Quyosh o‘z energiyasini qayerdan oladi?

Quyosh bu — asosan vodorod atomlaridan tashkil topgan favqulodda ulkan plazma sharidir. Bizning yulduzimiz taxminan 1,4 million kilometr diametriga ega bo‘lib, lekin Koinotdagi boshqa yulduzlar bilan taqqoslaganda, o‘rtacha kattalikdagi oddiy yulduz ekanligi ma’lum bo‘ladi. 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 yo‘qotib» boradi. Har bir soniyada Quyosh o‘z massasidan taxminan 4 million tonnasidan mosuvo bo‘ladi.

Yer paydo bo‘lganidan buyon, sayyoramizda hayot shakllanishi va uning barqaror rivojlanishi uchun zaruriy energiya miqdorini aynan Quyosh ta’minlab berib kelmoqda. Balki bu sizga g‘alati tuyular, lekin, sayyoramizdagi hayot uchun g‘oyat muhim bo‘lgan eng asosiy energiya manbai — Quyoshning o‘zida qanday jarayonlar kechishi va unda nimaning evaziga shu darajada ulkan miqdorda energiya ishlab chiqarilishining siri — eng zehni o‘tkir olimlari uchun ham to 1920-yillargacha jumboqligicha qolavergan. Quyoshda energiya qanday hosil bo‘lishining mohiyatini faqat XX-asrning 20-yillarida, kvant fizikasi shakllana boshlagan davrlarga kelibgina tushunishga muvaffaq bo‘lindi.

Quyosh nuri o‘z tarkibida tabiatda mavjud ranglarning to‘liq spektrini qamrab olishi va shu sababli ham Quyosh nurlari yorug‘ligi oq rangda ko‘rinishini 1670-yillarda Isaak Nyuton tomonidan o‘tkazilgan tajribalardan ma’lum edi. 1800-yilda yana mashhur astronom Uilyam Gershel Nyutonning yorug‘lik spektri bilan bajargan optik tajribalarini takrorlab ko‘rdi. Gershel spektrda yuzaga kelayotgan ranglar hududiga simobli termometr qo‘yib ko‘rib, muayyan rang sohasining issiqlik darajasini o‘lchab ko‘rgan (Nyuton zamonasida hali simobli termometrlar ixtiro qilinmagan edi). Gershel hayrat bilan shuni aniqladiki, yorug‘lik spektridagi biz ko‘ra oladigan ranglarning qizil rang sohasi yaqinida, lekin, aynan qizil rang ustida emas, balki undan biroz narida harorat tez ko‘tarilar va eng baland bo‘lar ekan. Bundan shunday xulosa kelib chiqdiki, Quyoshdan keladigan issiqlikni (aslida istalgan boshqa manbadan keladigan issiqlikni ham) odam ko‘zi ko‘ra olmaydigan diapazondagi infraqizil nurlanishlar orqali uzatilar ekan. «Infraqizil» atamasining ma’nosi «qizildan narida« degan ma’noni bildiradi va u spektrdagi qizil sohadan nariroqdagi hududni ifodalaydi.

Termodinamika qonunlariga ko‘ra, issiqlik energiya doimo harorat yuqoriroq bo‘lgan jismdan harorati pastroq bo‘lgan 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. o‘sha paytlarda olimlar Quyosh o‘ta qizigan qaynoq holdagi suyuqliklardan iborat shar deb o‘ylashardi. Xususan, o‘sha davr termodinamika fanining eng ilg‘or olimi lord Kelvin ham Quyoshdan nurlanish taralishining sababi o‘sha suyuqliklarning ulkan gravitatsion energiyasining yorug‘lik va issiqlikka aylanib atrofga sochilishidan yuzaga keladi degan fikrda bo‘lgan.

XX-asr boshiga kelib esa, asli Yangi Zelandiyalik bo‘lgan buyuk fizik olim Ernest Rezerford tomonidan butunlay yangi, ilg‘or ilmiy g‘oya ilgari surildi. Fiziklar Rezerfordni «yadro fizikasining cho‘qintirgan otasi» deb hazil aralash ulug‘lashadi. Rezerford Quyoshdagi issiqlik manbai uning qa’rida yuz beradigan radioaktiv jarayonlarga borib taqalishi haqida gipotezani o‘rtaga tashladi. 1920-yillarga kelib esa mazkur yo‘nalishdagi bahslarga Artur Eddington qo‘shildi. Eddington 1919-yildagi Quyosh tutilishi hodisasi paytida Eynshteynning nisbiylik nazariyasining haqiqat ekanini amalda isbotlab berganligi bilan mashhur bo‘lib ketgandi. Eddingtonning fikriga ko‘ra, 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, ma’lum bo‘lishicha, Rezerford ham, Eddington ham biroz yanglishishgan ekan.

Quyoshdagi ulkan issiqlik energiya manbai bu — Quyosh qa’rida muttasil va uzluksiz davom etadigan, favqulodda darajada shiddatli, o‘ta kuchli termoyadro sintezi reaksiyalari bo‘lib chiqdi. Quyoshdagi termoyadro sintezida vodorod atomlarining shiddat bilan o‘zaro to‘qnashishi natijasida geliy atomi hosil bo‘lishi va jarayonda katta miqdorda energiya ajralib chiqishi yuz beradi. Vodorod atomlari tabiatda mavjud atomlari ichida eng sodda tuzilishga ega bo‘lgan 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 to‘qnashadiki, natijada yadrodagi proton va elektronlar alohida-alohida bo‘lib ajralib ketadi. Oddiy sharoitlarda musbat zaryadlangan protonlar bir-biridan itariladi. Lekin yulduz qa’rida vodorod atomlari to‘qnashganda, ularning yadrosidagi protonlarning zaryad ishorasi bir xil bo‘lishiga qaramay, bunday protonlar o‘zaro birlashib ketadi. Chunki to‘qnashuv kuchi shu darajada katta bo‘ladi. Ikkita proton shu tarzda o‘zaro birlashib ketishi natijasida mutlaqo boshqa bir kimyoviy element — geliy atomi hosil bo‘ladi. Lekin, bu jarayonda, ya’ni, vodorod atomlaridan geliy atomi hosil bo‘lishi jarayonida bir necha oraliq bosqichlar ham albatta o‘tiladi. Bunda protonlar neytronlar bilan uyg‘unlashadi. Neytronlar — o‘lchamlariga ko‘ra protonlarga o‘xshash zarrachalar bo‘lib, lekin neytronning zaryadi bo‘lmaydi (uni fiziklar «neytral zaryadlangan zarracha» deyishadi). Protonlarning neytronlar bilan uyg‘unlashishi oqibatida vodorodning og‘ir izotoplari — deyteriy va tritiy vujudga keladi. Aynan shunday og‘ir izotoplarning to‘qnashuvidangina yangi kimyoviy element — geliy atomi hosil bo‘ladi.
Geliy atomida ikkita proton va ikkita neytron mavjud bo‘ladi. Xo‘sh, bu jarayonda neytronlar qayerdan kelib qo‘shilmoqda? Neytronlar qayerdan paydo bo‘lmoqda? Gap shundaki, ikkita proton yadrolari to‘qnashib, o‘zaro birlashishi natijasida ulardan birining zaryadi yo‘qoladi, ya’ni ikkita protondan biri neytronga aylanadi. o‘sha zaryadidan mosuvo bo‘lgan va endilikda neytronga aylangan protondan juda-juda mitti hamda g‘ayrioddiy zarracha — neytrino uchib chiqadi. Ushbu zarrachalar butun Koinotga sochilib ketadi. Ularni tutish esa deyarli imkonsiz.

Geliy — davriy jadvalda vodoroddan keyin keluvchi o‘ta yengil gazdir. Quyosh sirtida geliyning aniqlanishi aslida ko‘p narsaga oydinlik kiritishi mumkin edi. Lekin Eddingtongacha bo‘lgan olimlar nimagadir geliy va vodorod orasidagi bog‘liqlikka 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 qa’rida yuz beradigan vodorodning geliyga aylanishi jarayonida issiqlik va yorug‘lik ajralib chiqishi haqidagi g‘oyani aynan Eddington birinchi bo‘lib taklif qilgan edi. Lekin o‘sha paytlarda Eddingtonning bu g‘oyasiga ko‘pchilik fiziklar unchalik xayrixoh bo‘lishmagan. Chunki, spektroskopiya orqali to‘plangan ma’lumotlarga ko‘ra, Quyoshda va yulduzlarda metall elementlar ko‘proq deb hisoblanar edi. Chunki, spektral tahlillar yulduzlar spektrida metall elementlar chiziqlarini yaqqol ko‘rsatib turardi. Yulduzlarda, shu jumladan Quyoshda vodorod va geliyning metallardan ancha ko‘p 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.

Vodoroddan geliy hosil bo‘lishi va jarayonda ulkan energiya miqdori ajralib chiqishi — Quyosh va yulduzlarning asosiy energiya manbai ekani shu tarzda isbotlandi. Ushbu termoyadro sintezi reaksiyasi sodir bo‘lishi va uning barqaror, uzluksiz davom etishi uchun yetarli ulkan bosib faqat yulduzlarning, shu jumladan Quyoshning qa’rida ‘ uning markaziy yadrosida mavjud bo‘ladi xolos. Yadroda hosil bo‘lgan ushbu termoyadro sintezi energiyasi tashqariga darhol nurlanib ketmadi. Aksincha, Quyoshning ichki qatlamlari bo‘ylab zich plazma zarrachalari orqali barcha yo‘nalishlarda tarqaladi. Yadroda hosil bo‘lgan energiyaning konvektiv hududga yetib borib, u joydan plazma oqimi orqali Quyosh sirtiga o‘tishi uchun minglab yillar o‘tadi. Shundan so‘nggina Quyoshdagi termoyadro sintezi energiyasi issiqlik va yorug‘lik nurlanishlari ko‘rinishida butun Koinotga tarqaladi. 8 daqiqadan so‘ng esa u Yerga yetib keladi.