Ann-Cecilie Larsen er i fistel når Apollon ber henne fortelle om hvordan energien dannes i solen.
– Solen er fascinerende og spennende. Vi kan lære veldig mye om universets historie ved å se på vår egen sol, forteller Ann-Cecilie Larsen, som er professor i kjernefysikk på Norsk nukleært forskningssenter ved Universitetet i Oslo (UiO).
Hun er spesielt interessert i de kjernefysiske reaksjonene i solen. Her skjer det noe som kalles for fusjon.
I fusjon slås to lette atomkjerner sammen samtidig som det frigjøres enorme mengder med energi. Mennesker har klart å gjenskape dette ved å sprenge hydrogenbomber, men foreløpig har ingen klart å bruke fusjon til å skape energi i et vaskeekte kjernekraftverk.
– På solen fungerer dette helt av seg selv. Det er veldig artig.
Solen består først og fremst av hydrogen, men også en god del helium. Hydrogen er det letteste grunnstoffet vårt. Helium er det nest letteste. Hydrogenet og mesteparten av heliumet er fra selveste Big Bang.
Sammensmeltingen
I solen blir fire hydrogenkjerner smeltet sammen til en heliumkjerne. For hver reaksjon dannes det 10-12 joule.
– Dette er lite energi. Men solen er svær. Så antall fusjonsreaksjoner per sekund er 1038, det vil si 1 etterfulgt av 38 nuller.
– Hva betyr dette i antall tonn?
– 600 millioner tonn hydrogen blir omdannet til 596 millioner tonn helium. Hvert sekund!
– Hvor blir de resterende fire millioner tonnene av?
– Dette handler om den berømte formelen til Einstein: E = mc2. Hver sekund blir fire millioner tonn masse omdannet til energi. Det betyr at solen frigjør 1026 joule hver sekund. Det er vanvittig mye.
Noe treffer jorden.
– Da får vi den solenergien vi trenger for å holde oss passe varme.
Varme og trykk
De kjernefysiske reaksjonene kan bare skje i den innerste delen av solen. Denne delen kalles for solens kjerne. Her er det 15 millioner grader. Lenger ute i solen er ikke temperaturen høy nok.
Det må være høyt nok trykk og høy nok temperatur for å overvinne bøygen. Først da vil hydrogenkjernene, som alle har positiv ladning, bli presset nok sammen.
Trykket i solens kjerne er 265 milliarder ganger atmosfæretrykket på jorden.
– Her hadde du blitt most, men du hadde nok smeltet lenge før, ler Larsen.
Det er likevel relativt sjelden at hydrogenkjernene klarer å hekte seg sammen.
– Det er enda godt. Slik solen fungerer nå, er det balanse mellom gravitasjonskreftene som presser massen innover og de kreftene som dytter den utover.
Hvis en stjerne hadde vært mange ganger større enn solen, ville den ha «brent lyset i begge ender».
– Med mye høyere trykk og temperatur vil reaksjonene skje oftere.
Da øker forbrenningen.
– Store stjerner brenner derfor opp hydrogenet mye fortere enn solen vår.
– Hvor små kan stjerner være?
– Hvis de er for små, skjer det ingenting. Da antenner de aldri. Stjerner har en minimumsstørrelse. De må være minst 80 ganger større enn Jupiter.
Solens endelikt
Solen er nå 4,5 milliarder år gammel.
– Den er middelaldrende, akkurat som meg. Solen holder på en god stund til. Det er heldigvis lenge til den dør ut. Når solen vår har brukt opp hydrogenbrenselet, vil den begynne å forbrenne helium.
Da er solen eldgammel. Det store spørsmålet er hvor vanskelig det er å omdanne helium til karbon.
Her må tre heliumatomer kunne smelte sammen til karbonatom. Den første bøygen er å få to heliumatomer til å smelte sammen til en variant at et beryllium-atom, kalt beryllium-8.
Levetiden til akkurat denne varianten er én hundretusendedels av et trilliondels sekund. I løpet av denne korte tiden må beryllium smelte sammen med enda et heliumatom. Først da kan solen skape karbon. Kjernefysikere på UiO forsker nå på hvor fort det kan skje.
I den siste livsfasen blir solen som en løk med mange skall med ulike grunnstoffer. De tyngste vil være oksygen og neon. Så vil solen ese ut, bli en rød kjempe og svelge planetene Merkur og Venus.
– Da er det på høy tid at vi mennesker emigrerer fra jorden og finner et annet sted å bo.
Signatur fra fortidens stjerner
Selv om det er en forsvinnende liten andel av tunge grunnstoffer i solen, er det likevel betydelige mengder. En liten prosent av solen består av andre grunnstoffer som kalsium, titan, jern og gull.
– Disse grunnstoffene kommer fra andre stjerner som sendte ut gørra si før solsystemet vårt ble dannet.
Gamle stjerner i universet inneholder nesten ingen tunge grunnstoffer. Mengden av de ulike grunnstoffene i solen er signaturer fra andre stjerner før solen ble dannet. Da hadde universet allerede eksistert i ni milliarder år.
De mange grunnstoffene i solen kan skyldes en rekke ting. Både jernet, fosforen og titanen i solen vår kan komme fra en tidligere supernova. Thoriumet og uranet stammer sannsynligvis fra kollisjoner mellom to nøytronstjerner.
Det er med andre ord mange ulike kjernefysiske prosesser i universet som har beriket den gasskyen som la grunnlaget for solsystemet vårt.
– Fordelingen av grunnstoffer er et fingeravtrykk fra hva som har skjedd før solen ble dannet. Det er kjempespennende.
Verdens første oversikt
Den første personen i verden som prøvde å kartlegge all informasjon om fordelingen av grunnstoffer i solsystemet, var UiO-professor Victor Goldschmidt (1888–1947). I 1937 publiserte han resultatene i tidsskriftet til Det Norske Videnskaps-Akademi.
– Det er morsomt. Jeg får gåsehud av dette.
Siden den gangen er fordelingen av grunnstoffer blitt oppdatert.
– Det er utrolig hva vi kan lære av å studere solen. Når vi skal prøve å simulere andre stjerner, kan vi lage modeller ved å studere vår egen sol.
Lyset bruker lang tid
Lyspartiklene på vei ut fra solens indre, krasjer hele tiden med partikler i den tettpakkete plasmasuppen. Lyset går derfor i sikksakk før det kommer frem til overflaten. Noen mener at lyset endrer retning for hver tiendels millimeter. Andre mener retningen først endrer seg etter noen millimeter.
Avhengig av hva som er riktig, kan lyset bruke alt fra 10 000 år til én million år for å komme seg ut av solen.
– Når lyset har klart å trenge seg ut av solen, bruker lyset bare drøye åtte minutter før det er fremme på jorden.
Det betyr at det lyset som vi ser i dag, er skapt inne i solen rett etter siste istid eller kanskje allerede den gangen mennesket for første gang klarte å kontrollere ild.
Artikkelen ble først publisert på Apollon
Eksplosjoner på solen kan lamme det moderne livet på jorden
