بلوغ ستارگان

در جسمی به جرم خورشید، که چندین هزار بار پرجرم‌تر از زمین است، نیروی رو به درون گرانش شدت بسیار زیادی دارد. برای مثال، نیروی گرانشی در سطح خورشید سی‌ بار بیش‌تر از نیرویی است …

در جسمی به جرم خورشید، که چندین هزار بار پرجرم‌تر از زمین است، نیروی رو به درون گرانش شدت بسیار زیادی دارد. برای مثال، نیروی گرانشی در سطح خورشید سی‌ بار بیش‌تر از نیرویی است که در روی زمین تحمل می‌کنیم. در مورد ستارگان دیگر نیز تقریباً چنین است. در سطح ستاره‌ی شعرای یمانی نیروی گرانشی به بیست برابر گرانش در سطح زمین می‌رسد. این نیروی پرتوان رو به درون که درمرحله‌ی تولد، سبب اصلی شکل‌گیری ستاره بوده، بر تمام سطح ستاره فشار می‌آورد و برای حفظ تعادل ستاره باید نیروهای دیگری با آن مقابله کنند.

مقدار نیروی گرانشی در سطح ستاره، هم به اندازه و هم به جرم کلی ستاره بستگی دارد. ستاره‌ای با اندازه‌ی بزرگ ولی جرم نسبتاً کم، گرانش سطحی کم‌تری دارد. برای مثال، گرانش سطحی ستاره‌ی ابط‌الجوز، با شعاع ۴۰۰ برابر شعاع خورشید ولی با جرم تقریبی ۲۰ برابر جرم خورشید، ۱۰۴ بار کم‌تر از گرانش سطحی خورشید است. از طرف دیگر، در ستارگانی با جرم بسیار زیاد ولی ابعاد کوچک‌تر، گرانش سطحی به طور باور نکردنی زیاد است.

در برابر نیروی رو به درون گرانش، فشاری رو به بیرون وجود دارد که به خاطر فشار گازهای داغ درون ستاره و فشار تابش است که از تولید نور بسیار زیاد در مرکز ستاره پدید می‌آید.

فشار گاز بسیار زیاد است، چرا که دمای درون ستاره بالاست. مقدار فشاری که گاز می‌تواند داشته باشد، مستقیماً به دمای گاز بستگی دارد. این موضوع را می‌توان در قالب حرکت اتم‌های گاز تجسم کرد. زیرا دما به سرعت این اتم‌ها وابسته است. در گازی که دمای بالا دارد، اتم‌ها سریع‌تر حرکت می‌کنند و از این رو، اگر به هم‌‌دیگر برخورد کنند، فشار بیش‌تری به وجود می‌آید. اگر گاز سردتر باشد، اتم‌ها با انرژی کم‌تری به هم برخورد می‌کنند و از این رو، فشارشان نیز کم‌تر است. در اعماق ستاره، فشار بی‌اندازه زیاد و دما بسیار بالاست. محاسبه شده که فشار در مرکز خورشید ۱۰۱۱ برابر فشار جو در سطح زمین و دما ۱۰۶*۱۴ کلوین است.

فشار گاز و تابش حاصل از گرمای درون ستاره به تنهایی نمی‌تواند در مقابل فشار گرانش مقاومتی دائمی داشته باشند. با مطالعات بیش‌تر اخترشناسان بدیهی بود که نیروهای ناشناخته‌‌ی دیگری سبب تولید انرژی بسیار زیاد و بالا نگه‌داشتن دمای مرکز خورشید و ستارگان دیگر هستند. درک این نکته نیز آسان بود که این مکانیسم، در هر صورت باید چنان منبع توانمندی باشد که بتواند ستارگان را در طول میلیاردها سال درخشان نگه دارد. معقول‌ترین پیشنهاد دانشمندان این بود که ستارگان انرژی خود را به طریقی از هسته‌ی اتم‌ها تأمین می‌کنند. به این ترتیب سال‌ها پیش از آن که تجربیات آزمایشگاهی و نیرو‌گاه‌های هسته‌‌ای وجود این انبار عظیم را نشان دهند، اخترشناسان در کشف و شناسایی انرژی هسته‌ای پیشقدم بودند.

اکنون به درستی می‌دانیم که انرژی هسته‌ای ستارگان، مطابق فرمول تبدیل جرم به انرژی انیشتین (E= mc۲) تولید می‌شود. در این رابطه m بر حسب گرم، c (سرعت نور) بر حسب سانتی‌متر در ثانیه و E بر حسب ارگ (واحد اندازه‌گیری انرژی در دستگاه سانتی‌متر ـ گرم ـ ثانیه) خواهد بود.

در این فرمول جرم در واقع تفاضل جرم‌ها است، یعنی تفاضل میان مجموع جرم‌ اتم‌های سبکی که به واکنش می‌پردازند (اتم‌های هیدروژن) و جرم اتم‌های سنگین‌تری که از واکنش نتیجه می‌شوند. یعنی همان اتمهای هلیوم!

هر گاه ۴ اتم هیدروژن در دماهای زیاد و در حوالی مرکز ستاره با هم ترکیب شوند (فرآیند یا گذار گرما ـ هسته‌ای) و یک اتم هلیوم را به وجود آوردند، کاهش جرم عبارت است از :

گرم ۲۴-۱۰* ۶۹۲/۶ = ۲۴-۱۰* ۶۷۳/۱ * ۴ = (جرم اتم هیدروژن) * ۴

گرم۲۴-۱۰* ۰۵/۰ = (جرم اتم هلیوم) ۲۴-۱۰ * ۶۴۴/۶ - ۲۴-۱۰* ۶۹۲/۶

طبق محاسبات بالا ما در ابتدای واکنش ۴ اتم هیدروژن داشتیم که جرم آن‌ها ۲۴-۱۰* ۶۹۲/۶ گرم بوده است و در پایان واکنش یک اتم هلیوم به جرم ۲۴-۱۰ * ۶۴۴/۶ گرم داشتیم، مشاهده می‌کنیم که در این واکنش ۲۴-۱۰* ۰۵/۰ گرم از جرم گمشده است، جرم گمشده به انرژی تبدیل شده است :

ارگ ۵-۱۰*۴=۲ (۱۰۱۰*۳)* ۲۴-۱۰*۰۵/۰ = E = mc۲

بنابر این در خورشید یا هر ستاره‌ی دیگر هر بار که ۴ اتم هیدروژن با هم واکنش انجام می‌دهند (می‌گدازند) و یک اتم هلیوم را به وجود می‌آورند، ۵-۱۰*۴ ارگ انرژی تولید می شود.

خورشید در هر ثانیه در حدود ۲۳ ۱۰*۴ ارگ انرژی به فضا گسیل می‌کند. برای تولید این مقدار عظیم انرژی در هر ثانیه خورشید در هسته‌ی خود ۷۰۰۰۰۰ میلیون کیلوگرم هیدروژن را به مصرف می‌رساند و ۶۹۵۰۰۰ میلیون گرم هلیوم تولید می‌کند.

گر چه این اعداد خود بسیار بزرگ هستند، ولی کسری بسیار کوچک از جرم هیدروژن موجود به شمار می‌آیند. از این رو خورشید به احتمال زیاد چندین میلیارد سال دیگر نیز همچنان خواهد درخشید.

http://www.shahabasman.blogfa.com/