Điều gì xảy ra bên trong Mặt Trời

Nếu Mặt Trời là một đống lửa, nó đã cháy hết từ lâu: quá trình đốt cháy hóa học giải phóng quá ít năng lượng trên mỗi gam, nên lượng nhiên liệu lớn cỡ Mặt Trời sẽ cháy hết chỉ trong hàng nghìn năm. Nhưng Mặt Trời đã khoảng 4,6 tỷ năm tuổi và đã đi được khoảng một nửa vòng đời.

Ở đó diễn ra một quá trình khác. Sức nặng của các lớp bên ngoài nén phần trung tâm đến mức vật chất ở đó đặc hơn nước khoảng 150 lần, còn nhiệt độ vào khoảng 15 triệu độ. Qua vài bước, các hạt nhân hydro kết hợp thành một hạt nhân heli, nhẹ hơn một chút so với tổng khối lượng ban đầu. Phần chênh lệch biến thành ánh sáng: khoảng bốn triệu tấn vật chất biến mất mỗi giây.

Quá trình này diễn ra chậm. Các proton mang cùng điện tích nên đẩy nhau, và ngay cả nhiệt độ 15 triệu độ cũng không đủ để khiến chúng va chạm trực tiếp: phản ứng hợp hạch diễn ra nhờ hiệu ứng đường hầm lượng tử, tức là nhờ một xác suất rất nhỏ. Trung bình, một proton phải chờ hàng tỷ năm mới tham gia phản ứng. Vì thế Mặt Trời không bùng cháy cùng lúc mà tỏa sáng đều đặn.

Mỗi mét khối lõi Mặt Trời giải phóng trung bình khoảng 276 watt, tương đương về độ lớn với một đống phân ủ. Mặt Trời chói lòa không phải vì công suất tại một điểm quá lớn, mà vì kích thước của nó: bên trong có quá nhiều mét khối như vậy, hợp lại thành một ngôi sao.

Tiếp theo, năng lượng phải thoát ra ngoài. Lõi chiếm khoảng một phần tư bán kính, phía trên là vùng bức xạ kéo dài đến 70% bán kính, còn một phần ba bên ngoài là vùng đối lưu. Trên đường đi, nhiệt độ giảm gần 3000 lần.

Các lớp được sắp xếp như vậy không phải ngẫu nhiên. Khi vật chất còn trong suốt, bức xạ sẽ mang nhiệt đi. Gần bề mặt hơn, khí nguội đi và trở nên đục, khiến bức xạ không thể xuyên qua, khi đó chính khí chuyển động: khí nóng nổi lên, khí đã nguội chìm xuống. Nhìn từ bên ngoài, điều này tạo thành dạng hạt: mỗi hạt rộng khoảng 1000 km và tồn tại khoảng 10 phút.

Một photon gamma từ lõi gần như lập tức bị hấp thụ rồi phát xạ lại, hàng tỷ lần, mỗi lần theo một hướng ngẫu nhiên. Các ước tính về thời gian năng lượng đi đến bề mặt khác nhau: từ hàng nghìn đến hàng trăm nghìn năm. Quãng đường 150 triệu km còn lại đến Trái Đất được ánh sáng đi qua trong 8 phút 20 giây.

Chưa ai nhìn vào bên trong, nhưng có 2 cách gián tiếp. Neutrino được sinh ra trong chính những phản ứng đó và hầu như không tương tác với bất cứ thứ gì: chúng rời khỏi lõi trong vài giây rồi bay đến các máy dò trên Trái Đất, như một bản báo cáo trực tiếp từ trung tâm. Mặt Trời cũng phát ra âm thanh: bề mặt của nó dao động, và từ tập hợp các tần số, người ta suy ra mật độ cùng tốc độ âm thanh ở độ sâu.