چرا سوخت خورشید تمام نمی‌شود؟

خورشید یک ستاره نسبتا متوسط در کهکشان راه شیری است که نه تنها درخشان و بزرگترین ستاره است، بلکه ۴.۵ میلیارد سال قدمت دارد. نور و گرمای این ستاره منحصر به فرد، تمام زندگی را در تنها سیاره مسکونی جهان، حفظ می‌کند.

اما چگونه می‌تواند اینقدر سوخت داشته باشد؟ چرا مانند شمع یا آتش خاموش نشده است و تا چه موقع می‌سوزد؟.

کاترین پیلاچوفسکی، استاد نجوم در دانشگاه ایندیانا می‎‌گوید: این یک سوال در قرن ۱۹ بود. در آن زمان، انسان‌ها فقط دو روش تولید انرژی توسط خورشید را می‌فهمیدند که خورشید یا گرما و نور را از طریق انقباضات گرانشی ایجاد می‌کند و خودش را به سمت مرکز کشانده و انرژی را منتشر می‌کند؛ یا اینکه به معنای واقعی کلمه در حال سوختن است، مانند واکنش شیمیایی که هنگام روشن کردن کبریت یا آتش سوزی در زمین مشاهده می‌کنیم.

دانشمندان در آن زمان تصور می‌کردند که هر دو روش می‌تواند عامل خورشید باشد، دقیقا مدت زمان وجود خورشید را با استفاده از هر دو روش محاسبه کردند اما هیچ یک از نتایج با آنچه که ما می‌دانیم برابر نیست. اگر آفتاب منقبض می‌شد یا می‌سوخت، مدت‌ها قبل سوخت آن تمام می‌شد؛ واضح است که چیز دیگری در جریان بود.

چند دهه بعد، ستاره شناسان انگلیسی (در دهه ۱۹۲۰) اظهار کردند که خورشید در واقع جرم خود را به انرژی تبدیل می‌کند. با این حال، به جای کوره‌ای که چوب و زغال سنگ را به خاکستر و کربن سیاه شده تبدیل کند، مرکز خورشید بیشتر به یک نیروگاه هسته‌ای غول پیکر شباهت دارد.

خورشید حاوی تعداد زیادی اتم هیدروژن است. به طور معمول، یک اتم هیدروژن خنثی حاوی یک پروتون با بار مثبت و یک الکترون با بار منفی است که به دور آن می‌چرخد. هنگامی که این اتم با یکی از اتم‌های هیدروژن دیگرش روبه‌رو می‌شود، الکترون‌های خارجی مربوطه به طور مغناطیسی مانند محافظان یکدیگر را دفع می‌کنند. این از ملاقات هر یک از پروتون‌ها با یکدیگر جلوگیری می‌کند، اما هسته خورشید آنقدر داغ و تحت فشار است که اتم‌ها با انرژی جنبشی زیادی به دور خود می‌پیچند تا بر نیروی اتصال آن‌ها به هم غلبه کنند و الکترون‌ها از پروتون‌هایشان جدا شوند. این بدان معناست که پروتون‌ها، معمولا درون هسته اتم هیدروژن گیر کرده‌اند، در واقع می‌توانند لمس شوند و آن‌ها در فرآیندی به نام همجوشی هسته‌ای به هم متصل می‌شوند.

درست مثل داخل یک راکتور هسته‌ای، اتم‌های درون هسته خورشید هر ثانیه به یکدیگر برخورد می‌کنند. چهار پروتون هیدروژن با هم ترکیب می‌شوند و یک اتم هلیوم ایجاد می‌کنند. در طول مسیر، مقدار کمی از جرم آن چهار پروتون کوچک از بین می‌رود اما از آنجا که جهان ماده را حفظ می‌کند، نمی‌تواند از بین برود. در عوض این جرم به مقدار چشمگیری از انرژی تبدیل می‌شود.

کارآیی همجوشی هسته‌ای دلیل عمده‌ای است که خورشید بر اساس آن برای مدت طولانی باعث گرمای زمین شده است. از آنجا که خورشید بسیار عظیم و نسبتا جوان است، دانشمندان تخمین می‌زنند که آن فقط حدود نیمی از هیدروژن تولید کننده انرژی خود را استفاده کرده است. در نهایت، هسته خورشید تمام هیدروژن موجود در آن را به هلیوم تبدیل کرده و سپس می‌میرد؛ اما این تا حدود ۵ میلیارد سال دیگر اتفاق نخواهد افتاد.