ΒΙΒΛΙΟ

Η ενέργεια του Ηλίου

68-may-2020-sun1

Είναι γεγονός ότι η αστρονομία έχει να επιδείξει μερικές από τις πιο αξιόλογες γυναίκες επιστήμονες, οι οποίες έχουν προσφέρει τεράστιες υπηρεσίες στην ανθρώπινη γνώση. Γι’ αυτό κανείς απ’ όσους ασχολούνται με αυτή την υπέροχη επιστήμη δεν μπορεί να παραβλέψει σήμερα τη συνεισφορά γυναικών όπως, μεταξύ πολλών άλλων, είναι η Henrietta Leavitt (1868-1921), η Jocelyn Bell (1943-), η Vera Rubin (1928-2016) και η Margaret Burbidge (1919-2020). Παρ’ όλα αυτά, ίσως η μεγαλύτερη αστρονόμος όλων των εποχών είναι η Αγγλοαμερικανίδα Σεσίλια Πέιν-Γκαπόσκιν (Cecilia Payne-Gaposchkin, 1900-1979), η οποία γεννήθηκε σαν σήμερα πριν από 120 χρόνια και έλαβε το διδακτορικό της σε ηλικία 25 ετών. Σε αυτό το διδακτορικό η Πέιν-Γκαπόσκιν απέδειξε ότι άστρα σαν τον Ηλιο μας αποτελούνται κατά 99% από υδρογόνο και ήλιο όταν την εποχή εκείνη η πιο διαδεδομένη εκδοχή σχετικά με τα συστατικά του Ηλίου ήταν 65% σίδηρος και 35% υδρογόνο. Πολύ αργότερα, φυσικά, αποδείχτηκε ότι όντως το πλησιέστερο σ’ εμάς άστρο αποτελείται κυρίως από υδρογόνο (74%) και ήλιο (24%) με το υπόλοιπο από μερικές δεκάδες ακόμη χημικά στοιχεία, έτσι για ποικιλία!

Να επισημάνουμε επίσης εδώ ότι η Margaret Burbidge, που πέθανε στις αρχές του περασμένου μήνα, ήταν η πρώτη εκ των τεσσάρων συγγραφέων μιας περίφημης εργασίας του 1957, που περιέγραφε την αστρική πυρηνοσύνθεση, η οποία οδήγησε στην απόκτηση του βραβείου Νομπέλ Φυσικής (1983) από τον William A. Fowler (1911-1995), μία ακόμη απόδειξη για τις αρνητικές διακρίσεις που υφίστανται οι γυναίκες της επιστήμης (και όχι μόνο) λόγω του φύλου τους.

Οι εκτιμήσεις της Πέιν-Γκαπόσκιν έχουν φυσικά αποδειχθεί, εδώ και δεκαετίες, πέρα για πέρα σωστές όχι μόνο για τον Ηλιο, αλλά και για τον γαλαξία μας και γενικότερα για ολάκερο το σύμπαν. Είναι η ίδια σχεδόν κατάσταση που επικρατούσε στα πρώτα λεπτά της ύπαρξης του σύμπαντος πριν από 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια, όταν το σύμπαν μετετράπη σ’ έναν τεράστιο θερμοπυρηνικό αντιδραστήρα. Μέσα στα πρώτα λεπτά της ύπαρξής του από το υδρογόνο που αποτελούσε τότε το σύμπαν σχηματίστηκαν οι πυρήνες ηλίου, ενώ σε άλλες παράλληλες αντιδράσεις σχηματίστηκαν επίσης και ελάχιστες ποσότητες των ελαφρότερων χημικών στοιχείων. Η πυρηνοσύνθεση αυτή άρχισε τρία λεπτά και 46 δευτερόλεπτα μετά τη Μεγάλη Εκρηξη, όταν η θερμοκρασία του σύμπαντος είχε πέσει στο ένα δισεκατομμύριο βαθμούς.

Δέκα λεπτά μετά τη Μεγάλη Εκρηξη, η αναλογία της πυρηνικής ύλης που υπήρχε τότε ήταν 25% ήλιο και το υπόλοιπο 75% υδρογόνο. Τη στιγμή εκείνη η θερμοπυρηνική μηχανή του σύμπαντος σταμάτησε να λειτουργεί. Μαζί της σταμάτησε και οποιαδήποτε συνέχεια της πυρηνοσύνθεσης. Οποιαδήποτε περαιτέρω δημιουργία των χημικών στοιχείων της φύσης έπρεπε να περιμένει τη δημιουργία των άστρων (εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια αργότερα και μέχρι σήμερα) στη θερμοπυρηνική καρδιά των οποίων το υδρογόνο μετατρέπεται σε βαρύτερα στοιχεία μέχρι τον σίδηρο, καθώς επίσης και στις εκρήξεις των σουπερνόβα για τη δημιουργία πολύ βαρέων στοιχείων πάνω από τον σίδηρο. Κι έτσι η ανακάλυψη που έκανε πριν από 100 χρόνια η Πέιν-Γκαπόσκιν βοήθησε αργότερα τους άλλους ερευνητές στην επεξήγηση της δημιουργίας των χημικών στοιχείων στο εσωτερικό των άστρων και της ενέργειας που εκπέμπουν ο Ηλιος και τα άλλα άστρα.

Η διαδικασία αυτή εξηγήθηκε για πρώτη φορά από τον Γερμανοαμερικανό φυσικό Hans A. Bethe (1906-2005) το 1939. Η ανακάλυψη αυτή χάρισε σε αυτόν το βραβείο Νομπέλ Φυσικής (1967) και στην ανθρωπότητα την εξήγηση μιας από τις βασικότερες διεργασίες που συμβαίνουν στο σύμπαν. Στη διάρκεια της διαδικασίας αυτής, περίπου 655 εκατομμύρια τόνοι υδρογόνου στον πυρήνα του Ηλίου μετατρέπονται σε περίπου 650 εκατομμύρια τόνους ηλίου παράγοντας συγχρόνως τεράστιες ποσότητες ενέργειας. Κάθε δευτερόλεπτο δηλαδή που περνάει, ο Ηλιος μετατρέπει 4,6 εκατομμύρια τόνους ύλης του σε ενέργεια ακριβώς όπως είχε προβλέψει θεωρητικά και ο Αϊνστάιν με την περίφημη εξίσωσή του (Ε=mc2). Αυτό που μας λέει δηλαδή ο Αϊνστάιν είναι ότι η ποσότητα της ύλης που «χάνει» κάθε δευτερόλεπτο ο Ηλιος μετατρέπεται σε τεράστιες ποσότητες ενέργειας και η εξίσωση του Αϊνστάιν προσδιορίζει επακριβώς πόση ενέργεια απελευθερώνεται όταν «χάνεται» μια ποσότητα μάζας.

Αυτή τη διαδικασία ελεγχόμενης δημιουργίας τεραστίων ποσοτήτων ενέργειας που συμβαίνει στο εσωτερικό των άστρων προσπαθούν εδώ και δεκαετίες να μιμηθούν οι πυρηνικοί ερευνητές σε εγκαταστάσεις όπως είναι το NIF στην Καλιφόρνια και το ITER στη Γαλλία, που προσπαθούν να δώσουν λύση στα ενεργειακά και περιβαλλοντικά προβλήματα της ανθρωπότητας. Εάν το τεράστιο αυτό εγχείρημα στεφθεί με επιτυχία, τότε η ανθρωπότητα θα έχει λύσει όλες τις μελλοντικές ενεργειακές ανάγκες της, αφού η σύντηξη του υδρογόνου (το οποίο η Γη διαθέτει σε τεράστιες ποσότητες στο νερό των ωκεανών) παράγει εκατομμύρια φορές περισσότερη ενέργεια απ’ αυτήν που απελευθερώνει η καύση του άνθρακα ή του πετρελαίου.

* Ο κ. Διονύσης Π. Σιμόπουλος είναι επίτιμος διευθυντής του Ευγενιδείου Πλανηταρίου.