​Kada će nas Sunce napokon ugasiti

Povijest gledanja na Sunce je zabavna. Tek se u novije doba shvatilo od čega Sunce živi i koliki mu je životni vijek. Pola njegovog dugog života od 10 milijardi godina je prošlo, ali – mnogo prije njegovog kraja, nestat će svi viši oblici života na Zemlji. No, ima još do toga

Izvor fotografije: NASA/SDO

2.000, 75.000 ili 4,6 milijardi godina? Naša zvijezda označava početak i kraj povijesti. Tomu odgovaraju i brojne teorije istraživača Sunca o tome kako ta zvijezda funkcionira i kada će se ugasiti.

Sunce je ishodište svih relevantnih izvora energije osim nuklearne i geotermalne energije. Njezinu svjetlost koriste gljive, alge i bakterije za proces fotosinteze. Pri tome se oslobađa kisik koji omogućava životinjama i ljudima da dišu. Biljkama se hrane mnoge životinjske vrste, a njima se hrane predatori u koje spada i čovjek. Sunce je osim toga i motor vremena i klime. Drugim riječima: ono je naša zvijezda života. Zbog toga još više začuđuje da sve do kraja 1930-ih nismo znali kako funkcionira, točnije kazano – odakle crpi energiju koju tako velikodušno razbacuje.

U početku je Sunce ljudima služilo često kao božanstvo, dok je u Bibliji imalo samo funkciju grijanja Zemlje dokle ona postoji. Tek izumom teleskopa je Sunce postalo nebesko tijelo. Galileo Galilei i drugi su 1610. godine skoro istovremeno otkrili Sunčeve pjege i uz pomoć njih i rotaciju Sunca.

To se uopće nije svidjelo Crkvi, Sunce je moralo biti bez ljage. Galilei je tu neugodnost, kako znamo, osjetio na svojoj koži. No o pravoj naravi Sunca se znalo jako malo. Jedan od najznačajnijih astronoma svoga vremena, William Herschel, smatrao je još 1800. Sunce naseljenim i nitko nije mogao dokazati suprotno. Tek je spektralna analiza Sunce svrstala među zvijezde, jednu od tisuću njih.

Robert Mayer postulirao je 1842. zakon očuvanja energije poznat i kao prvi zakon termodinamike. Time je postalo jasno da energija Sunca ne može doći iz ničega. Bio je potreban izvor. Pitanje o gorivu je bilo nadalje potpuno otvoreno i tako je postalo pitanje broj jedan: koliko će dugo živjeti naše Sunce?

William Thomson, kasnije lord Kelvin, je spekulirao (bez da je u to čvrsto vjerovao) o tome koliko bi Suncu ostalo vremena ako bi se sastojalo od najboljeg uglja te da uz to ima dovoljno kisika za izgaranje. Rezultat: Sunce bi još maksimalno 8000 godina moglo gorjeti. Geolozi su već duže vrijeme imali indikatore koji su ukazivali na znatno veću starost zemlje. Godine 1779. je Georges Buffon polazio od toga da je Zemlja u početku bila užarena tekućina. On je procijenio dužinu procesa hlađenja i došao je do toga da je Zemlja stara 75.000 godina. Naravno da Zemlja ne bi mogla biti starija od svoje majke-zvijezde.

Autor H. G. Wells je na kraju svog poznatog romana „Vremenska mašina“ (1895) svojim putnicima kroz vrijeme dopustio da dožive kraj svijeta. Sunce je nepomično veliko i crveno stajalo na nebu. Sile plime i oseke su zaustavile rotaciju Zemlje, Zemlja se približila Suncu i polako se topi. Zbog toga Sunce više nije žuto, nego crveno. To je odgovaralo slici sudbine Sunca i svijeta koja je bila dominantna na prekretnici stoljeća. Wells je svoje „znanje“ crpio iz standardnog djela od tisuću stranica papinskog astronoma o. Angela Secchija, koji je skupio ondašnja znanja istraživanja Sunca.

I kasnija djela iz prve trećine 20. stoljeća su imala isto polazište. Različite ilustracije to dokazuju. No ono što je Secchi smatrao zajamčenim znanjem bilo je samo spekulacija. A već i prije je bilo dosta spekulacija i nagađanja. Godine 1654. je biskup John Lightfoot koristio Bibliju kako bi izračunao generacije od Adama do Krista i time izračunao trenutak stvaranja Zemlje od Boga. On je došao do egzaktnog rezultata: 26. listopada 4004. godine prije Krista, u 9:00 sati izjutra.

U nastavku je uvijek iznova bilo ozbiljnih pokušaja objašnjenja zamjene za Sunčevu energiju. Veliki fizičar Isaac Newton je predlagao kao izuzetne izvore toplotne energije udare kometa, no beznadno je precijenio njihovu veličinu i učestalost. Jedan drugi pristup je bio nasuprot ovom obećavajući. Zvijezde prema Kantu i Laplaceu nastaju kroz kontrakciju magle plina i prašine. Pri kontrakciji se potencijalna energija pretvara u toplinu, koja može objasniti zračenje Sunca.

Hermann von Helmholtz je 1853. godine objavio svoju teoriju da je smanjenje/skupljanje od samo 100 metara godišnje dovoljno da se nadoknadi promatrano zračenje. Detaljnija istraživanja starosti Sunca došla su do rezultata od 18 milijuna godina. Ovi izračuni nisu mogli proturječiti ondašnjima, također ni geolozi sa svojim procjenama o starosti Zemlje nisu imali tomu što prigovoriti. Nakon faze kontrakcije trebalo je Sunce takoreći živjeti od supstance i na kraju bi potpuno izgorjelo. Ta posljednja faza odgovara krajnjem scenariju ohlađenog Sunca kao kod Secchija i Wellsa.

No geolozi su astrofizičare tjerali ispred sebe. Iz saliniteta mora se oko 1900. došlo do 100 milijuna godina starosti Zemlje. I pronalasci kostiju praživotinja su produžavali starost Zemlje.

Pod nazivom „Thermonuclear Art“ NASA je objavila tridesetominutni film. Na njemu su se mogle vidjeti aktivnosti Sunca u 4K rezoluciji. Za takvo što je bio potreban veliki napor.

Kada je pak sir Arthur Eddington u drugom desetljeću 20. stoljeća postavio teoretsko razmišljanje o unutrašnjem sastavu zvijezda, postalo je jasno da je ključna stvar ležala u unutrašnjosti atoma. Otprilike u isto vrijeme počelo se razmišljati o mogućnosti atomske fisije i fuzije. Dok je Ernestu Rutherfordu već 1919. uspjelo razbiti atom dušika, još uvijek se nije moglo ni pomisliti na atomsku fuziju u laboratoriju.

Enormnu brzinu, uz koju bi jezgra udarala jedno od drugo, moglo se postići visokim temperaturama, kakve su vladale u središtu zvijezda. Budući da je Sunce sastavljeno skoro isključivo od laganih elemenata, prije svega vodika, dolazila je samo atomska fuzija u pitanje kao izvor energije, jer atomska fisija daje energiju samo onda ako su atomi teži od željeza. Međutim, postoji veliki broj mogućih procesa fuzije.

Hans Bethe i Carl von Weizsäcker su 1938. započeli, neovisno jedan od drugoga, izračunavanje zamislivih jezgrenih procesa s obzirom na njihov energijski output. Ako bi neki proces pri tome mogao objasniti promatranu proizvodnju energije Sunca, to bi značilo da se s velikom vjerojatnošću pronašao pravi mehanizam. Otprilike u isto vrijeme došli su do istog rezultata. Pri Bethe-Weizsäcker ciklusu i jednako važnom proton-proton procesu se stapaju jezgre vodika i tvore jezgru helija. Pri tom se oslobađa jako mnogo energije.

Sve do prije nekoliko godina je ideja solarne fuzije bila samo čista teorija koja je bila nedostupna promatranju. Međutim, ova teorija kaže da tijekom procesa jezgrene fuzije nastaju nestvarne materije koje stupaju u interakciju s drugom materijom, takozvani neutrino. Oni mogu neometano napustiti unutrašnjost Sunca i trebali bi se moći potvrditi na Zemlji. Godine 1967. je u SAD-u pušten u pogon prvi klor-neutrino detektor. Postavljen je duboko pod zemljom kako bi se spriječio utjecaj kozmičkog zračenja koje se suprotno od neutrina može zaustaviti velikim stjenovitim slojevima.

U nastavku su nastajali sve bolji i bolji detektori neutrina. Unatoč tomu je broj potvrđenih neutrina bio neznatan u odnosu na stariji model. Pri tom se izvorno polazilo od neutrina bez mase. Poboljšani modeli koji su neutrinima davali malenu masu mirovanja objašnjavali su promatrane brojke neutrina i u potpunosti su zadovoljavale astrofizičare.

Time se tvrdokorna zagonetka proizvodnje solarne energije smatrala riješenom. Unatoč fuziji koja je mogla objasniti Sunce staro nekoliko milijardi godina, svoje značenje je zadržala i Helmholtzova kontrakcija. Iz nje jedna mlada zvijezda izvlači svoju visoku temperaturu, koja je potrebna za paljenje jezgrene fuzije. I danas prihvaćena starost zemlje od 4,6 milijardi godina, na temelju saznanja o brzini radioaktivnog raspadanja radija u olovo i njihovog međusobnog omjera, više nije problematična.

Ako bi nam uspjelo na Zemlji ovladati procesom jezgrene fuzije, koju koriste samosvijetleće zvijezde, riješili bi najvažnije probleme energije. Nedavno je u Greifswalderovom istraživačkom reaktoru Wendelstein 7-X nakon okruglo deset godina izgradnje proizvedena prva plazma. U ovom slučaju je kao test uzet plin helij kojem su elektroni odvojeni od jezgra atoma. Tu takozvanu izolaciju dostiže se pri jako visokoj temperaturi od 100 milijuna stupnjeva Celzija koji ujedno tjeraju atomska jezgra na visoku brzinu.

Kao sljedeći korak želi se razdvojiti jezgru vodika kako bi se stopila u helij. Pri tom se oslobađa više energije nego kod razbijanja teških atoma u uobičajenim reaktorima. Takva vruća plazma se ne da zatvoriti čvrstim, materijalnim zidovima. Jaka magnetska polja bi to mogla učiniti, ali je trenutno potrošnja energije veća od koristi. Bit će potrebna još desetljeća dok fuzijska proizvodnja energije ne postigne trajnu pozitivnu energetsku bilancu.

Ono što je sasvim sigurno jeste da je Sunce dovoljno značajno da se i u budućnosti s njime pozabavimo. To je zadaća istraživača Sunca, astrofizičara koji su se specijalizirali za Sunce. Njemačko-španjolski sunčev teleskop na Tenerifima je jedan od najmodernijih na svijetu. Prema sadašnjem modelu, trajnost života našeg Sunca kao „normalne“ zvijezde iznosi deset milijardi godina. Pola njezinog života je prošlo.

No drugačije nego je to ispreo britanski režiser Danny Boyle u svom filmu „Sunshine“ (2007), Sunce neće postajati hladnije, nego sve vruće. Za 900 milijuna godina će prosječna temperatura na Zemlji biti veća za 15 do 30 stupnjeva Celzijusa. U takvom scenariju najavljuju biolozi kraj svih viših oblika života.

„Dolazi Sunce. Najsvjetlija je to zvijezda od svih“, bombastično pjeva Rammstein. To je točno samo zato što je to „naša“ zvijezda. Postoje, apsolutno gledano, mnogo svjetlije zvijezde, ali ne puno njih. Naše Sunce je dobar prosjek i nema razloga da ga se sramimo. Ostali su toliko udaljeni od nas da samo najveće i najbliže možemo vidjeti kroz velike moćne teleskope kao male ploče koje su više ili manje male svijetle točkice.

Dok smo od ostalih zvijezda udaljeni svjetlosnim godinama, od našeg Sunca smo udaljeni samo osam svjetlosnih minuta. To je taman toliko dovoljno da se Zemlja kreće u „naseljivoj zoni“. Na toj udaljenosti je dakle moguć život na udoban način i to na bazi ugljika, kako nam je postalo jasno.


Autor: Gerd Küveler, Welt.de

S njemačkog preveo: Darko Pejanović, Prometej.ba

Ostavite komentar

unesite broj *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.