Що є джерелом енергії Сонця?

У XIX столітті з'явилося перше наукове пояснення джерела енергії Сонця. Вільям Томсон (лорд Кельвін) і Герман фон Гельмгольц припустили, що Сонце отримує свою енергію від перетворення гравітаційної потенційної енергії. Цей процес (який тепер називають механізмом Кельвіна-Гельмгольца) змушує Сонце повільно стискатися, але стиснення буде настільки поступовим, що його практично неможливо виявити. 

Механізм Кельвіна-Гельмгольца є життєздатною моделлю і астрономи вважають, що всі зірки отримують хоча б частину своєї енергії за рахунок цього механізму на деяких етапах. 

Однак до кінця XIX століття вчені в цілому відкинули цю модель, оскільки вона могла забезпечувати Сонце енергією «щонайбільше» 30 мільйонів років. У той час багато вчених дотримувались ідеї поступової геологічної і біологічної еволюції — процесів, які вимагали набагато більше часу, ніж дозволяв механізм Кельвіна-Гельмгольца.

Якщо перетворення гравітаційної потенційної енергії не є джерелом енергії Сонця, то звідки ж вона береться? На початку ХХ-го століття астрономи почали пропонувати певний вид ядерної енергії. 

Нові дані з ядерної фізики показали, що злиття водню в гелій в сонячному ядрі є найбільш вірогідним джерелом енергії Сонця. Сонце має багато воднє, який слушує паливом, і завдяки фізиці ми знаємо, що умови в сонячному ядрі дозволяють водню зливатись в гелій. Таке джерело може забезпечувати Сонце енергією протягом майже 10 мільярдів років.

У 1979 році два науковця представили на засіданні Американського астрономічного товариства коротку доповідь, в якій вони показали докази того, що Сонце може зменшуватись. Астрономи відразу ж поставилися скептично до такої заяви, і в результаті виникло багато суперечок. Згодом з'явилися дуже хороші аргументи і дані, які суперечили цьому результату. 

Ігноруючи подальші публікації, багато креаціоністів вхопилося за початкове дослідження як за свідоцтво недавнього створення. Якщо Сонце має гравітаційне джерело енергії, а не ядерне, то Сонце, а також, ймовірно, Земля повинні бути набагато молодше, ніж 4,5 мільярда років, як думають більшість науковців. Це виключило б біологічну і геологічну еволюцію, в яку сьогодні вірить більшість вчених. 

Але чи було це дослідження правильне? Гіпотеза зменшення Сонця була ретельно досліджена в креаційній літературі і визнана неістинною.

Розпечена поверхня Сонця. Джерело: slate.com

Проблема сонячних нейтрино

Попутно з'явилася ще одна заковика. Якщо Сонце отримує енергію від ядерних реакцій, було б непогано перевірити це безпосередньо. Однак ці реакції відбуваються глибоко всередині зірки, поблизу його центра. Ми отримуємо випромінювання з поверхні Сонця, яка на декілька сотень тисяч кілометрів вища, тому ми не можемо безпосередньо побачити сонячне ядро. Чи можемо? 

Побічним продуктом ядерних реакцій в сонячному ядрі є невловимі маленькі частинки, які називаються нейтрино. Нейтрино не взаємодіють з іншою матерією. Оскільки сонячні нейтрино утворюються в сонячному ядрі, вони легко вилітають від Сонця, безперешкодно проходячи через зовнішні шари зірки. Отже, нейтрино досягають Землі приблизно через вісім хвилин після того, як вони були створені в сонячному ядрі.

Якщо ми зможемо створити сонячний нейтрино-детектор тут, на Землі, ми зможемо безпосередньо виміряти ядерні реакції, які живлять Сонце. Сонячні нейтринні детектори працюють, збираючи велику кількість матеріалу, який з набагато більшою ймовірністю взаємодіє з нейтрино. Проте взаємодіють лише кілька нейтрино, быльша частина вислизає непоміченими. Завдяки нашим знанням фізики ми можемо перетворити виміряний потік сонячних нейтрино в реальний потік. 

Сонячний спалах. Джерело: Gifer

Перший експеримент проводився півстоліття тому. Ранні результати показали, що Сонце виробляє лише близько однієї третини передбаченої кількості нейтрино. Протягом наступних 35 років були проведені й інші експерименти, які дали аналогічні результати. Це явище стало відомим як проблема сонячних нейтрино: чому Сонце виробляє тільки третину очікуваної кількості нейтрино? 

Деякі креаціоністи припустили, що дана проблема вказує на молодість Сонця. Якщо зірка отримує свою енергію лише частково від ядерного синтезу, то інші дві третини, ймовірно, є гравітаційним стисненням. Але це нестабільний стан. 

Оскільки Сонце стискається, швидкість ядерного синтезу збільшується, враховуючи всю сонячну енергію. Це могло б відбуватись, тільки якщо б Сонце було молодим, тобто якщо Сонцю не більше декількох десятків мільйонів років.

Проблема сонячних нейтрино вирішена

Вчені-еволюціоністи шукали інші пояснення проблеми сонячних нейтрино. Згідно з основною моделлю нейтрино вважається, що частинки подорожували зі швидкістю світла без інваріантної маси. Однак альтернативна теорія припускає, що нейтрино мають дуже малу масу, тому рухаються трохи повільніше за швидкість світла. Іншим наслідком цієї альтернативної теорії є те, що нейтрино коливаються між трьома типами. 

Сонце виробляє тільки один тип нейтрино, і експерименти були чутливі тільки до нього. Але якщо існує три типи нейтрино, то в момент досягнення Землі існуватиме лише близько третини нейтрино, вироблених Сонцем, тому що інші дві третини будуть перетворені в два інших типи. 

Астрономам сподобалася альтернативна теорія в якості вирішення проблеми сонячного нейтрино, але фізики елементарних частинок надають перевагу основній моделі (звідси і взялось саме слово «основна»), вважаючи, що астрономічна теорія Сонця є хибною. 

Рішення проблеми сонячних нейтрино з’явилось в 2001 році, коли дослідники представили докази того, що теорія альтернативних нейтрино була вірна. Це означає, що ми виявили лише третину прогнозованої кількості сонячних нейтрино, тому що це все, що залишається після восьмихвилиної подорожі від Сонця.

Якщо проблема сонячних нейтрино вирішена, немає ніяких підстав сумніватися в тому, що Сонце отримує свою енергію від злиття водню в гелій у ядрі. Насправді, хоча ранні експерименти з нейтрино не могли безпосередньо підтвердити, що ми отримуємо ці частинки від Сонця, більш пізні експерименти переконливо показали, що це так. Ранні експерименти могли лише вимірювати кількість частинок, але не напрямок їхнього руху. Однак більш пізні експерименти дозволили виміряти напрямок руху і показали, що нейтрино віддаляються від Сонця. 

Так як прогнозовані і виміряні потоки збігаються, зрозуміло, що Сонце отримує свою енергію від злиття водню в гелій, а не від гравітаційного стиснення. Тому ми закликаємо креаціоністів не використовувати історію про зменшення розмірів Сонця як доказ того, що воно молоде.

Висновок

Чи вказує ядерне джерело енергії Сонця на те, що йому мільярди років? Анітрохи. Це лише означає, що велике світило могло б проіснувати мільярди років, але не обов'язково Сонце настільки старе. З таким типом живлення молоде Сонце може бути більш стійким, ніж якщо б воно отримувало енергію за механізмом Кельвіна-Гельмгольца. Тому Сонце — це свідчення Божого задуму.