Come può il sole continuare a bruciare?

Ci sono 3 fattori qui:

1. Non brucia come un fuoco o un motore a combustione o un accendino. Non c'è ossigeno al sole (ok c'è una quantità molto piccola, ma non abbastanza per bruciare così).
2. Fa caldo a causa della fusione nucleare, che richiede temperature e pressioni incredibilmente alte. La fusione avviene solo nel nucleo del sole, che è il raggio interno di 1/4. Ciò significa che solo 1 / 30, o meno del 2% del volume della stella è effettivamente partecipando alla fusione. E anche allora, del 2% che può, non significa che lo sia sempre. La fusione è lenta.
3. è follemente grande. Il sole occupa 39 il 9% della massa del sistema solare. Il resto – tutti i pianeti, lune, asteroidi, ecc. – sono il restante 0,1% è grande e ha MOLTO carburante.

Presumo che la tua domanda sul perché non “esploda” sia radicata in un'immagine in cui il Sole si espande , espellendo gas caldo come una bomba che esplode sulla Terra. Il motivo per cui questo non accade è a causa della gravità. L'attrazione gravitazionale di tutte le cose (principalmente idrogeno) nel Sole lo tiene insieme. È anche l'interazione che guida la “combustione” del carburante.

Non sta realmente bruciando nel senso in cui pensiamo tipicamente alla parola – combinando chimicamente elementi con l'ossigeno producendo una fiamma. La cosa principale che accade è che i nuclei di idrogeno (protoni) vengono convertiti in nuclei di elio (due protoni + due neutroni). Questa è la fusione nucleare. Le reazioni nucleari sono tremendamente potenti rispetto alle reazioni chimiche. Una comoda unità per misurare queste reazioni è l'elettronvolt (eV). La dimensione effettiva di 1 eV è irrilevante per questo. Ciò che conta è un confronto. Le reazioni chimiche sono di pochi eV per molecola modificata. Le reazioni nucleari sono poche 100, 000 eV per nucleo modificato.

Ci sono anche molte cose nel Sole – circa 10 ^ (30) kg. Questo è un 1 seguito da trenta 0. Gli esseri umani sono circa ^ (1) o 10 ^ (2) kg. La Terra è circa ^ (24) kg. La massa del Sole è circa un milione di volte quella della Terra e la Terra è circa un milione di miliardi di miliardi di volte quella di un essere umano.

Prendendo questi due insieme (un'enorme quantità di energia per reazione nucleare e un'enorme quantità di cose per reagire) significa che ci vuole molto tempo per attraversare tutto – più o meno 10 miliardi di anni, che siamo circa a metà strada.

Questo aiuta a rispondere alle tue domande?

Il processo energetico del sole è la fusione, il carburante è l'idrogeno.

La fusione è ancora incredibilmente rara. Un nucleo non deve semplicemente urtare contro un altro ed essere allontanato dalla repulsione delle loro cariche protoniche positive, ma deve colpire un altro nucleo con la giusta energia per fondersi e rilasciare energia. Questo accade solo nel nucleo dove la temperatura e la densità sono molto alte.

La fusione di una stella non avviene tutta in una volta perché questo processo è in qualche modo autoregolante. Mentre si riscalda, la stella si espande. I suoi atomi di idrogeno sono meno densi, quindi è meno probabile che i nuclei si fondano e la velocità di fusione diminuisce. Con una velocità di fusione inferiore, la temperatura diminuisce, il che aumenterebbe la densità e aumenterebbe la velocità di fusione. Così un equilibrio viene raggiunto per molto tempo.

Ma l'equilibrio non è per sempre. L'idrogeno si fonde in elio più pesante e, a seconda dei parametri della stella, può fondersi anche in una vasta gamma di elementi più pesanti. Man mano che una stella invecchia, verrà caricata con elementi più pesanti che aumenteranno la gravità della stella e diventeranno più densi. Alla fine la sua densità può raggiungere un punto critico in cui un'esplosione di fusione PU avvenire all'improvviso attraverso una grande quantità di carburante, tutto in una volta, e supererà la capacità di espansione del gas di rallentarlo. Questo farà esplodere la stella in una supernova.

C'è un costante tiro alla fune tra la gravità del sole che cerca di collassare e la pressione dei gas caldi che cercano di espandersi. Una stella è stabile finché nessuno vince.

In una stella più chiara, come il nostro sole, questo continua più a lungo, perché c'è minore forza gravitazionale al centro – quindi, velocità di fusione più lenta (e solo fino alla fusione dell'elio) – la pressione gassosa alla fine vince, creando una gigante rossa -> nana bianca. E in una stella più pesante, la gravità vince – la stella diventa una supernova – una stella di neutroni o un buco nero viene lasciato indietro.

La risposta a entrambe le domande sta nelle forze massicciamente potenti, ma controbilanciate, al lavoro sotto il sole.

Una forza è la gravità. La gravità vuole tirare giù tutta la roba del sole e schiacciarla nello spazio più piccolo possibile.

Un'altra forza è la pressione. Man mano che la materia solare si comprime sempre di più, aumenta la pressione all'interno del sole, in particolare il nucleo. Questa pressione spinge indietro contro la gravità. (Anche questo implica che la temperatura diventi molto calda.)

Ma anche con tutto ciò, il sole si schiaccerebbe in una dimensione più piccola di è proprio adesso, tranne che per una terza forza. Questa è chiamata “forza nucleare forte” (ci sono due forze nucleari, puoi indovinare come si chiama l'altra), e interviene quando la pressione e la temperatura corrispondente sono alte.

La forza nucleare forte fa sì che i singoli atomi della materia stellare originale (idrogeno, H sulla tavola periodica) si combinino nella materia stellare di prossima generazione (elio, He sulla tavola periodica ) ed emette anche un'enorme quantità di energia. Questa energia è sufficiente per aumentare ancora di più la temperatura e respingere la gravità. (Alla fine si fa strada anche sulla superficie del sole ed esplode come il sole sul tuo viso.)

Ma, se tu pensaci, significa che non appena questa fusione atomica inizia, interrompe il processo di collasso gravitazionale, come travi che reggono un tetto. Nessun ulteriore collasso gravitazionale significa nessun ulteriore aumento di pressione, temperatura o fusione atomica. Se mai c'è un piccolo collasso in più, questo accelera un po 'la fusione che spinge indietro quel tanto che basta.

Quindi l'intero sole è bilanciato in un equilibrio quasi perfetto tra gravità, pressione e fusione nucleare appena sufficiente. Almeno, finché dura l'idrogeno …