Этот вопрос поднимался учеными (и не очень учёными) уже в XIX веке. В то время представлялись только два способа, которыми Солнце могло бы генерировать энергию: либо оно создавало тепло и свет в результате гравитационного сжатия — оно стягивалось к центру и излучало энергию (в виде тепла, которое мы чувствуем на поверхности Земли), поэтому со временем стало бы уменьшаться. И другое - Солнце горело буквально как уголь в печи в результате химической реакции, знакомой нам всем, и возникающей при разжигании огня. Взяв за основу то, что любая из перечисленных гипотез могла бы поддерживать объяснение функционирования Солнца, ученые тех лет точно рассчитали, какое время наше светило могло бы существовать, если бы на нем происходил соответствующий процесс горения. Но ни один результат не совпал с той цифрой, которую исследователи знали о возрасте Солнечной системы — а это 4,5 миллиарда лет. Если бы Солнце сжималось или горело, у него не было бы топлива уже задолго до того, как мы нарисовались на сцене эволюции. Стало очевидно, что на Солнце происходило что-то совсем другое.
Уравнение Энштейна
Несколько десятилетий спустя, вооружившись знаменитым уравнением Эншнейна E = mc2, которое предсказывало, что любая масса должна иметь эквивалентное количество энергии, британские астрономы в 1920-х годах предположили, что Солнце фактически превращало свою массу в энергию. Однако вместо печи, которая превращает древесину и уголь в золу и почерневший углерод (излучая свет и тепло), центр Солнца больше схож с гигантской атомной электростанцией.
На языке физики - Солнце содержит безмерно огромное количество атомов водорода. Как правило, нейтральный атом водорода содержит положительно заряженный протон и отрицательно заряженный электрон, который вращается вокруг него. Когда эти атомы водорода встречаются их соответствующие внешние электроны магнитно отталкивают друг друга. Это предотвращает встречу одного из протонов друг с другом. Но ядро Солнца сильно разогрето и находится под таким давлением, что атомы перемещаются с огромной кинетической энергией, которая позволяет им преодолевать силу, связывающую их структуру, и электроны начинают отделяться от своих протонов. Это означает, что протоны, обычно находящиеся внутри ядра атома водорода, могут касаться друг друга и объединяются в ядра других элементов в результате процесса, называемого термоядерным синтезом. И эта реакция происходит с высвобождением колоссального количества энергии.
Поскольку Вселенная сохраняет материю, она никак не может просто навсегда исчезнуть, эта масса превращается в неимоверное количество энергии — каждую секунду Солнце излучает 3,9 × 10 в степени 26 Вт мощности. (Это количество энергии настолько огромно, что, честно говоря, нельзя привести никакой аналогии с известными земными процессами. Возможно, это число можно оценить следующим образом: такое количество ватт намного больше, чем все электричество, которое весь мир будет тратить текущими темпами более нескольких сотен тысяч столетий)!
Эффективность реакции термоядерного синтеза является основной причиной того, что Солнце постоянно излучает то самое тепло — энергия, выделяемая путем превращения всего одного килограмма водорода в гелий эквивалентна той, которая выделяется при сжигании 20 000 тонн угля. Поскольку Солнце достаточно массивно и относительно молодое, ученые считают, что оно использовало менее половины своего топлива — водорода.
В конце концов, ядро Солнца преобразует весь свой водород в гелий, и звезда умрет. Но не стоит переживать. Этого не произойдет еще как минимум 5 миллиардов лет.