พลังงานจากดวงอาทิตย์

และเป็นแหล่งพลังงานที่สำคัญที่สุดของโลก ดวงอาทิตย์มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 1.4 ล้านกิโลเมตร อยู่ห่างจากโลก 150 ล้านกิโลเมตร มีองค์ประกอบเป็นไฮโดรเจน 74% ฮีเลียม 25% และธาตุชนิดอื่น 1% โครงสร้างของดวงอาทิตย์แบ่งออกเป็น 3 ส่วน คือ

แก่นปฏิกรณ์นิวเคลียร์ (Nuclear burning core มีขนาดประมาณ 25% ของรัศมี เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์แบบฟิวชัน เผาไหม้ไฮโดรเจนให้กลายเป็นฮีเลียม มวลบางส่วนได้เปลี่ยนเป็นพลังงาน มีอุณหภูมิสูงถึง 15 ล้านเคลวิน

โซนการแผ่รังสี (Radiative zone) อยู่ที่ระยะ 25-70% ของรัศมี พลังงานที่เกิดขึ้นจากแก่นปฏิกรณ์นิวเคลียร์ถูกนำขึ้นสู่ชั้นบนโดยการแผ่รังสีด้วยอนุภาคโฟตอน

โซนการพาความร้อน (Convection zone) อยู่ที่ระยะ 70-100% ของรัศมี พลังงานจากภายในถูกพาออกสู่พื้นผิว ด้วยการหมุนวนของก๊าซร้อน

พลังงานที่ถูกผลิตขึ้นจากแก่นปฏิกรณ์นิวเคลียร์ต้องใช้เวลาเดินทางนานถึง 170,000 ปี กว่าจะขึ้นสู่พื้นผิวของดวงอาทิตย์ และจะต้องใช้เวลาเดินทางอีก 8 นาที (ด้วยความเร็วแสง 300,000 กิโลเมตร/วินาที) กว่าจะถึงโลก

อุณหภูมิ ณ ใจกลางของดวงอาทิตย์สูงหลายล้านเคลวิน ทำให้เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่โปรตอน-โปรตอน (P-P chain) โดยโปรตอนของไฮโดรเจน 6 ตัว รวมตัวกันเป็นนิวเคลียสของฮีเลียม 1 ตัว และโปรตอนของไฮโดรเจนอีก 2 ตัว (6 mp = 1 mHe + 2 mp ดูภาพที่ 2 ประกอบ) มวลสารส่วนหนึ่งเปลี่ยนรูปเป็นพลังงานจำนวนมหาศาล ตามสมการ มวล-พลังงาน ของ อัลเบิร์ต ไอสไตน์ (Albert Einstein

E = mc^2

E = จำนวนพลังงานซึ่งเปลี่ยนรูปมาจากมวลสาร มีหน่วยเป็นจูล (J)
m = มวลสาร มีหน่วยเป็นกิโลกรัม (kg)
C = ความเร็วแสง = 300,000,000 เมตรต่อวินาที (m/s)

ปฏิกริยา P-P chain ณ ใจกลางของดวงอาทิตย์ ทำให้โปรตอนของไฮโดรเจน (mp) จำนวน 6 ตัว กลายเป็นนิวเคลียสของฮีเลียม (mp)จำนวน 1 ตัว และโปรตอนของไฮโดรเจน (mp) จำนวน 2 ตัว อยากทราบว่า มวลสารที่หายไป เปลี่ยนเป็นพลังงานจำนวนเท่าไร

กำหนดให้:

6 mp = 1 mHe + 2 mp
mp = 1.674 x 10^-27 kg
1 mHe = 6.643 x 10^-27 kg

หามวลที่หายไป:

6 mp = 6 x (1.674 x 10^-27) kg = 10.044 x 10^-27kg (1)

1 mHe + 2 mp = (6.643 x 10^-27) + 2 x (1.674 x 10^-27) kg= 9.991 x 10^-27kg (2)

(1) - (2) = (10.044 x 10^-27) - (9.991 x 10^-27) kg = 0.053 x 10^-27 kg

พลังงานที่เกิดขึ้นจากมวลที่หายไป:

E = mc^2
E = (0.053 x 10^-27 kg) (3 x 108 m/s)^ 2
= (0.053 x 10^-27 kg) (9 x 1016 m/s)
= 4.77 x 10^-12 Joule

หมายเหตุ: พลังานที่เกิดขึ้นในแต่ละวินาทีบนดวงอาทิตย์ = (4.77 x 10^-12 ) x 10^34 = 4.77 x 10^22 Joule

ทำให้ทราบว่า ทุกๆ 1 วินาที ดวงอาทิตย์เผาไหม้ไฮโดรเจน จำนวน 600,000 ล้านกิโลกรัม นักวิทยาศาสตร์คำนวณอัตราการเผาไหม้ กับปริมาณไฮโดรเจนและฮีเลียมที่มีอยู่บนดวงอาทิตย์ ทำให้ทราบว่า ดวงอาทิตย์มีอายุประมาณ 4,600 ล้านปีมาแล้ว และยังคงเหลือไฮโดรเจนให้เผาไหม้ได้ต่อไปอีก 5,000 ล้านปี

ขอขอบคุณ ข้อมูลที่มีประโยชน์จาก เว็บไซต์ LESA โครงการเรียนรู้วิทยาศาสตร์โลกและอวกาศ
เพื่อร่วมกันสร้างสังคมแห่งการเรียนรู้บนโลกอินเตอร์เน็ต

ผู้มีบทความทางด้านวิทยาศาสตร์น่ารู้
สามารถส่งผลงานของท่านมาได้ที่ arunee@teeneemedia.com