز خورشید سوار است و فشار وارد می کند، و همانطور که می دانید بالا رفتن فشار، دما را افزایش می دهد. در این دمای بسیار بالا، ماده مانند گازی رفتار می کند که چگالیش 20 برابر چگالی آهن باشد! اگر جرم خورشید 10 برابر کمتر بود، آنگاه دمای مرکز خورشید برای ایجاد واکنش های هسته ای کافی نبود. در نتیجه ما هم اینجا نبودیم که درباره ی جرم خورشید صحبت کنیم، چون حیاتی روی زمین نمی توانست شکل بگیرد! پس چون ستارگانی که جرمشان کمتر از یک دهم جرم خورشید باشد، نمی توانند واکنش همجوشی هسته ای هیدروژنی ایجاد بکنند و دیگر نمی توان به آنها ستاره گفت.
ضدماده
زنجیره ی واکنشهای همجوشی گرماهسته ای، همانطور که در تصویر می بینید، در مرحله ی اول یک پروتون را به یک نوترون تبدیل می کند. در این مرحله دو ذره ی دیگر به نام پوزیترون و نوترینو تولید می شود. پوزیترون ذره ای است که به نوعی از ماده به نام «ضد ماده» تعلق دارد. این ذره همانند الکترون است با این تفاوت که بارَش مثبت است. زمانی که ماده و ضد ماده با هم روبرو شوند، هردو نابود و به انرژی تبدیل می شوند. می توان تصور کرد که جهانی تشکیل شده از ضد ماده شاید در جایی در دور دست وجود داشته باشد، ولی تا بحال هیچ شاهد رصدی برای این مطلب یافت نشده است.
هر ذره ای در طبیعت ضد ماده ی خود را دارد. یک کهکشان که از ضد ماده ساخته شده باشد، درست مانند یک کهکشان معمولی به نظر می رسد، زیرا تابش نور از ماده و ضد ماده یکسان است.
ضد خودرو ها همانند خودروهای معمولی به نظر می رسند و ضدشهرها همچون شهرها هستند. ما نمی توانیم بفهمیم که یک ضد انسان یک ضد انسان است! ولی باید مواظب باشیم که اگر با یک ضد انسان دست بدهیم، هر دو نابود و به انرژی تبدیل خواهیم شد! در مرکز خورشید، هر پوزیترونی که تولید می شود سریعا با یکی از الکترونهایی که در دریای الکترون وجود دارد، برخورد کرده و به انرژی تبدیل می شود.
نوترینو ذره ای بسیار فرّار است که به ندرت با ماده واکنش می دهد. در نتیجه بیشتر نوترینوهای تولید شده در مرکز خورشید، به سرعت از آنجا به بیرون فرار می کنند، بدون اینکه حتی با یک اتم درون خورشید برخورد کنند. بیشتر نوترینوهایی که به زمین می رسند بدون کوچکترین برخوردی از درون آن رد می شوند. در واقع، در هر ثاینه 50000 میلیون نوترینو که از خورشید آمده اند از درون بدن شما می گذرند. ولی تعداد کمی از نوترینو ها با ماده واکنش می دهند و این باعث می شود که به سختی بتوانیم آنها را ردیابی کنیم. آزمایشهایی در این رابطه انجام شده است، و تعدادی نوترینو توسط روشهایی خاص به دام افتاده اند.
در ادامه با مرحله ی بعد از واکنش هسته ای درون خورشید آشنا خواهید شد.
ترجمه:
اویس محمودی
ویرایش:
ا.م.گمینی
