Откуда Солнце берет энергию?

В XIX веке появилось первое научное объяснение источника солнечной энергии. Уильям Томсон (лорд Кельвин) и Герман фон Гельмгольц предположили, что Солнце получает свою энергию от преобразования гравитационной потенциальной энергии. Этот процесс (теперь называемый механизмом Кельвина-Гельмгольца) заставляет Солнце медленно сжиматься, но сжатие настолько постепенное, что его практически невозможно обнаружить. 

Механизм Кельвина-Гельмгольца является жизнеспособной моделью, и астрономы считают, что все звезды на некоторых этапах получают хотя бы часть своей энергии благодаря этому механизму. 

Однако к концу XIX века ученые в целом отвергли данную модель, поскольку она могла обеспечивать Солнце энергией «самое большее» 30 миллионов лет. В то время много людей науки были приверженцами постепенной геологической и биологической эволюции — процессов, которые требовали гораздо больше времени, чем давал механизм Кельвина-Гельмгольца.

Если преобразование гравитационной потенциальной энергии не обеспечивает Солнце энергией, тогда откуда она берется? В начале ХХ-го века астрономы начали предлагать определенный источник ядерной энергии. 

Новые данные в сфере ядерной физики показали, что, наиболее вероятно, Солнце получает энергию через слияние водорода в гелий в своем ядре. Солнце содержит большое количество водорода, а из физики мы знаем, что условия в солнечном ядре подходящие для слияния водорода в гелий. Такой источник энергии Солнца может питать звезду на протяжении почти 10 миллиардов лет.

В 1979 году два ученых представили на заседании Американского астрономического общества краткий доклад, в котором они предоставили доказательства того, что Солнце может уменьшаться. Астрономы сразу же отнеслись к этому скептически, и в результате возникло много споров. Со временем появились очень хорошие аргументы и данные, которые противоречили этому результату. 

Игнорируя последующие статьи, многие креационисты ухватились за оригинальную публикацию как за свидетельство недавнего сотворения. Если Солнце получает энергию от гравитации, а не из ядера, то само Солнце и, предположительно, Земля должны быть намного моложе, чем 4,5 миллиарда лет, как думают многие ученые. Это исключило бы биологическую и геологическую эволюцию, в которую сегодня верит большинство ученых. 

Но была ли эта работа правильной? Гипотеза об уменьшении Солнца была тщательно исследована в креационной литературе и признана несостоятельной.

Раскаленная поверхность Солнця. Источник: slate.com

Проблема солнечных нейтрино

Попутно появилась еще одна загвоздка. Если энергия Солнца образуется в следствии ядерных реакций, было бы неплохо проверить это напрямую. Однако эти реакции происходят глубоко внутри звезды, вблизи его центра. Мы получаем излучение с поверхности Солнца, которая на несколько сотен тысяч километров выше, поэтому мы не можем непосредственно заглянуть в солнечное ядро. Или можем? 

Побочным продуктом ядерных реакций в солнечном ядре являются неуловимые маленькие частицы, называемые нейтрино. Нейтрино не взаимодействуют с другой материей. Поскольку нейтрино образуются в солнечном ядре, они легко вылетают, проходя через внешние слои Солнца, как если бы их там не было. Таким образом солнечные нейтрино прибывают на Землю примерно через восемь минут после того, как они были созданы в ядре звезды.

Если мы сможем создать нейтрино-детектор здесь, на Земле, мы сможем напрямую измерить ядерные реакции, которые питают Солнце. Солнечные нейтринные детекторы работают, собирая большое количество материала, который с гораздо большей вероятностью взаимодействует с нейтрино. Тем не менее, взаимодействуют лишь определенное количество частиц, большинство из них ускользает незамеченными. Благодаря знаниям физики мы можем преобразовать измеренный поток солнечных нейтрино в реальный поток. 

Солнечная вспышка. Источник: GiferПервый эксперимент такого рода начался полвека назад. Ранние результаты показали, что Солнце производит только около одной трети предсказанного количества частиц. В течение следующих 35 лет были проведены другие эксперименты, которые дали аналогичные результаты. Это явление стало известно как проблема солнечных нейтрино: почему Солнце производит только треть ожидаемого количества частиц? 

Некоторые креационисты предположили, что проблема солнечного нейтрино указывает на молодость Солнца. Если Солнце получает свою энергию лишь частично от ядерного синтеза, то остальные две трети, вероятно, являются гравитационным сжатием. 

Но это неустойчивое состояние — по мере того как Солнце сжимается, скорость ядерного синтеза будет увеличиваться, принимая во внимание всю солнечную энергию. Это могло произойти, только если Солнце молодое, если Солнцу не больше нескольких десятков миллионов лет.

Проблема солнечных нейтрино решена

Ученые-эволюционисты искали другие объяснения проблемы солнечных нейтрино. Согласно предпочтительной модели, частицы путешествовали со скоростью света без инвариантной массы. Однако альтернативная теория гласит, что нейтрино имеют очень малую массу и, следовательно, движутся чуть медленнее скорости света. Другим следствием альтернативной теории является то, что нейтрино делятся на три типа. 

Солнце производит только один тип нейтрино, и эксперименты были чувствительны только к этому типу. Но если существует три типа нейтрино, то к тому времени, когда они достигнут Земли, будет присутствовать только около трети первоначальных нейтрино, произведенных Солнцем, а оставшиеся частицы будут преобразованы в два других типа. 

Астрономам понравилась альтернативная теория в качестве решения проблемы солнечного нейтрино, но физики элементарных частиц предпочитают первую модель и считают, что астрономическая теория Солнца ошибочна. 

Решение проблемы солнечных нейтрино пришло в 2001 году, когда исследователи представили доказательства того, что альтернативная теория была верна. Это означало, что мы обнаруживаем только треть прогнозируемого количества выходящий из Солнца частиц. Это все, что остается после их восьмиминутного путешествия до Земли.

Если проблема солнечного нейтрино решена, нет никаких оснований сомневаться в том, что Солнце получает свою энергию от слияния водорода в гелий в ядре. Хотя ранние эксперименты не могли напрямую подтвердить, что мы получаем нейтрино от Солнца, более поздние эксперименты убедительно показали, что это так. Ранние эксперименты могли только обнаруживать частицы, но не определять направление их движения. Однако более поздние эксперименты позволили это сделать и показали, что нейтрино выходят из Солнца. 

Поскольку прогнозируемые и измеренные потоки нейтрино от Солнца совпадают, совершенно ясно, что Солнце получает свою энергию от слияния водорода в гелий, а не от гравитационного сжатия. Поэтому мы призываем креационистов не использовать историю про уменьшение размеров Солнца в качестве доказательства того, что оно молодое.

Вывод

Указывает ли ядерный источник энергию Солнца на то, что звезде миллиарды лет? Нисколько. Это лишь означает, что наше большое светило может существовать еще миллиарды лет, но совершенно не обязательно, что Солнце настолько старое. С таким типом питания молодое Солнце может быть более устойчивым, чем в случае обеспечения энергии по механизму Кельвина-Гельмгольца. Поэтому Солнце — свидетельство Божьего замысла.