in

Proč slunce svítí

Proč slunce svítí a jakou roli v tom hraje vodík je otázka, kterou si řada z vás už pravděpodobně položila. Pokud se zaměříme na historii, bylo záření Slunce vysvětlováno hořením uhlí nebo tím, že Slunce je ohříváno dopadem meteoritů. Tyto teorie byly rychle vyvráceny a řada filozofů a fyziků se tímto problémem raději nezbývala.

Odpověď na otázku, proč slunce svítí, je komplikovaná a je nutné se nejdříve zaměřit na vznik vesmíru.

Pokud přijmeme teorii „velkého třesku“, kdy hmota a teplota byly nekonečně velké a rozměr „vesmíru“ byl nepatrný, jak tento vesmír uvnitř vypadal, nejsme v současné době popsat. A nemáme ani prostředky, jak tuto situaci modelovat. Jedno je však jisté, že v určitém okamžiku se tento vesmír začal rychlostí světla rozpínat. To znamená, že po jedné sekundě byl poloměr vesmíru 300 tisíc kilometrů. Za těchto podmínek však ještě nemohly existovat žádné atomy. Tím, jak se vesmír rozpínal, ochlazoval se. V této době se z hypotetických elementárních částic začaly tvořit protony, neutrony a elektrony. Podle teorie velkého třesku po sedmi minutách byl již vesmír ochlazen na teplotu, kdy mohly vznikat atomy. Za těchto podmínek vznikal vodík, helium a v malém množství lithium a beryllium.

Tato teorie byla vypracována na základě rovnic, které definoval Albert Einstein při popisu gravitace. Práce se nazývá obecná teorie relativity. Tato teorie byla potvrzena astronomickým pozorování oběžné dráhy Merkuru. V krátké době na to bylo pozorováno jakési mikrovlnné záření, které bylo později nazváno reliktní, zbytkové, záření. Spolu s astronomickými pozorováními, kdy bylo zjištěno, že galaxie ve vesmíru se trvale od sebe vzdalují, bylo možné vypracovat teorii velkého třesku. V současné době se domníváme, že se tato událost stala před čtrnácti miliardami let.

Einstein a jeho přínos

Einstein již dříve vypracoval speciální teorii relativity, která mimo jiné definovala vztah mezi hmotou a energie dle vzorce E = m.c2.

Po tomto úvodu je zřejmé, že vzniklý vesmír obsahoval pouze lehké prvky, jako je vodík, helium nebo deuterium. Postupně se některá oblaka vodíku začala shlukovat a vznikly prapůvodní hvězdy. S ohledem na gravitaci uvnitř hvězd došlo k jejich ohřevu na vysokou, teplotu, kdy znovu atomy ztratily elektrony a zbylé protony a neutrony spolu začaly vytvářet nové prvky, ponejvíce helium. Hmotnost těchto primárních hvězd byla vysoká, řádově odpovídala hmotnosti sto milionům sluncí. Takové hvězdy nejsou stabilní a po zpracování vodíku na vyšší prvky až po železo, dochází k jejich explozi, které říkáme nova nebo větší supernova. Okrajové části hvězdy byly odmrštěny od jádra a při tomto procesu došlo k dalšímu zvýšení teploty. To umožnilo, aby vznikaly prvky těžší než železo. Dá se tedy říct, že např. zlato na Zemi pochází z hvězd.

Tato explodující obálka supernovy způsobila zahuštění jiného oblaku vodíku ve vesmíru a opět v důsledku gravitace došlo k zahuštění a ke spuštění jaderných reakcí. Výše uvedený jev umožnil vznik sluneční soustavy. Lehké prvky zůstaly v jádru nové hvězdy a těžší prvky postupně vytvořily kamenné planety. Vznikl Merkur, Venuše, Země a Mars.

Zbytky vodíku se sloučily a vytvořily plynné obry, Jupiter, Saturn a Neptun. Gravitačním působením Slunce a Jupiteru nedošlo k utvoření kamenné planety mezi Marsem a Jupiterem a zbyl pouze pás planetek. Další zbytky původní obálky supernovy zůstaly za oběžnou dráhou Neptunu ve formě planetek. Současně existuje Oortův oblak, z kterého přilétají ke Slunci komety.

Po zahájení termonukleárních reakcí v jádru Slunce nabývá na významu výše uvedený Einsteinův vzorec ekvivalence hmoty a energie E = m.c2. V našem Slunci dojde každou vteřinou k syntéze 700 milionů tun vodíku na helium. Při tomto procesu dojde ke ztrátě cca 4 milionů tun hmoty a k její přeměně na energii. Výsledkem je tok záření, které například Zemi předává po částečné absorpci atmosférou výkon 1200W na čtvereční metr. K tomu je třeba uvést, že Slunce za dobu své existence po dobu čtyř a půl miliardy let spotřebovalo pouze polovinu svých zásob vodíku. To znamená, že se nemusíme obávat, že vyhasne, po dobu nejméně čtyř miliard let.

Čeho se však obávat musíme, jsou výrony sluneční koronární hmoty, které do prostoru uvolní obrovské množství částic. Celková uvolněná energie se rovná explozi miliardy vodíkových bomb. K výronům hmoty dochází velmi často, naštěstí ne vždy směřují k Zemi. Pravděpodobně velmi silný výron hmoty zasáhl Zemi ve starověku. Jak tento výron hmoty vypadá, uvádí následující obrázek.

Foto: vyron-slunecni-hmoty

Zdroj fotografie: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f3/Magnetosphere_rendition.jpg

Za normálních okolností opouští Slunce vždy určité množství energetických částic. Pokud dochází pouze k výronu elektronů, pak tento jev nazýváme erupcí. Magnetické pole planety Země však tyto částice zachytí a odchýlí. V případě velkého výronu hmoty však magnetické pole není dostatečné a část záření a vysokoenergetických částic na Zemi pronikne.

V nedávné minulosti došlo k významnému výronu mezi 28. srpnem a 2. zářím roku 1859. Polární záře způsobená těmito částicemi byla pozorována až na severu Austrálie a na Havaji. Telegrafní systémy v Severní Americe a v Evropě zcela zkolabovaly, na telegrafních sloupech přeskakovaly jiskry, ale telegrafy i při vypnutém napájení byly v provozu. Dokonce došlo k zasažení operátorů.

V současné době by takový výron hmoty měl nedozírné následky. Došlo by nejen ke zničení rozvodných sítí elektřiny v oblasti kolem pólů planety, ale také počítačových sítí. Zcela jistě by došlo ke zničení satelitů, a celý systém přenosu dat by se zhroutil. Je vysoce pravděpodobné, že by došlo i ke zničení veškeré elektroniky a poškození zdraví obyvatel, rostlin i zvířat. Bohužel neexistuje možnost takovou událost předvídat a nelze se před ní chránit. Přestože erupci na slunci jsme schopni pozorovat do osmi minut a částice doletí k Zemi za cca 17 hodin, je tento čas příliš krátký pro provedení jakýchkoliv ochranných opatření.

Z tohoto hlediska se snaha o digitalizaci státní správy, elektronické bankovnictví, využití mobilních sítí pro řízení domácí elektroniky a spotřebičů, popř. elektromobily a elektronika v automobilech, jeví jako obrovský hazard. Představme si, že bankomat nám nevydá peníze. V obchodě, i pokud bude mít elektrický proud, nebudeme moct zaplatit platební kartou. Nebude možné zásobování obchodů. Nepojedou vlaky, přestane téct voda, nebude fungovat centrální topení a dodávka plynu. Pro zdravotnická zařízení a nemocnice to bude znamenat kolaps. Robotická výroba robotů nebude funkční, robotické výrobní linky nebudou provozuschopné. V nejhorším případě dojde i poškození elektrocentrál.

Nutno dodat, že výroba energie na principu jaderného slučování jader vodíku na helium zajímala vědce od samotného počátku.

Samotný fakt že při syntéze helia dojde k uvolnění energie, byl znám již dříve, když součet hmotností dvou protonu a dvou neutronu byl vyšší než hmotnost helia, které je tvořeno dvěma protony a dvěma neutrony.

Bylo jasné, že taková syntéza by byla schopná zajistit veškerou spotřebu energie na Zemi. Na základě vědeckých pokusů se štěpením uranu byly sestrojeny a odpáleny tři atomové bomby. Ihned s odpálením první testovací atomové bomby dospěli vědci k myšlence, že s jejím využitím lze potvrdit teoretické úvahy o Slunci jako zdroji energie. Při explozi atomové bomby dojde totiž k vytvoření teploty v řádu sto miliónů stupňů, tato teplota by měla dostačovat ke spuštění jaderných reakcí.

Bohužel na základě těchto předpokladů byla navržená a zkonstruovaná vodíková bomba, k explozi vodíkové bomby došlo až po odpálení atomové bomby. Tím sice došlo k potvrzení fyzikálních teorií, ale proces syntézy helia byl realizován neřízeným procesem, a byla vytvořenádalší zbraň hromadného ničení.

V současné době, přes veškerou snahu, se vědcům zatím nepodařilo uskutečnit řízenou termonukleární reakci. Jedním z důvodu je, že nejsme schopni deuteriová jádra ohřát na teplotu milionů stupňů a tuto teplotu udržet.

What do you think?

0 points
Upvote Downvote

Comments

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

Loading…

0

Comments

0 comments

Ovlivnila astrologie astronomii, nebo to bylo naopak?

Vodík a jeho využití