Vì sao Mặt trời có thể cháy sáng trong không gian mà không cần oxy?

Theo các nhà khoa học, Mặt trời của chúng ta hiện này đã khoảng 4,6 tỷ năm tuổi và nó cũng đã cháy sáng trong suốt khoảng thời gian dài tưởng chừng vô tận đó kéo dài cho đến khoảng 5 tỷ năm nữa mới kết thúc.

Vậy bạn có bao giờ tự hỏi rằng tại sao Mặt trời ở trong không gian – môi trường không trọng lực, không có oxy mà nó vẫn có thể cháy sáng được hay không?

Cháy là một phản ứng hóa học được diễn ra khi có sự tồn tại của oxy, trong đó năng lượng được giải phóng ra dưới dạng nhiệt, đồng thời nguyên tử carbon kết hợp với oxy và sinh ra các loại khí carbon dioxide (CO₂) và carbon monoxite (CO), ngoài ra nguyên tử hydro cũng kết hợp với oxy để tạo thành nước. Những phản ứng cháy mà con người thấy hàng ngày trên Trái Đất là sự đốt cháy carbon, và nó cần có oxy để duy trì, khi hết oxy thì quá trình đốt cháy carbon cũng dừng lại.

Tuy nhiên, sự cháy sáng của Mặt trời không phải là một phản ứng cháy trong hóa học như chúng ta biết, mà thực chất đó là dạng phản ứng tổng hợp hạt nhân. Phản ứng tổng hợp hạt nhân không cần đến oxy, do đó Mặt trời không cháy bằng cách sử dụng khí oxy như thông thường mà nó giống như một quả bom khinh khí khổng lồ cháy sáng suốt hàng tỷ năm qua.

Trong phản ứng tổng hợp hạt nhân, các hạt nhân của nguyên tử hợp nhất với nhau để tạo ra những hạt nhân mới lớn hơn. Cấu tạo và tính chất của một nguyên tử được quyết định bởi hạt nhân tạo nên nó, do đó khi hạt nhân thay đổi tức là nguyên tử sẽ tạo thành một nguyên tốt mới. Ví dụ 2 nguyên tử hydro hợp lại sẽ tạo thành một nguyên tử heli.

Có hai lực chính tác động đến hạt nhân trong một phản ứng tổng hợp hạt nhân đó là lực đẩy điện từ và lực hấp dẫn hạt nhân. Phản ứng này không cần thêm các nguyên vật liệu khác mà chỉ cần nhiệt độ hoặc áp suất đủ lớn giúp các hạt nhân thắng được lực đẩy điện tử để tiến đến gần nhau liên kết với nhau tạo thành một hạt nhân mới.

Ảnh chụp bề mặt của Mặt trời.

Ví dụ, cách để tạo nên áp suất và nhiệt độ cao trong một quả bom hạt nhân là cho kích nổ các quả bom khác. Hoặc cách để tạo nên áp suất và nhiệt độ cao trong lò phản ứng hạt nhân là chèn sóng điện từ hoặc cung cấp thêm những hạt năng lượng cao.

Còn đối với phản ứng tổng hợp hạt nhân diễn ra ở các ngôi sao như Mặt trời thì áp suất và nhiệt độ cao được tạo nên bởi lực hấp dẫn rất lớn. Quá trình nhiệt hạch ở đây được diễn ra từ sự hợp nhất hydro với chính nó hoặc với các nguyên tố nhẹ khác. Do đó, các ngôi sao có khối lượng đủ lớn để tạo thành các lực hấp dẫn đủ mạnh sẽ có thể hình thành phản ứng tổng hợp hạt nhân.

Phản ứng này sẽ tạo ra năng lượng nhiệt vô cùng lớn và phát sáng như Mặt trời của chúng ta hiện nay hoặc các ngôi sao mà chúng ta có thể quan sát trên bầu trời. Mặt trời có nhiệt độ bề mặt khoảng hơn 5000 độ C và nhiệt độ trong lõi vào khoảng 16 triệu độ C, áp suất trong lõi lên đến 25 nghìn tỷ N/m².

Đồng thời, chính năng lượng từ quá trình đốt cháy của các ngôi sao sẽ tiếp tục duy trì phản ứng tổng hợp hạt nhân của chúng cho đến khi heli ở trong lõi bị đốt cháy hết và sụp đổ để trở thành các sao lùn trắng hoặc tạo thành vụ nổ siêu tân tinh nếu ngôi sao đó đủ lớn.

• Tại sao mọi người bị cảm lạnh và cúm nhiều hơn trong mùa đông?
• Nước Nga đất rộng người thưa, tại sao người dân lại "đổ xô" tới sống ở các thành phố chật chội và đắt đỏ?
• Tại sao chúng ta dễ tăng cân vào mùa lạnh?