Hvordan solen frigiver energi:Videnskaben bag solar fusion

Af Joseph NicholsonOpdateret 24. marts 2022

Energiens oprindelse

Solen er en kolossal brintbrændende ovn, der udstråler omkring 4 × 10^26 watt hvert sekund. Dette kontinuerlige output driver ikke kun lyset og varmen, vi føler, men også al den energi, der til sidst når Jorden, inklusive de fossile brændstoffer, der driver vores moderne verden. Mekanismen bag denne fantastiske produktion er kernefusion.

Hydrogen Fusion Progression

Brint - det letteste og enkleste grundstof - består af en proton og en elektron. I de kølige ydre lag af en begyndende stjerne holder protonernes positive ladning dem adskilt. Når protostjernen kollapser under tyngdekraften, stiger temperaturer og tryk i dens kerne, indtil brintkernerne kan overvinde deres Coulomb-barriere. Ved cirka **8 millionerK** gennemgår fire protoner proton-protonkæden, der smelter sammen til en helium-4-kerne, mens de omdanner en lille del af massen til energi via E = mc² . Efterhånden som kernetemperaturen stiger yderligere, bliver tungere kerner tilgængelige; ved omkring **100 mio.K**, smelter tre helium-4-kerner sammen i triple-alfa-processen for at skabe et kulstof-12-atom.

Sollag

Den energi, der frigives ved fusion, vises først som højenergiske gammastråler. Disse fotoner skal krydse Solens indre, før de slipper ud i rummet. Umiddelbart omkring kernen er strålingszonen, så tæt, at fotoner i gennemsnit kan tage **171.000 år** om at komme ud - nogle gange op til flere millioner år. Dernæst kommer konvektionszonen, hvor varmt plasma stiger og køligere plasma synker i en turbulent dans. I denne zone nedbrydes gammastråler gradvist til fotoner med lavere energi, hovedsagelig synligt lys, efterhånden som energien forplanter sig mod overfladen.

Hvad når Jorden

Fotosfæren - Solens synlige overflade - har en temperatur på omkring **4.500-6.000K**. Over den ligger koronaen, stedet for solpletter og solfremspring. Når fotonerne endelig forlader fotosfæren, er omkring halvdelen af ​​den energi, der ankommer til Jorden, synligt lys, en anden halvdel er infrarød, og en mindre, men betydelig del er ultraviolet stråling, som kan være farlig for levende organismer. Solfotoner rejser med lysets hastighed og dækker den ~150 millioner kilometer afstand til Jorden på cirka **otte minutter**.