เกิดอะไรขึ้นภายในดวงอาทิตย์

ถ้าดวงอาทิตย์เป็นกองไฟ มันคงมอดไปนานแล้ว การเผาไหม้ทางเคมีให้พลังงานต่อกรัมน้อยเกินไป เชื้อเพลิงที่มีขนาดเท่าดวงอาทิตย์คงเผาไหม้หมดภายในเวลาไม่กี่พันปี แต่ดวงอาทิตย์มีอายุประมาณ 4.6 พันล้านปี และเดินทางมาแล้วราวครึ่งหนึ่งของเส้นทาง

สิ่งที่เกิดขึ้นจริงเป็นอีกแบบหนึ่ง น้ำหนักของชั้นนอกบีบอัดใจกลางจนสสารที่นั่นมีความหนาแน่นมากกว่าน้ำประมาณ 150 เท่า และมีอุณหภูมิราว 15 ล้านองศา นิวเคลียสของไฮโดรเจนค่อยๆ รวมตัวกันผ่านหลายขั้นตอนจนเป็นนิวเคลียสฮีเลียม ซึ่งเบากว่ามวลรวมของสิ่งตั้งต้นเล็กน้อย ความแตกต่างนั้นกลายเป็นแสง โดยมีมวลประมาณ 4 ล้านตันต่อวินาทีที่เปลี่ยนสภาพจากสสาร

กระบวนการนี้เกิดขึ้นอย่างช้าๆ โปรตอนมีประจุเหมือนกันจึงผลักกัน และแม้จะมีอุณหภูมิ 15 ล้านองศา ก็ยังไม่มากพอที่จะทำให้ชนกันโดยตรง การหลอมรวมเกิดขึ้นผ่านการทะลุอุโมงค์เชิงควอนตัม หรือพูดง่ายๆ คือเกิดขึ้นจากโอกาสที่หาได้ยาก โดยเฉลี่ยแล้วโปรตอนแต่ละตัวต้องรอปฏิกิริยาของตัวเองนานหลายพันล้านปี นั่นจึงเป็นเหตุผลที่ดวงอาทิตย์ไม่ปะทุขึ้นพร้อมกัน แต่ส่องสว่างอย่างสม่ำเสมอ

แกนกลางดวงอาทิตย์ 1 ลูกบาศก์เมตรปล่อยพลังงานเฉลี่ยประมาณ 276 วัตต์ ใกล้เคียงกับกองปุ๋ยหมักในแง่ลำดับขนาด ดวงอาทิตย์สว่างจ้าจนแทบมองไม่ได้ไม่ใช่เพราะพลังงานในจุดใดจุดหนึ่ง แต่เพราะมันมีขนาดใหญ่ ภายในมีลูกบาศก์เมตรแบบนี้มากมายจนรวมกันเป็นดาวฤกษ์

ต่อจากนั้นพลังงานต้องเดินทางออกไปด้านนอก แกนกลางกินพื้นที่ประมาณหนึ่งในสี่ของรัศมี เหนือขึ้นไปคือเขตแผ่รังสีที่ทอดไปถึง 70% ของรัศมี ส่วนหนึ่งในสามด้านนอกเป็นเขตพาความร้อน ระหว่างทางอุณหภูมิลดลงเกือบ 3,000 เท่า

การจัดเรียงชั้นต่างๆ เป็นเช่นนี้ด้วยเหตุผล ตราบใดที่สสารยังโปร่งใส การแผ่รังสีจะเป็นตัวนำความร้อน เมื่อเข้าใกล้พื้นผิว ก๊าซจะเย็นลงและขุ่นทึบขึ้น แสงจึงทะลุผ่านไม่ได้ จากนั้นตัวก๊าซเองจะเคลื่อนที่ ก๊าซร้อนลอยขึ้น ส่วนก๊าซที่เย็นลงจะจมลง เมื่อมองจากด้านนอกจะเห็นเป็นลวดลายคล้ายเม็ดๆ โดยแต่ละ "เม็ด" มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 1,000 กิโลเมตร และมีอายุอยู่ราว 10 นาที

โฟตอนรังสีแกมมาจากแกนกลางจะถูกดูดกลืนและปล่อยออกมาใหม่แทบจะทันที ทำเช่นนี้หลายพันล้านครั้ง และแต่ละครั้งไปในทิศทางแบบสุ่ม การประมาณระยะเวลาที่พลังงานเดินทางถึงพื้นผิวมีค่าต่างกัน ตั้งแต่หลายพันปีไปจนถึงหลายแสนปี ส่วนระยะทางอีก 150 ล้านกิโลเมตรถึงโลก แสงใช้เวลาเดินทาง 8 นาที 20 วินาที

ไม่มีใครเคยมองเข้าไปข้างใน แต่มีวิธีอ้อมอยู่ 2 ทาง นิวทริโนเกิดจากปฏิกิริยาเดียวกันและแทบไม่ทำปฏิสัมพันธ์กับสิ่งใด พวกมันออกจากแกนกลางได้ภายในไม่กี่วินาทีและเดินทางมาถึงเครื่องตรวจวัดบนโลก เป็นรายงานโดยตรงจากใจกลาง อีกอย่างคือดวงอาทิตย์มีเสียง พื้นผิวของมันสั่นไหว และรูปแบบความถี่ช่วยให้เราสร้างภาพความหนาแน่นกับความเร็วเสียงที่ระดับความลึกต่างๆ ได้