Jak Slunce mění svou hmotnost?

U hvězd jako Slunce je významný především slučovací proces zvaný proton-protonový řetězec, kdy se jádra vodíku, což jsou jen samotné protony, spojují dohromady a vytváří jádra hélia. Atomová jádra se obecně skládají z nukleonů, částic v jádře, kterými jsou protonyneutrony. Konkrétně jádro hélia je složeno ze dvou protonů a dvou neutronů, tedy čtyř nukleonů. Princip tohoto zdroje energie spočívá v tom, jakkoliv je to těžko uvěřitelné, že součet hmotností osamocených čtyř nukleonů, ze kterých se jádro hélia složí, je větší, než hmotnost jádra na konci. Tento jev, kterému říkáme hmotnostní úbytek, je popsán známým Einsteinovým vztahem mezi hmotností a energií E = mc2, kde vazebná energie mezi jednotlivými nukleony je svázána s jejich hmotností. Hmotnostní úbytek při této reakci je zdánlivě „jen“ 0,7 %, ale i to stačí na to, aby naše Slunce mohlo po miliardy let vyzařovat ohromné množství energie.

Jde principiálně o obdobnou reakci jako rozpad uranu v jaderných elektrárnách s tím rozdílem, že u těžkých prvků jako uran se naopak uvolňuje energie při štěpení, nikoliv při slučování jader. Nicméně slučování vodíku na hélium je ještě citelně vydatnější, a proto je snaha jej uskutečnit i tady na Zemi jako nový zdroj energie.

energie_na_nukleon
Graf vazebné energie připadající na jeden nukleon pro různé prvky. Zde je vidět, že energii lze získávat rozpadem prvků těžších než železo, zatímco u prvků lehčích lze energii získávat slučováním. Zdaleka největší přechod je právě mezi vodíkem a héliem.
Zdroj: http://imhfyzikafbi.wz.cz/prednasky/fyzatomjad.htm

Otázkou tedy je, jestli Slunce během svého života nějakým zásadním způsobem přichází o svou hmotnost. A odpověď už tu vlastně padla. Protože Slunce je složeno převážně z vodíku, tak i kdyby jej všechen „spálilo“, jeho hmotnost by proti původnímu stavu klesla jen o necelé jedno procento. Hvězda ovšem není schopna využít všechen svůj vodík. Odhaduje se, že hvězda jako Slunce během života na hlavní posloupnosti spotřebuje asi jen 10 % svých zásob vodíku, čili za většinu doby své existence přijde řádově jen o desetinu procenta své hmotnosti.

Z měření zářivého výkonu Slunce lze i poměrně snadno zjistit, jak rychle jeho hmotnost ubývá. A je to těžko představitelných 4,5 milionu tun každou sekundu. Člověku může připadat, že tímto tempem musí Slunce během pár let celé zmizet, nicméně to je jen ukázka toho, jak naše mysl neumí intuitivně pracovat s tak velkými čísly, se kterými se v každodenním životě nesetkáváme. Například za dobu sto let Slunce přijde o 1,3×1019 kilogramů, což je ohromné číslo. Když si ale uvědomíme, že hmotnost Slunce je 2×1030 kilogramů, tak zjistíme, že je to ve skutečnosti jen 0,000 000 000 65 % jeho hmotnosti.

Člověk si tedy snadno domyslí, že takové úbytky nemohou oběžné dráhy planet nějak zásadně ovlivnit. Umíme ale spočítat, že konkrétně u Země je to změna vzdálenosti od Slunce asi o centimetr za rok a prodloužení oběžné doby o několik mikrosekund.

Zdroje