13.1 – Kilden til Solens energi

 ​​ ​​​​ Omdannelsen af fire hydrogenkerner (protoner), til en enkelt heliumkerne, resulterer i et tab af masse. Massen af en enkelt proton er​​ 1,6726×10-27​​ kg. Så fire protoner tilføjer en masse på​​ 6,690×10-27​​ kg.​​ Men massen af en heliumkerne er​​ 6,6477×10-27​​ kg. Når vi trækker massen af heliumkernen ud af massen for de fire protoner får vi:

 


 

 ​​ ​​​​ Vi kan se at dette bliver​​ 4,57×10-29​​ kg – et tab på cirka 0,7 procent. Omdannelsen af 0,7 procent af hydrogens masse til energi, virker måske ikke særligt effektivt – indtil vi sammenligner det med andre energikilder og opdager, at det er millioner af gange mere effektivt, end selv de mest effektive kemiske reaktioner.

 ​​ ​​​​ Ved at bruge Einsteins ligning​​ E=mc2​​ sammen med definitionen af en joule, J (1 J=1 kg×m2s2), kan vi beregne den energi, der frigives af denne masse-til-energi omdannelse:

 

 

 ​​ ​​​​ Hver reaktion, der bruger fire hydrogenkerner og laver dem til en heliumkerne, frigiver altså​​ 4,11×10-12​​ J energi. Men der er mange atomer i et gram, så fusion af et enkelt gram hydrogen til helium, frigiver cirka​​ 6×1011​​ J energi – cirka det tilsvarende af den kemiske energi der frigives, ved forbrænding af 100 tønder olie. For at Solen skal kunne producere så meget energi som den gør, skal den omdanne cirka 600 milliarder kilogram hydrogen til helium, hvert sekund (og cirka 4 milliarder kilogram stof omdannes til energi i processen). Sollyset, der falder på Jorden, er nok ansvarlig for at drive næsten alt hvad der ske på planeten, men den udgør kun omkring en hundrede milliardtedel af den energi, som Solen udstråler.

​​ 

 

 ​​ ​​​​ Solen har forbrændt hydrogen ved denne hastighed, i mindst alderen af Jorden og Solsystemer, eller omkring 4,6 milliarder år. Hvor meget af dens tilgængelige brændstof, er så allerede opbrugt, og hvor meget længere vil​​ Solen kunne fortsætte? Astronomer vurderer, at kun omkring 10 procent af Solens samlede masse, vil være involveret i fusion, fordi de resterende 90 procent, aldrig bliver varme eller tætte nok til, at den stærke kernekraft, kan få fusion til at foregå.

 ​​ ​​​​ Ti procent af Solens masse er​​ 0,1×2×1030 kg​​ eller​​ 2×1029​​ kg. Det er mængden af brændstof, som Solen har til rådighed. Solen bruger hydrogen med en hastighed på 600 milliarder kilogram per sekund, så hvert år, bruger Solen:

 

 

 

 ​​ ​​​​ Hvis vi her antager, at​​ forbrændingshastigheden har være konstant i hele Solens livstid på 4,6 milliarder år, har den i alt forbrugt:​​ 

 

 

 ​​ ​​​​ Dette er omkring 44 procent af Solens oprindelige forsyning af tingængelig hydrogen, hvilket bekræfter, at Solen nu er midt i dens liv. Et​​ yndlingstema for science fiction, er den skæbne der venter Jorden, når Solen har opbrugt alt sit hydrogen, men det er ikke noget du behøver at bekymre dig om sker lige om lidt. Solen er kun omkring halvvejs gennem dens forventede levetid på 10 milliarder år, som hovedseriestjerne.