Mi a gyorsabb napenergia-fogyás terve: napszél, vagy magfúzió?

Eruptív kiemelkedés fújta le a Napot 2013-ban. Ez a kék pont mellette? Ennyire nagy a Föld hozzá képest. Édes álmok.

szemben

Fotó: NASA/SDO

Tudom, hogy ez nyilvánvalónak tűnhet, de ... a Nap nagy.

Nagyon, nagyon nagy. Több mint százszor szélesebb, mint a Föld, és több mint egymillió Föld férne el benne. Ha meg tudná mérni őket kozmikus skálán, akkor azt találná, hogy a Nap több mint 300 000-szerese a Föld tömegének!

De ez az utolsó szám csökken. Lassan, idővel a Nap tömegét veszti. Ezt valójában kétféleképpen teszi: közvetlenül, a napszélén keresztül, és közvetve a tömeg energiává alakításával és fényesen ragyogva.

Ez nyilvánvaló kérdést vet fel: melyik a gyorsabb? Melyik módszer jobb, ha a Nap leadja ezeket a kilogrammokat?

A napszél diéta

A napszél éppen ilyen: a szubatomi részecskék hatalmas áramlata fúj el a Naptól. Különböző típusú részecskékből áll, beleértve az elektronokat, protonokat és még olyan dolgokat is, mint a héliummag. A Nap erőteljes és összetett mágneses tere által formált részecskék nagy sebességgel repülnek az űrbe, másodpercenként néhány száz kilométertől sok ezerig.

Fotó: David Cartier

A Nap épp annyi elektronot fúj le, mint proton, de a protonok sokkal masszívabbak, így figyelmen kívül hagyhatjuk az elektronokat (és a hélium is csak a teljes mennyiségnek körülbelül 4 százaléka, tehát figyelmen kívül hagyhatjuk is). Műholdak segítségével közvetlenül megmérhetjük, hogy hány proton repül el a Föld mellett a napszélben. Ha lenne egy kis hálója az űrben egy centiméterrel az oldalán, akkor másodpercenként körülbelül 300 millió protont fogna el a Föld a Naptól való távolságában.

De ez azt jelenti, hogy sokat hiányolna. A Nap minden irányba kiküldi őket (igaz, hogy igazságos legyek, inkább a Nap egyenlítője mentén, mint a pólusoknál, amit figyelmen kívül hagyunk), és a kis hálónk kisebb, mint egy postabélyeg. Az összes proton megfogásához héjat kell készítenie a Nap körül a Föld pályáján. Ennek a héjnak megdöbbentő 3 x 10 27 négyzetcentiméter területe lenne - ez 3 oktillió kis háló!

Ha egy háló másodpercenként 3 x 10 8 protont fog el, akkor a nagy héjunk 9 x 10 35-öt fog meg. Minden proton tömege 1,7 x 10 -24 gramm, tehát minden másodpercben ez azt jelenti, hogy a Nap körülbelül 1,5 billió grammot, vagyis 1,5 millió tonna anyagot fúj le!

Rendben, tehát ez az 1. étrend, amely 1,5 millió tonnát veszít a Napból másodpercenként. Tehát mi van a 2. diétával?

A magfúziós étrend

Borb rajza a Wikimedia Commons-on keresztül

A Nap energiát ad le, és ennek az energiának valahonnan kell származnia. Magjában a Nap a tömeget energiává alakítja. Ez az energia kijut a Napból, és fény formájában elrepül az űrbe.

Tudjuk, milyen fényes a Nap, vagyis mennyi fényt ad ki. És tudjuk - hála Einsteinnek -, hogy mekkora tömeg kell az energia létrehozásához. Lássuk hát ...

A fenti matematikával megegyezően, kivéve a Napból látott fény négyzetcentiméterre történő mérését a Földtől mérve, azt tapasztaljuk, hogy a Nap által kibocsátott teljes energia másodpercenként 4 x 10 33 erg (egy erg egy energia energia egysége).

De azt is tudjuk, hogy energia = tömeg x a fény sebessége négyzetre. Átrendezés a tömeg megoldására és a szokásos állandó használata c a fénysebességhez (3 x 10 10 cm/sec) megkapjuk

Tömeg = energia/c 2

Dugulás és ropogás: tömeg = 4 x 10 33/9 x 10 20 = 4,4 x 10 12 gramm/másodperc, vagy több mint 4 millió tonna/másodperc.

Szóval tessék. A Nap másodpercenként 4 millió tonna tömeget veszít a fúzió miatt. A fúzió csillagfogyasztási tervként nyer a napszélen, körülbelül két-háromszorosával.

Hogy őszinte legyek, meglepőnek tartom, hogy a számok ilyen közel vannak. Minden előzetes ismeret nélkül úgy tűnik, hogy bármelyik lehet a másik ezerszerese, vagy akár milliószorosa. Mégis nagyjából ugyanazok.

Elfutni!

Érdekes gondolat: A Föld a Nap körül kering, amelyet gravitációja megtart. De ahogy a Nap tömege lemegy, a Földet kissé kevésbé erősen tartják. Mi történik akkor?

Megkímélem a matematikától, de ez összefügg a szögletességgel és az állandósággal. A végén az történik, hogy a Föld pályasugara növekszik, amikor a Nap elveszíti a tömegét, és ezt lineárisan teszi a tömegveszteséggel. Más szóval, ha a Nap elveszíti tömegének 1 százalékát, akkor a Föld pályája mérete 1 százalékkal nő.

A Nap másodpercenként körülbelül 6 x 10 12 grammot veszít, tömege 2 x 10 33 gramm. Tehát az általa évente elveszített tömegének körülbelül 10 -13. A Föld pályája 150 millió kilométer, és ha ezt megszorozzuk 10 -13-mal, akkor körülbelül 1,5 centimétert kapunk. Ennyivel nagyobb a Föld pályája évente! Kevesebb, mint egy hüvelyk. 65 000 évbe telik, mire a Föld elmegy egy kilométerrel (néhány perc alatt olyan messzire gyalogolhatok). Ha feltételezzük, hogy a tömegveszteség állandó, akkor a Föld milliárd év alatt csak 70 000 km-re mozdult ki a Napból! Ez csak néhányszorosa a Föld saját átmérőjének. A Föld pályája még élete során sem változott sokat a Nap tömeges vesztesége miatt. Igazság szerint a Nap tömegvesztesége korábban is nagyobb lehetett, de a Föld akkor sem mozdult sokat ettől a folyamattól.

Fotó: Discovery Communications/Big Wave Productions

Egy életen át tartó tömegveszteség

De várj! Mennyi tömeget vesztett el a Nap élete során? Körülbelül 5 vagy 6 millió tonna anyagot veszít el másodpercenként, és ez soknak tűnik.

A Nap körülbelül 4,5 milliárd éves, egy év pedig körülbelül 31 millió másodperc. Mindezt megsokszorozva a Nap összesen mintegy 10 24 tonna anyagot veszített el. Ez több mint 100-szorosa a Föld tömegének!

De mint mondtam, a Nap nagy. Ez még mindig a töredéke a teljes tömegének: Élettartama alatt csak tömegének körülbelül 0,05 százalékát veszítette el. Ez egy elég rossz fogyási terv.

De ez azt jelenti, hogy a Nap jó még hosszú-hosszú időre. Vidáman összeolvaszthatja az anyagot, és ezzel a sebességgel billió évekre lefújhatja a napszelet.

De nem fog. Már jóval azelőtt megváltoznak a Nap magjában a körülmények. Elfogy a hidrogén, amelyet nukleáris üzemanyagként használhat fel, vörös óriássá duzzad, elfogyasztja a Merkúrot és a Vénuszt (visszanyerve némi tömeget), megsüti a Földet, majd egy sokkal intenzívebb napszél fúj. Olyan ütemben fogja leadni az anyagot, hogy teljes mértékben meghaladja a fogyókúra életét, tömegének felét elveszíti néhány millió év alatt.

Utána már csak egy fehér törpe marad; egy forró, sűrű, Föld méretű anyaggolyó, amely évmilliárdok alatt lassan lehűl és elhalványul.

Ha van egy életleckéje a mai életnek, a fogyókúráknak és a nagyon hosszú időintervallumban való gondolkodásnak, akkor szabadon megtalálhatja magának. Ami engem illet, azt hiszem, most kimegyek a motoromra, és élvezem a napsütést. Már csak néhány milliárd év van hátra.

Hosszú, hosszú ideje gondolkodtam ezen cikk megírásán, de mxyzplx tweetje újra elgondolkodtatott. Jegyzetet készítettem magamnak, és örülök, hogy ezt végre megírtam. A Nap időközben több mint 100 billió tonna tömeget vesztett. Jobban be kell ütemeznem magam.

Továbbá, ha szeret ilyen dolgokra gondolni, a Nap öregedéséről sokkal részletesebben közlöm a Halál az égből című könyvemben!

  • Újranyomtatás
  • Hirdessen: Webhely/Podcastok
  • Hozzászólás
  • Kapcsolat/Visszajelzés
  • Pitch iránymutatások
  • Javítások
  • Rólunk
  • Dolgozz velünk
  • Küldjön nekünk tippeket
  • Felhasználói Szerződés
  • Adatvédelmi irányelvek
  • AdChoices