„Už to, že Slunce je hvězda, která je v prostoru sama, je samo o sobě zvláštní. Hvězdy váhové kategorie našeho Slunce běžně žijí ve dvojicích, ale naše Slunce je samotné – jen s planetami. Buďme rádi, že to tak je,“ zahájil svoji přednášku profesor Mikulášek. Slunce je nejlépe sledovanou hvězdou v naší Galaxii, přesto představy o tom, jak vypadá, byly a často dodnes jsou zkreslené. Lidé přemýšleli, k čemu Slunce, ale třeba i Měsíc, vlastně slouží. Ještě v 19. století si všichni lidé včetně astronomů mysleli, že hvězdy a planety jsou obydlené. Teprve počátkem 20. století začalo být jasné, že Slunce a hvězdy jsou koule žhavých plynů (plazmatu), které drží pohromadě gravitací, a k životu se tak vůbec nehodí
„Projdeme se někdy po povrchu Slunce?“ položil si hypotetickou otázku profesor Mikulášek. Průměrná teplota ve Slunci je 7 milionů kelvinů, na slunečních skvrnách, které jsou nejchladnějším místem na Slunci, je to „jen“ 4 tisíce kelvinů. Průměrná teplota na povrchu Slunce je 5500°C, což je teplota, kterou by žádný pozemský materiál v pevném skupenství nevydržel. Takže kosmonauti by se i s kosmickou lodí vypařili, než by vůbec mohli přistát. To ale není jediný problém. Na Slunci je 28krát větší gravitace než na povrchu Země – to nevydrží ani ten nejtrénovanější kosmonaut. „Stejně se ale nemůžete projít po povrchu Slunce, prostě proto, že Slunce žádný povrch nemá – je to plynné těleso, které bez ohraničení volně přechází do kosmického prostoru. To co se obvykle za sluneční povrch považuje, je jeho 200 kilometrů silná fotosféra, odkud vychází sluneční záření. Hustota tam je přibližně stejná jako v atmosféře Země ve výšce 60 kilometrů. Magnetické pole, které si se sluneční fotosférou hraje, má tak snadnou práci,“ popisuje procesy na Slunci profesor Mikulášek.
Co by se stalo, kdybyste vysadili někoho, třeba nějakého žáruvzdorného kosmonauta na kraji fotosféry, ptal se sám sebe profesor Mikulášek. „Podobně jako v zemské atmosféře by prostě padal, ať by roztahoval ruce jakkoli, a to až do hloubky, kde je hustota sluneční hmoty přibližně stejná jako hustota vody. Tam by začal plavat. Prostě by se jen vznášel v plazmatu, nemohl by ani nahoru, ani dolů,“ popisoval s humorem hypotetickou situaci kosmonauta na Slunci.
Vlastní gravitací by se Slunce mělo zhroutit během 27 minut. Proč se ale nezhroutí? Co je to za sílu, která tomu zabrání? Aby působení sil na Slunci posluchači pochopili, použil profesor Mikulášek k vysvětlení myšlenkový pokus. Posluchači si tedy představili průhlednou trubici s kovovým pístem v rovnovážném stavu uprostřed, ve které se po vychýlení do svislé polohy změní poloha pístu i tlak, hustota a teplota vzduchu nad a pod ním. Píst ale nikdy nespadne dolu, právě proto, že na něj působí vztlaková síla plynu pod ním. Podobně to funguje s plynem na Slunci.
Mnozí si myslí, že Slunce svítí proto, že v něm probíhá termonukleární reakce. Je tomu ale opravu tak? „Jakmile máte těleso, které má nenulovou teplotu, tak září. I vy záříte. Množství takto vyzářené energie je úměrné čtvrté mocnině teploty tělesa,“ vysvětluje profesor Mikulášek. Při smršťování platí, že polovina energie jde do prostoru a polovinu si hvězda ponechává. Tak se hvězda při ochlazování povrchu vyzařováním vlastně stále ohřívá, a to až to chvíle, kdy dosáhne teploty, při níž se vznítí termonukleární reakce. Tok energie uvolněné termonukleárními reakcemi pak zastaví smršťování a zamezí tak dalšímu vzrůstu teploty. „Takže termonukleární reakce jsou tu proto, aby se hvězda příliš nezahřála, aby její teplota nestoupla nade všechny meze. To je přece paradox,“ říká udiveně Zdeněk Mikulášek. A co se stane, až se jednou zásoby jaderného paliva vyčerpají a termonukleární reakce vyhasnou? Opět se nastartuje proces smršťování, látka hvězdy se zahustí natolik, že se v ní rozdrtí i elektronové slupky atomových obalů a místo, elektrony se namačkají na sebe a z původně atomárního plazmatu povstane ‚elektronově jaderná siláž‘, odborně přezdívaná elektronově degenerovaný plyn. Tlak v tomto plynu nezávisí na teplotě, takže z něj mohou být složena tělesa, která by se svou vahou už nehroutila, ať by byla sebechladnější. Převážně z elektronově degenerovaného plynu jsou složeni bílí a hnědí trpaslíci, kmeti hvězdného vývoje. Hvězdy mohou svou životní pouť končit i jako neutronové hvězdy nebo černé díry. Procento hvězd, které končí takto, je jen nepatrné. „V naší Galaxii máme miliardy hvězd, ale jen asi jen několik set černých děr, které vznikly kolapsem hvězd,“ dodal profesor Mikulášek.
„Hvězdy jsou absolutně nejlepší osvětlovací tělesa. Slunce je přitom při svícení velice ekologické – jaderný odpad si nechá v sobě a to, co nespotřebovalo, vrátí do prostoru,“ srovnává Slunce pohledem člověka jako příjemce jeho záření Zdeněk Mikulášek.
„Má Slunce vyhlídku stát se železnou hvězdou?“ zeptal se jeden z posluchačů na přednášce Hvězdárny a planetária Plzeň. „Slunce má příliš malou hmotnost na to, aby mohlo ve svém nitru přeměňovat prvky na železo. Muselo by být nejméně osmkrát hmotnější. Skončí svůj život dříve, než se v jeho jádru vytvoří dostatečná teplota, nutná k takové syntéze,“ vysvětloval profesor Mikulášek. „Slunce je nyní v nejlepších letech, nyní je mu 4,55 miliardy let a potrvá ještě asi 7,8 milionu let, než ‚zemře‛ – tedy odejde z aktivního života tělesa, v němž běží termonukleární reakce,“ srovnal profesor Mikulášek etapy existence Slunce s lidským životem.
„Svět hvězd je hodně odlišný od toho, s čím jsme zvyklí pracovat, a jednotlivá stadia života Slunce jsou vlastně jeho kroky od jeho kolébky vystlané řiďounkou mezihvězdnou látkou, až do hvězdné rakve, při kterých počáteční hustota hvězdné látky naroste až o 25 řádů, změní se její složení a přijde o polovinu své látky. To je v kostce vývoj naší hvězdy i s mechanismy, které způsobují, že se hvězdy chovají tak, jak se chovají. Kdyby to ale hvězdy takto nedělaly, tak tu nejsme, protože by tu nebyl dostatek energie a nevyvinul by se ani Život na Zemi ani nikde jinde,“ uzavřel svoji přednášku ve Velkém klubu plzeňské radnice profesor Mikulášek.
Prof. RNDr. Zdeněk MIKULÁŠEK, CSc. (*1947) – od roku 1990 působil 10 let jako ředitel Hvězdárny a planetária v Brně. Poté přešel na Masarykovu univerzitu, kde pracuje jako vedoucí oddělení astrofyziky a zástupce ředitele Ústavu teoretické fyziky a astrofyziky a vychovává mladé astrofyziky. V roce 2008 získal od České astronomické společnosti za svůj celoživotní přínos oboru a popularizaci vědy cenu Litera astronomica. Systematicky se věnuje výzkumu hvězd a hvězdných soustav, tedy stelární astronomii, ale zabývá se také studiem astroklimatu a zemské atmosféry.
Související články:
Brněnský vědec Mikulášek získal významnou hvězdářskou cenu
Příští přednáška:
Další přednáška se ve Velkém klubu plzeňské radnice bude konat ve středu 2. dubna 2014. O tom, jak je těžké napodobit pozemské podmínky v uzavřených ekosystémech, bude přednášet Petr Tomek.
