Hogy van ez? A Nap folyamatosan süt 10 milliárd éven át, hatalmas hőt generál, tucat milliárd éveken át. De miből? Honnan van ennyi fűtőanyag, és milyen ütemben égeti ezt? És hova kerül ami elégett?

"De miből?"

Hidrogénből.

"Honnan van ennyi fűtőanyag..."

A hidrogén az Univerzum leggyakoribb anyaga. Akad.

"milyen ütemben égeti ezt"

Semmilyen ütemben. A Napban hidrogén nem ég. Magának az égitestnek olyan nagy a gravitációja, hogy az összepasszírozódó hidrogénben magreakciók indulnak be, amik ráadásul láncreakciót indítanak be. Amikor ez megtörténik, akkor hidrogén atommagokból hélium atommagok állnak össze. Közben jelentős mennyiségű energia szabadul fel. A mi Napunknál vannak sokkal nagyobbak, de a miénk is sokkal nagyobb, mint a Naprendszer bolygói együttvéve.

A fúzió során nem csak hélium keletkezik, hanem nehezebb atommagok is (én nem tudom, pontosan hogyan). Tudomásom szerint súlyuknál fogva az égitest magja felé süllyednek. Állítólag minden nehezebb anyag korábban felrobbant csillagok magjából származik.

A kérdésed messzire vezet.

Rengeteg anyag található erről az interneten. "Zenés-táncos" és komolyabb formában is.

http://www.youtube.com/watch?v=_pvUsG3hgt0

A témával mélyebben a napfizikának nevezett tudományág foglalkozik.

Milyen ütemben "égeti"? Ezt az adatot találtam:

"A Nap minden másodpercben 655 millió tonna hidrogént fogyaszt el, és kb. 650 millió tonna héliummá alakítja.

Amikor a csillagunk keletkezett, tömegének még több mint 70%-a hidrogén volt. Azóta ez a tartalék másodpercenként 5 millió tonnával csökken."

Úgy látom nem érted a Nap méretét. Képzeld el, milyen iszonyatosan hatalmas a Föld. Egy bolygó, aminek a felszínén 200 ország, 7.000.000.000 ember él úgy, hogy a felszín többsége számunkra élhetetlen óceán. A Föld hatalmas. De ehhez képest a Nap összehasonlíthatatlanul nagyobb. Azért tud ilyen hihetetlen sokáig "égni", mert nagyon-nagyon-nagyon nagy.

[link]

[link]

[link]

És nemcsak nagy, hanem lényegesen sűrűbb is. A Földön ismert legsűrűbb anyag az ozmium, amelynek egyetlen litere több mint 22 kilót nyom. Vagyis ha egy 10 literes vödröt megtöltesz ozmiummal, akkor az 226 kg-ot nyomna.

Ehhez képest a Napunk kb. 90%-ban hidrogénből áll. A Hidrogén viszont az univerzum "leghígabb" anyaga, normál nyomáson és hőmérsékleten egy liternyi belőle csak mindössze 0,09 g tömegű. A Napunkban viszont akkora anyagmennyiség sűrűsödött össze belőle, hogy átlagosan egyetlen liternyi belőle 1,4 kg-ot nyomna itt a Föld felszínén. A Nap magjában viszont olyan nyomás uralkodik, hogy az ott található hidrogén egyetlen literje itt a Földön akár 20ezer kg-ot is nyomhat! Ha ezzel az "elfajult"-nak nevezett anyagformával megtöltenél egy 10 literes vödröt, annak 200 tonna körül lenne a súlya (csak hozzávetőlegesen, egy átlagos, 100 m2-es, egyszintes családi háznak kb. 50-80 tonna súlya van). (Csak emlékeztetésképp, az univerzumban fellelhető legsűrűbb anyag az ozmium, amely sűrűsége 22,6 kg literenként.) Ez már elegendően közel nyomja egymáshoz a hidrogénatomokat, hogy azok magfúziós reakcióba lépjenek egymással (és ott az ehhez szükséges, kb. 15 millió fokos hőmérséklet is adott).

A magfúzió folyamatában a tömeg közvetlenül energiává alakul. Vannak bizonyos szabályszerűségek, úgynevezett ciklusok, amelyeket a magfúzió követ. Ez függ a kiinduló anyagoktól, a nyomás és hőmérséklet mértékétől, de laikusként és jó közelítéssel elég annyi, hogy négy hidrogénatom egyesüléséből jön létre egy héliumatom ebben a folyamatban (nem egészen így van, de szemléltetésnek nem rossz a dolog). Ez rengeteg energiát termel: egyetlen grammnyi hidrogén héliummá történő fúzionálása során annyi energia szabadul fel, amivel egy átlagos családi házat egész télen ki lehetne fűteni, és még bőven maradna a kertben lévő üvegházban ültetett veteményes számára is, hogy teremjen egész télen. Egyetlen grammnyi hidrogénről beszélünk, teljes télen át, a Napban viszont minden egyes másodpercben 650 millió tonnányi hidrogén fúzionál héliummá!

Na innen van az a rengeteg energia, amit a központi csillagunk szanaszét szór a környezetébe, az univerzumba.

Függőben van még az a kérdés, hogy a Nap miért ilyen lassan és stabilan ég?

Miért nem robban fel?

Ráadásul vannak sokkal nagyobbak is, amelyek esetleg csak pár 100000 év alatt fogyasztják el a teljes H készletet - és még ezek is stabilak!

Nos: a hatalmas nyomás és hőmérséklet ellenére, a hidrogénből nem közvetlenül lesz hélium. Ahhoz nem elég ez a hőmérséklet és nyomás. Eleve deutérium vagy trícium is kellene a reakcióhoz.

Nos: ezekből a reakciókból az egyik nagyon lassú. Ezért nem robban fel a csillag, itt van a korlát.

Ja: hogy hova kerülnek az égéstermékek?

A Nap belsejébe. Jelenleg a Nap fele egy hélium gömb (középen), és körülötte van még egy hidrogén burok.

Az egész közepén pedig az összes többi nehezebb anyag, ami valaha is beleesett a Napba.

"Nos: ezekből a reakciókból az egyik nagyon lassú. Ezért nem robban fel a csillag, itt van a korlát."

Na jó, de mitől lassú? :) Nem a reakció lefolyásának hossza miatt. Ezek a reakciók nagyjából azonos időtartományban folynak le, ettől még nem lenne lassú a dolog.

A titok nyitja a nyomás és a hő mennyiségében ÉS arányában (helyesebben ezek változásában) rejlik. Kell egy bizonyos hő és nyomás ahhoz, hogy ezek a reakciók beinduljanak. Azonban egy ilyen reakció lejátszódása ugyancsak hőt termel, amely nagyobb nyomást hoz létre a fúziós területen. Ettől még meg kéne hogy szaladjon a reakció, nemhogy önszabélyozóvá váljon!

Azonban ott van a gravitáció, amely egyben tartja az egész csillagot. Ezen gravitációs nyomásnak ellendolgozik a reakciók során felszabaduló hőmennyiség. Ahogy nőne a hőmérséklet, úgy akarná egyre nagyobb erővel szétvetni a csillagot - ahogyan az a földi hidrogénbombák esetében is történik. Ez így is történik a csillagokban is, ám ilyenkor a hidrogénatomok el is rúgják magukat egymástól, kvázi a csillag mérete megnő egy picit (ez persze mérhetetlen növekedés), így felhígul a csillag nanyaga, ezáltal viszont hűl az átlagos hőmérséklete. Ennek eredményeképp viszont nő a kifelé ható "hőnyomás", vagyis ismét összébb esik egy picit a csillag, megsűrűsödik, amely újabb reakció beindulását implikálja. Annak lejátszódásakor viszont ismét meghígul picit a csillag anyaga, és ez a folyamatos hígulás-sűrűsödés az, amely egyensúlyban tartja az egész folyamatot évmilliárdokon keresztül.

A Napunknál jóval nagyobb csillagok esetében jóval nagyobb a gravitációs hatás is, jóval összébb tömörülnek a hidrogénatomok, nagyobb lesz a másodpercenkét lezajló reakciók száma is, ezáltal nagyobb hőmérsékletet is ér el a mag, így lényegesen gyorsabban is emészti fel hidrogéntartalékát az ilyen csillag. Ráadásul a nagyobb anyagsűrűség és hőmérséklet hatására egy hypergiant csillag esetében egyszerre folyhat a hidrogénfúzió a héliumfúzióval, a szénfúzióval és az oxigénfúzióval, rétegenként, mint egy hagyma. Ez viszont így nagyságrendekkel hamarabb emészti fel a csillag teljes anyagkészletét, amely akár pár millió év alatt képes így eltüzelni a nagyságrendekkel nagyobb anyagtartalékát, mint a Napunkhoz hasonló méretű csillagok.