Ο ΗΛΙΟΣ
'Eνα λαμπρό παρελθόν
κι ένα ακόμα λαμπρότερο μέλλον

Douglas R O Morisson

Ο 'Ηλιος μπορεί να είναι το κέντρο του δικού μας κόσμου, αλλά δεν είναι ένα τυπικό άστρο. Σε μία ειδική συνάντηση, που οργανώθηκε από το Αστεροσκοπείο του Παρισιού στο Moet et Chandon manor στο Epernay με την ευκαιρία της ολικής ηλιακής έκλειψης της 11ης Αυγούστου 1999, ο φυσικός του CERN Douglas R.O. Morrison έριξε φως στο παρελθόν, το παρόν και το μέλλον του 'Ηλιου.

Τα άστρα δημιουργούνται από τεράστιες μάζες αερίων και σκόνης. Εξαιτίας διακυμάνσεων, διαμορφώνεται ένα κέντρο και τότε, εξαιτίας της βαρύτητας, συγκεντρώνεται σταδιακά όλο και περισσότερη ύλη μέχρι που δημιουργείται ένας πυρήνας, που έλκει ακόμα περισσότερα αέρια και σκόνη. Αυτός ο πυρήνας -το πρωτόαστρο- θα αρχίσει να θερμαίνεται. Κάτω από την επίδραση της βαρύτητας, το πρωτόαστρο θα συσταλεί και, εάν ο πυρήνας είναι αρκετά μεγάλος, πυρηνικές αντιδράσεις (σύντηξη) θα προκαλέσουν την ανάφλεξή του. 'Ετσι γεννιέται ένα αστέρι.

Πολλαπλά αστρικά συστήματα

'Ετσι φανταζόμουν ότι δημιουργούνται τα άστρα. 'Οταν κοιτούσα ψηλά στον ουρανό, έβλεπα τον 'Ηλιο μας σαν ένα μοναχικό άστρο και τον ουρανό γεμάτο από μονήρη άστρα. Η ιδέα των δυαδικών αστρικών συστημάτων με δύο άστρα να περιστρέφονται το ένα γύρω από το άλλο φαινόταν πραγματικά περιττή. 'Ετσι ήταν σοκ για μένα όταν έμαθα ότι μόνο το 15% των άστρων είναι μόνα τους, ενώ το 65% είναι σε ζευγάρια και το υπόλοιπο 20% είναι σε συστήματα των τριών ή και περισσότερων. Αυτό φαινόταν να αντικρούει την ιδέα ενός μεγάλου νέφους αερίων και σκόνης που συμπυκνώνεται.

Όταν γεννήθηκε ο 'Ηλιος, περίπου 4.600 εκατομμύρια χρόνια πριν, η αέρια μάζα του αποτελούνταν από 72% υδρογόνο, 24% ήλιο και το υπόλοιπο αποτελούνταν από μία ποικιλία στοιχείων, που είχαν δημιουργηθεί σχεδόν εξ'ολοκλήρου σε εκρήξεις σουπερνόβα και κατόπιν εκτινάχθηκαν στο σύμπαν. Η μάζα του 'Ηλιου είναι 2 x 1027 τόνοι, ή 2.000 εκατομμύρια εκατομμύρια εκατομμύρια εκατομμύρια τόνοι. 'Οταν δημιουργείται ένα άστρο, η συστολή του το κάνει να περιστρέφεται γρηγορότερα (όπως ένας αθλητής του καλλιτεχνικού πατινάζ όταν μαζεύει τα χέρια του κοντά στον κορμό του). 'Ενα τέτοιο Τ Tauri άστρο είναι εξαιρετικά λαμπρό για τη μάζα του. Παρ' όλα αυτά, καθώς περιστρέφεται γύρω από τον εαυτό του, αποβάλλει μάζα, χάνοντας έτσι περίπου 2.000 εκατομμύρια εκατομμύρια εκατομμύρια τόνους κάθε χρόνο. Σύντομα επιβραδύνεται, και σήμερα ο 'Ηλιος μας χάνει περίπου 20 εκατομμύρια εκατομμύρια τόνους το χρόνο (ή 700.000 τόνους το δευτερόλεπτο) με τη μορφή του ηλιακού ανέμου.

Ηλιακές εκλάμψεις

Η βασική αντίδραση που γίνεται αιτία να αρχίσει η δημιουργία ενός άστρου είναι η σύντηξη δύο πυρήνων υδρογόνου (πρωτονίων) που παράγουν δευτέριο, και ακολουθείται από την ένωση του δευτερίου με έναν ακόμα πυρήνα υδρογόνου για να δώσει ήλιο-3. Αυτό γίνεται πολύ γρήγορα - το δευτέριο υπάρχει μόνο για ένα δευτερόλεπτο προτού συντηχθεί με ένα πρωτόνιο. Θα μπορούσε να πει κανείς ότι το δευτέριο δρα ως καταλύτης, που μετατρέπει τρεις πυρήνες υδρογόνου σε ήλιο-3. Το ήλιο-3 μετατρέπεται τότε σε ένα σταθερό πυρήνα ηλίου-4 μέσα από διάφορες διαδικασίες.

Το ήλιο-4 είναι πολύ σταθερό και γενικά αποτελεί το τέλος της αλυσίδας. Για να πάμε παραπέρα, χρειάζεται να συμβεί μια ασυνήθιστη αντίδραση ανάμεσα στο ήλιο-4 και να δώσει άνθρακα-12. Αυτό μπορεί να αντιδράσει περαιτέρω δίνοντας άζωτο και οξυγόνο. Αυτή η διαδικασία λέγεται κύκλος CNO (άνθρακα-αζώτου-οξυγόνου). Το επόμενο στοιχείο, το φθόριο, μπορεί μετά να δημιουργηθεί στον κύκλο NOF (αζώτου-οξυγόνου-φθορίου).

Ο 'Ηλιος, που είναι ουσιαστικά πλάσμα χωρίς αυστηρή δομή, χρησιμοποιεί ως καύσιμο κυρίως το υδρογόνο του πυρήνα του, που βρίσκεται σε θερμοκρασία 15 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου. Η πυκνότητά του ελαττώνεται γρήγορα όσο απομακρυνόμαστε από τον πυρήνα, όπου είναι περίπου 150 γραμμάρια ανά κυβικό εκατοστό. Στην επιφάνεια, η πυκνότητα είναι μόνο ένα εκατομμυριοστό του γραμμαρίου ανά κυβικό εκατοστό και η θερμοκρασία είναι περίπου 5.500 βαθμοί Κελσίου.

Λαμπρό μέλλον

Καθώς ο 'Ηλιος συνεχίζει να καίει, η θερμοκρασία θα αυξηθεί και ο πυρήνας θα συσταλεί, γεγονός που ανεβάζει τη θερμοκρασία ακόμα περισσότερο και κάνει το περίβλημα να διαστέλλεται. Τελικά ο 'Ηλιος θα γίνει ένας Κόκκινος Γίγαντας, και τότε το μεγαλύτερο μέρος του υδρογόνου του πυρήνα του θα έχει καεί.

Τότε ο πυρήνας θα συσταλεί ακόμα περισσότερο και θα γίνεται σταθερά όλο και θερμότερος μέχρι να φτάσει τους εκατό εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου. Σε αυτό το σημείο το ήλιο-4 θα αναφλεγεί και θα δημιουργηθεί άνθρακας-12 σε μια θερμοπυρηνική έκρηξη. Για τα επόμενα 100 εκατομμύρια χρόνια το άστρο θα εξακολουθήσει να είναι πολύ λαμπρό.

Ο άνθρακας μπορεί να δώσει επιπλέον πυρήνες ηλίου-4 για να δημιουργηθεί οξυγόνο-16 και νέον-20, κ.τλ. (οι κύκλοι CNO και NOF δε θα συμβαίνουν πια γιατί το απαραίτητο υδρογόνο θα έχει ήδη καταναλωθεί). Κατόπιν, ο άνθρακας και το οξυγόνο θα καούν, αλλά ο θερμοπυρηνικός φούρνος θα σταματήσει τελικά και ο πυρήνας θα αδρανοποιηθεί.

Αλλά έξω από τον πυρήνα, το υπόλοιπο αέριο υδρογόνο και ήλιο θα συνεχίσουν να καίγονται για κάποιο χρόνο ακόμα. Αυτό θα απομακρύνει αρκετή από την αέρια μάζα του άστρου και τελικά το άστρο θα γίνει ένας 'Ασπρος Νάνος με μάζα περίπου τη μισή από την ηλιακή. Αυτό το θερμό άστρο θα είναι ορατό για δισεκατομμύρια χρόνια, αλλά στο τέλος θα ψυχραθεί και θα γίνει ένας αόρατος Μαύρος Νάνος.

'Οταν ο 'Ηλιος μας γίνει ένας Κόκκινος Γίγαντας, η έκτασή του θα καταπιεί πρώτα τον Ερμή (που βρίσκεται σε απόσταση 58 εκατομμύρια χιλιόμετρα από τον 'Ηλιο), θα απορροφήσει την Αφροδίτη (108 εκατομμύρια χιλιόμετρα μακριά), θα εγκολπώσει τη Γη (150 εκατομμύρια χιλιόμετρα μακριά), και τελικά θα πλησιάσει τον 'Αρη (228 εκατομμύρια χιλιόμετρα μακριά).

Ευτυχώς για μας αυτή η μοίρα βρίσκεται σε απόσταση 5000 εκατομμυρίων ετών από μας. Ο 'Ηλιος είναι ένας ζωηρός ενήλικας που έχει ένα λαμπρό μέλλον μπροστά του.

Για περισσότερη μελέτη

J. Audouze και G. Israel (eds) 1988 Cambridge Atlas of Astronomy (Cambridge University Press).

...πίσω στον κατάλογο των άρθρων