Огънят не може да съществува без кислород. И все пак всеки ден виждаме над главите си огромно светещо кълбо, което излъчва колосални количества енергия насред почти безвъздушното космическо пространство. На пръв поглед това изглежда като противоречие. В действителност обяснението е сравнително просто: Слънцето изобщо не гори по начина, по който горят дървата в камината или пламъкът на свещта. Зад неговата светлина и топлина стои съвсем различен физичен процес.

Има ли кислород в Космоса?

Вселената е пълна със загадки, чието разгадаване затруднява дори най-добрите учени. Но понякога най-интересните въпроси са и най-обикновените. Един такъв, който периодично предизвиква оживени дискусии в интернет, е: „Щом в Космоса няма кислород, защо Слънцето не угасва?“

Като начало трябва да уточним нещо важно. Кислород в Космоса всъщност има, включително под формата на молекули (O2). Просто количествата му са изключително малки.

Учените са открили молекулен кислород на няколко места във Вселената, сред които мъглявината Орион, молекулярният облак Ро Змиеносец и галактиката Маркарян 231. Дори в мъглявината Орион обаче той се среща в много ниски концентрации.

И със сигурност не е причината Слънцето да свети. Защото нашата звезда изобщо не гори в обичайния смисъл на думата.

Земята е единственото място в Слънчевата система, където със сигурност знаем, че съществува огън, породен от обикновено химично горене. Нещо повече, тя е и единственото място във Вселената, където този процес е потвърден чрез непосредствени наблюдения.

Това може да прозвучи изненадващо, но се отнася и за звездите. Колкото и да наподобява огромен пламък, Слънцето не представлява огън, какъвто познаваме на Земята.

Защо огънят се нуждае от кислород?

За да възникне и да се поддържа обикновен пламък, е необходим кислород, който участва в химичните реакции на горенето. Без него този процес не може да протича по познатия ни начин.

Експериментите показват, че при много обичайни условия за поддържането на горенето е необходима атмосфера, съдържаща приблизително 16% кислород. Разбира се, точната концентрация зависи от горивото и условията, при които протича реакцията.

Любопитното е, че кислородът е третият най-разпространен химичен елемент във Вселената след водорода и хелия. Това обаче не означава, че навсякъде можем да открием свободен молекулен кислород, необходим за обикновеното горене.

На Земята той е в изобилие и съставлява приблизително 21% от атмосферата.

Съставът на Слънцето е съвсем различен. Около 91% от атомите в него са водородни, а приблизително 8,9% са хелиеви. Ако разгледаме състава му по маса, водородът представлява около 70,6%, а хелият – 27,4%.

Така за всички останали химични елементи, включително кислорода, остава сравнително малък дял. А условия за поддържане на обикновен огън изобщо няма.

Но Слънцето не се нуждае от тях. Енергията му идва от термоядрения синтез – процес, който няма нищо общо с химичното горене.

Какво всъщност се случва в недрата на Слънцето?

За да разберем защо Слънцето свети, трябва да надникнем мислено в неговото ядро. Именно там, под въздействието на огромното гравитационно притегляне, се създават условия за протичането на термоядрени реакции.

Гравитацията притиска веществото в централните области на звездата, а налягането и температурата достигат колосални стойности.

Както обяснява НАСА:

„Огромната маса на Слънцето се задържа от гравитационното притегляне, което създава изключително високи налягане и температура в неговото ядро. Там температурата достига около 27 милиона градуса по Фаренхайт (15 милиона градуса по Целзий) – достатъчно висока, за да поддържа термоядрен синтез.“

„При този процес атомни ядра се сливат и образуват по-тежки ядра, като се освобождават огромни количества енергия. По-конкретно, във вътрешността на Слънцето водородните ядра се сливат и образуват хелий.“

Тъкмо тези реакции са източникът на енергията, благодарение на която Слънцето свети и затопля Земята.

Разликата с обикновения огън е съществена. При горенето енергията се освобождава в резултат на химични реакции между атоми и молекули. При термоядрения синтез обаче се променят самите атомни ядра.

За този процес не е необходим кислород. Нужни са изключително високи температури и налягане, каквито съществуват в сърцевината на звездата.

Така Слънцето произвежда енергия вече около 4,6 милиарда години и ще продължи да го прави още милиарди години.

Гравитацията, която създава условията за термоядрен синтез, определя и движението на небесните тела около звездата. Интересното е, че Слънчевата система не се върти съвсем точно около центъра на Слънцето, както обикновено си представяме.

Как слънчевата топлина достига до Земята през вакуума?

След като Слънцето не гори като обикновен огън, възниква още един любопитен въпрос. Космосът е почти пълен вакуум, в който практически няма вещество, способно да пренася топлина по познатия ни начин. Тогава как усещаме слънчевите лъчи?

За да си отговорим, трябва да разграничим различните начини, по които топлинната енергия може да се предава.

На Земята това често става чрез топлопроводност и конвекция. Например металната лъжица се нагрява, когато я оставим в гореща напитка, а топлият въздух се издига нагоре, защото е с по-ниска плътност от студения.

И двата процеса изискват наличието на вещество. В почти празното космическо пространство обаче частиците са твърде малко, за да осигурят подобен пренос на топлина на огромни разстояния.

Но има и трети начин за пренос на енергия: електромагнитното излъчване. За разлика от топлопроводността и конвекцията, то може да се разпространява и във вакуум.

Слънцето непрекъснато изпраща в Космоса електромагнитно излъчване с различни дължини на вълните. Част от него е видимата светлина, но то включва също инфрачервено, ултравиолетово и други видове излъчване.

Когато слънчевите лъчи достигнат Земята, част от енергията им се поглъща от земната повърхност, атмосферата и различните вещества. В резултат температурата им се повишава.

С други думи, Слънцето не изпраща към нас горещ въздух или пламъци. То излъчва енергия, която преминава през космическия вакуум и загрява веществото, с което взаимодейства.

Ето защо усещаме топлината му, въпреки че между Земята и Слънцето няма въздух, който да я пренася.

Влиянието на нашата звезда обаче далеч не се изчерпва със светлината и топлината. Слънчевата активност променя и условията в околното космическо пространство. Това показва например изследване на слънчевия цикъл и движението на заредените частици.

Начинът, по който виждаме Слънцето и другите небесни тела, също зависи от мястото, от което ги наблюдаваме. Любопитна представа за това дава изображение на Слънцето, Земята и Луната, заснето от Марс.

Енергията, която планетите получават от Слънцето, е само част от сложния им енергиен баланс. Някои от тях отделят и значителни количества вътрешна топлина. Именно затова учените проявяват интерес към огромния енергиен дисбаланс, установен на Сатурн.

Така че следващия път, когато някой попита как Слънцето може да гори без кислород, отговорът е прост: то изобщо не гори като огън. Светлината и топлината му се дължат на термоядрени реакции, при които водородът се превръща в хелий и се освобождава огромно количество енергия.

А тя достига до нас под формата на електромагнитно излъчване, за което космическият вакуум не е пречка.