Quyosh o‘z energiyasini qayerdan oladi?
Quyoshdagi issiqlik energiya manbasi Quyosh qa'ridagi kuchli termoyadro sintezi reaksiyalaridir.
Oʻrta
8 min
17.08.2023
Fizika va astronomiya

Quyosh, asosan, vodorod atomlaridan tashkil topgan favqulodda ulkan plazma sharidir. Bizning yulduzimiz taxminan 1,4 million kilometr diametriga ega, lekin Koinotdagi boshqa yulduzlar bilan taqqoslaganda, oʻrtacha kattalikdagi oddiy yulduz ekani maʼlum boʻladi. Quyosh har lahzada uzluksiz ravishda Koinotga juda-juda ulkan miqdordagi energiya taratib turadi. Bunda Quyoshning massasi asta-sekinlik bilan energiyaga aylanib boradi va Quyosh borgan sari “vazn yoʻqotadi”. Har bir soniyada Quyosh oʻz massasidan taxminan 4 million tonnasidan mosuvo boʻladi. Yer paydo boʻlganidan buyon sayyoramizda hayot shakllanishi va uning barqaror rivojlanishi uchun zaruriy energiya miqdorini aynan Quyosh taʼminlab berib kelmoqda. Balki, bu sizga gʻalati tuyular, lekin sayyoramizdagi hayot uchun gʻoyat muhim boʻlgan eng asosiy energiya manbai — Quyoshning oʻzida qanday jarayonlar kechishi va unda nimaning evaziga shu darajada ulkan miqdorda energiya ishlab chiqarilishining siri eng zehni oʻtkir olimlari uchun ham to 1920-yillargacha jumboqligicha qolavergan. Quyoshda energiya qanday hosil boʻlishining mohiyatini faqat XX asrning 20-yillarida, kvant fizikasi shakllana boshlagan davrlarga kelibgina tushunishga muvaffaq boʻlindi. Quyosh nuri oʻz tarkibida tabiatda mavjud ranglarning toʻliq spektrini qamrab olishi va shu sababli ham Quyosh nurlari yorugʻligi oq rangda koʻrinishini 1670-yillarda Isaak Nyuton tomonidan oʻtkazilgan tajribalardan maʼlum edi. 1800-yilda yana mashhur astronom Uilyam Gershel Nyutonning yorugʻlik spektri bilan bajargan optik tajribalarini takrorlab koʻrdi. Gershel spektrda yuzaga kelayotgan ranglar hududiga simobli termometr qoʻyib koʻrib, muayyan rang sohasining issiqlik darajasini oʻlchab koʻrgan (Nyuton zamonasida hali simobli termometrlar ixtiro qilinmagan edi). Gershel hayrat bilan shuni aniqladiki, yorugʻlik spektridagi biz koʻra oladigan ranglarning qizil rang sohasi yaqinida, lekin aynan qizil rang ustida emas, balki undan biroz narida harorat tez koʻtarilar va eng baland boʻlar ekan. Bundan shunday xulosa kelib chiqdiki, Quyoshdan keladigan issiqlik (aslida, istalgan boshqa manbadan keladigan issiqlik ham) odam koʻzi koʻra olmaydigan diapazondagi infraqizil nurlanishlar orqali uzatilar ekan. ʼʼInfraqizil” atamasining maʼnosi “qizildan narida” degan maʼnoni bildiradi va u spektrdagi qizil sohadan nariroqdagi hududni ifodalaydi.

Termodinamika qonunlariga koʻra, issiqlik energiya doimo harorat yuqoriroq boʻlgan jismdan harorati pastroq boʻlgan jismga tomon oqadi. Soddaroq qilib aytganda, issiqlik doimo qaynoq jismdan sovuq jismga tomon harakatlanadi va hech qachon buning aksi yuz bermaydi. Shunga binoan, (usiz ham ravshanki) Quyosh juda-juda qaynoq jismdir. 1850-yillarda ilmiy jamoatchilikda Quyoshning tuzilishi borasida biroz yanglish tushunchalar hukmronlik qilar edi. Oʻsha paytlarda olimlar Quyosh oʻta qizigan qaynoq holdagi suyuqliklardan iborat shar deb oʻylashardi. Xususan, oʻsha davr termodinamika fanining eng ilgʻor olimi Lord Kelvin ham Quyoshdan nurlanish taralishining sababi oʻsha suyuqliklarning ulkan gravitatsion energiyasining yorugʻlik va issiqlikka aylanib atrofga sochilishidan yuzaga keladi degan fikrda boʻlgan. XX asr boshiga kelib esa asli yangi zelandiyalik boʻlgan buyuk fizik olim Ernest Rezerford tomonidan butunlay yangi, ilgʻor ilmiy gʻoya ilgari surildi. Fiziklar Rezerfordni ʼʼyadro fizikasining choʻqintirgan otasiʼʼ deb hazil aralash ulugʻlashadi. Rezerford Quyoshdagi issiqlik manbayi uning qaʼrida yuz beradigan radioaktiv jarayonlarga borib taqalishi haqida gipotezani oʻrtaga tashladi. 1920-yillarga kelib esa mazkur yoʻnalishdagi bahslarga Artur Eddington qoʻshildi. Eddington 1919-yildagi Quyosh tutilishi hodisasi paytida Eynshteynning nisbiylik nazariyasi haqiqat ekanini amalda isbotlab berganligi bilan mashhur boʻlib ketgandi. Eddingtonning fikriga koʻra, Quyosh ichkarisidagi atomlar shunday murakkab sharoitlarda turadiki, ularning tashqi elektronlari atom yadrosidan ajralib chiqib ketadi va Quyosh sirtiga shiddat bilan uchib chiqib, plazma hosil qiladi. Biroq maʼlum boʻlishicha, Rezerford ham, Eddington ham biroz yanglishishgan ekan.

Termoyadro sintezi jarayonining modeli. Ikkita vodorod atomlari toʻqnashib, geliy atomini hosil qiladi va jarayonda energiya ajralib chiqadi

Quyoshdagi ulkan issiqlik energiya manbai bu Quyosh qaʼrida muttasil va uzluksiz davom etadigan, favqulodda darajada shiddatli, oʻta kuchli termoyadro sintezi reaksiyalari boʻlib chiqdi. Quyoshdagi termoyadro sintezida vodorod atomlarining shiddat bilan oʻzaro toʻqnashishi natijasida geliy atomi hosil boʻlishi va jarayonda katta miqdorda energiya ajralib chiqishi yuz beradi. Vodorod atomlari tabiatda mavjud atomlari ichida eng sodda tuzilishga ega boʻlgan atomlardir. Vodorod atomi yadrosida musbat zaryadlangan proton va uning atrofida aylanuvchi manfiy zaryadlangan elektrondan iborat xolos. Quyosh (va umuman, har qanday yulduz) plazmasida vodorod atomlari bir-biri bilan shunday katta kuch bilan toʻqnashadiki, natijada yadrodagi proton va elektronlar alohida-alohida boʻlib ajralib ketadi. Oddiy sharoitlarda musbat zaryadlangan protonlar bir-biridan itariladi. Lekin yulduz qaʼrida vodorod atomlari toʻqnashganda, ularning yadrosidagi protonlarning zaryad ishorasi bir xil boʻlishiga qaramay, bunday protonlar oʻzaro birlashib ketadi. Chunki toʻqnashuv kuchi shu darajada katta boʻladi. Ikkita proton shu tarzda oʻzaro birlashib ketishi natijasida mutlaqo boshqa bir kimyoviy element — geliy atomi hosil boʻladi. Lekin bu jarayonda, yaʼni vodorod atomlaridan geliy atomi hosil boʻlishi jarayonida bir necha oraliq bosqichlar ham, albatta, oʻtiladi. Bunda protonlar neytronlar bilan uygʻunlashadi. Neytronlar ham oʻlchamlariga koʻra protonlarga oʻxshash zarrachalar, lekin neytronning zaryadi boʻlmaydi (uni fiziklar ʼʼneytral zaryadlangan zarrachaʼʼ deyishadi). Protonlarning neytronlar bilan uygʻunlashishi oqibatida vodorodning ogʻir izotoplari — deyteriy va tritiy vujudga keladi. Aynan shunday ogʻir izotoplarning toʻqnashuvidangina yangi kimyoviy element — geliy atomi hosil boʻladi. Geliy atomida ikkita proton va ikkita neytron mavjud boʻladi. Xoʻsh, bu jarayonda neytronlar qayerdan kelib qoʻshilmoqda? Neytronlar qayerdan paydo boʻlmoqda? Gap shundaki, ikkita proton yadrolari toʻqnashib, oʻzaro birlashishi natijasida ulardan birining zaryadi yoʻqoladi, yaʼni ikkita protondan biri neytronga aylanadi. Oʻsha zaryadidan mosuvo boʻlgan va endilikda neytronga aylangan protondan juda-juda mitti hamda gʻayrioddiy zarracha — neytrino uchib chiqadi. Ushbu zarrachalar butun Koinotga sochilib ketadi. Ularni tutish esa deyarli imkonsiz.

Termoyadro sintezi jarayonining animatsion modeli. Ikkita vodorod atomlari toʻqnashib, geliy atomini hosil qiladi va jarayonda energiya ajralib chiqadi

Geliy davriy jadvalda vodoroddan keyin keluvchi oʻta yengil gazdir. Quyosh sirtida geliyning aniqlanishi, aslida, koʻp narsaga oydinlik kiritishi mumkin edi. Lekin Eddingtongacha boʻlgan olimlar nimagadir geliy va vodorod orasidagi bogʻliqlikka unchalik ahamiyat qaratishmagan edi. Rezerford tajribalarigacha, aslida, termoyadro sintez haqida aytarli bilimlar ham mavjud emas edi. Keyinchalik aynan Eddingtonning miyasiga aynan vodorod-geliy termoyadro sintezi haqidagi fikr kelib qoldi. Quyosh qaʼrida yuz beradigan vodorodning geliyga aylanishi jarayonida issiqlik va yorugʻlik ajralib chiqishi haqidagi gʻoyani aynan Eddington birinchi boʻlib taklif qilgan edi. Lekin oʻsha paytlarda Eddingtonning bu gʻoyasiga koʻpchilik fiziklar unchalik xayrixoh boʻlishmagan. Chunki spektroskopiya orqali toʻplangan maʼlumotlarga koʻra, Quyoshda va yulduzlarda metall elementlar koʻproq deb hisoblanar edi. Chunki spektral tahlillar yulduzlar spektrida metall elementlar chiziqlarini yaqqol koʻrsatib turardi. Yulduzlarda, shu jumladan, Quyoshda vodorod va geliyning metallardan ancha koʻp ekanini 1925-yilda AQSH astronomi Sesilya Xelena Peyn (1900–1979) isbotlab berdi. 1939-yilda esa nemis fizigi Gans Byote (1906–2005) vodoroddan geliy shakllanishi jarayonidagi yadro sintezi reaksiyasining barcha bosqichlarini qadamma-qadam bayon qilib berdi.

sciencephoto.com

Vodoroddan geliy hosil boʻlishi va jarayonda ulkan energiya miqdori ajralib chiqishi Quyosh va yulduzlarning asosiy energiya manbai ekani shu tarzda isbotlandi. Ushbu termoyadro sintezi reaksiyasi sodir boʻlishi va uning barqaror, uzluksiz davom etishi uchun yetarli ulkan bosim faqat yulduzlar, shu jumladan, Quyosh qaʼrida — uning markaziy yadrosida mavjud boʻladi xolos. Yadroda hosil boʻlgan ushbu termoyadro sintezi energiyasi tashqariga darhol nurlanib ketmadi. Aksincha, Quyoshning ichki qatlamlari boʻylab zich plazma zarrachalari orqali barcha yoʻnalishlarda tarqaladi. Yadroda hosil boʻlgan energiyaning konvektiv hududga yetib borib, u joydan plazma oqimi orqali Quyosh sirtiga oʻtishi uchun minglab yillar oʻtadi. Shundan soʻnggina Quyoshdagi termoyadro sintezi energiyasi issiqlik va yorugʻlik nurlanishlari koʻrinishida butun Koinotga tarqaladi. 8 daqiqadan soʻng esa u Yerga yetib keladi.


Maqola orbita.uz saytidan olindi. Original maqola → Quyosh o‘z energiyasini qayerdan oladi?
Muqova surat: freepik.com

Matnda xato topdingizmi? Kerakli matnni belgilang va CTRL+ENTER tugmalarini bosing.

Eng so‘nggi maqolalarni o‘tkazib yubormang!
Telegram kanalamizni kuzatib boring!