Co dzieje się wewnątrz Słońca

Gdyby Słońce było ogniskiem, dawno by się wypaliło: spalanie chemiczne dostarcza zbyt mało energii na gram - paliwo wielkości Słońca wypaliłoby się w ciągu tysięcy lat. Tymczasem Słońce ma około 4,6 miliarda lat i przebyło mniej więcej połowę swojej drogi.

Działa tu coś innego. Ciężar zewnętrznych warstw ściska centrum tak mocno, że materia jest tam około 150 razy gęstsza od wody, a temperatura wynosi około 15 milionów stopni. W kilku etapach jądra wodoru łączą się w jądro helu, które jest nieco lżejsze od sumy jąder wyjściowych. Różnica zamienia się w światło: około czterech milionów ton na sekundę przestaje być materią.

Dzieje się to powoli. Protony mają taki sam ładunek i odpychają się, a nawet 15 milionów stopni nie wystarcza, by zderzyły się bezpośrednio: fuzja zachodzi dzięki tunelowaniu kwantowemu, czyli wskutek rzadkiego przypadku. Pojedynczy proton czeka średnio miliardy lat na swoją reakcję. Dlatego Słońce nie rozbłyska nagle, tylko świeci równomiernie.

Metr sześcienny jądra Słońca uwalnia średnio około 276 watów - mniej więcej tyle co pryzma kompostu. Słońce oślepia nie dzięki mocy w jednym punkcie, lecz dzięki swoim rozmiarom: wewnątrz jest tak wiele takich metrów sześciennych, że razem tworzą gwiazdę.

Teraz energia musi wydostać się na zewnątrz. Jądro zajmuje mniej więcej ćwierć promienia, nad nim znajduje się strefa promienista - sięgająca do 70% promienia - a zewnętrzna jedna trzecia jest konwektywna. Po drodze temperatura spada prawie 3000 razy.

Warstwy są ułożone w ten sposób nie bez powodu. Dopóki materia jest przezroczysta, ciepło przenosi promieniowanie. Bliżej powierzchni gaz stygnie i staje się nieprzezroczysty, więc promieniowanie nie może się przedostać - wtedy porusza się sam gaz: gorący unosi się, a wystudzony opada. Z zewnątrz widać to jako ziarnistą strukturę: każda „granula” ma około tysiąca kilometrów średnicy i żyje około dziesięciu minut.

Foton gamma z jądra jest niemal natychmiast pochłaniany i emitowany ponownie - miliardy razy, za każdym razem w losowym kierunku. Szacunki czasu, w jakim energia dociera do powierzchni, różnią się: od tysięcy do setek tysięcy lat. Pozostałe 150 milionów kilometrów do Ziemi światło pokonuje w 8 minut i 20 sekund.

Nikt nie zajrzał do środka, ale istnieją dwa pośrednie sposoby poznania jego wnętrza. Neutrina powstają w tych samych reakcjach i niemal z niczym nie oddziałują: opuszczają jądro w ciągu kilku sekund i docierają do detektorów na Ziemi - to bezpośredni raport z centrum. Słońce także wydaje dźwięki: jego powierzchnia drga, a na podstawie zestawu częstotliwości można odtworzyć gęstość i prędkość dźwięku na głębokości.