Масова втрата Сонця радіацією

У 1905 році, коли він висловив свою теорію спеціальної теорії відносності, Альберт Ейнштейн вказав відповідність між енергією і масою.

Альберт Ейнштейн народився в Німеччині в 1879 році і помер у місті Принстон, штат Нью-Джерсі (США), в 1955 році.

Він висловив цю ідею наступним рівнянням, яке прилипало до нього так, ніби це символізувало його генія:

E - енергія, що відповідає масі M
це швидкість світла, вона коштує близько 300000 км/с = 3,10 8 м/с

Це означає, що якщо система виробляє енергію, її маса зменшиться і навпаки збільшиться, якщо вона поглине енергію.

В крайньому випадку, якщо знищити кількість речовини, контактуючи з еквівалентною кількістю антиматерії, людина отримує енергію у цьому випадку у вигляді електромагнітного випромінювання.

Непросто продемонструвати цю зміну маси під час хімічних реакцій, оскільки вони включають відносно слабкі енергії.

Ядерні реакції є більш показовими, це взаємодії між ядрами атомів. Розглянемо, наприклад, атомну масу ізотопу 12 вуглецю (12 С), яка за визначенням точно дорівнює 12 одиницям атомної маси (u), і порівняємо її з масою ізотопу 1 атома водню (1 Н), яка дорівнює 1,007825 u.

Ядро атома вуглецю утворюється шляхом злиття 12 ядер атомів водню, тому можна було б очікувати, що його атомна маса буде 12 х 1,007825 = 12,0939 u.
Різниця мас 12.0939 - 12 = 0.0939 u еквівалентна енергії, що виділяється злиттям атомів водню (насправді утворення атомів вуглецю є результатом послідовності ядерних реакцій, які випромінюють електромагнітне випромінювання та випромінювання частинок).

Але повернемося до нашої зірки, Сонця, яке щосекунди випромінює величезну кількість енергії.

Для предмета, який нас цікавить тут, це означає, що Сонце втрачає масу, випромінюючи свою енергію.

Я пропоную вам розрахувати кількість маси, яку Сонце втрачає щосекунди через випромінювання.

Спершу обчислимо потужність, яку випромінює Сонце.

Для цього ми маємо «сонячну константу», яку ми назвемо «К». Він представляє потужність сонячного випромінювання, отриманого поверхнею 1 м 2, розташованою на відстані 1 астрономічної одиниці.
Одна астрономічна одиниця = 1 АС = середня відстань Земля-Сонце = 149 597 870 700 м = 1496,10 11 м

K = 1367 Вт/м 2 [Формула 2]

Отже, ця поверхня належить кулі з центром на Сонці, радіус R якої дорівнює 1 а.е. Обчислимо площу S цієї сфери:

S = 4.π.R 2 [Формула 3]

Щоб визначити загальну потужність "Р", яку випромінює Сонце, досить помножити це значення на сонячну константу:

P = K.S = 3.84.10 26 Вт = 3.84.10 26 Дж/с [Формула 4]

Результат виражаємо в Джоулях на секунду (Дж/с), щоб врахувати енергію. Ви повинні знати, що 1 Вт відповідає застосуванню енергії (ми також називаємо роботу) одного Джоуля на одну секунду. Отже, числове значення у ватах дорівнює значенню, вираженому в Джоулях за секунду.

Назвемо «Е» енергію, яку випромінює Сонце щосекунди, тому вона дорівнює Р.

Тепер у нас є всі необхідні елементи для застосування формули еквівалентності між масою та енергією.

Перш за все, давайте виразимо Формулу 1 інакше:

[Формула 5]

Давайте замінимо Е його виразом Формули 4 і складемо числову карту:

[Формула 6]

Тому маса Сонця зменшується більш ніж на 4 мільйони тонн щосекунди під впливом лише його електромагнітного випромінювання.

Це здається величезним, але маса Сонця така, що воно може витримати цей ритм дуже довго.

Дійсно, маса Сонця становить 1 889,10 30 кг, і я дозволяю вам підрахувати, як довго воно могло б приймати це "випаровування" (ігноруючи інші явища, які впливатимуть на його майбутнє).