Nap
 |
A Naprendszer
messze legnagyobb tagja egy gáznemû sugárzó gömb, a Nap. A Naprendszer tömegének 99,87%-a koncentrálódik benne, a fennmaradó rész háromnegyedét pedig a Jupiter teszi ki. Átmérõje a Földének 109, míg a Jupiterének közel 10-szerese. Óriási tömege révén a Nap hatalmas gravitációs erõt fejt ki, s ez az erõ tartja együtt a rendszert, és irányítja valamennyi bolygó és kisebb égitest mozgását is. |
A kisugárzott energia
 |
A
Napból áradó fantasztikus mennyiségû energia elsõsorban
közeli ibolyántúli, látható és infravörös sugárzás
formájában hagyja el a csillagot, de emellett a Nap kisebb
mennyiségben mindenféle más sugárzást is kibocsát, a gamma-
és röntgensugaraktól egészen a rádióhullámokig. |
 |
A Nap elemi részecskéket is kisugároz, amelyet napszélnek nevezünk.
A Nap fehér fénye színképnek (spektrumnak) nevezett színes fénysávra bontható a vöröstõl a kékig és az ibolyáig. A látható spektrum pontosan olyan, mint a szivárvány, mert a levegõben lebegõ vízcseppek fénytörõ prizmaként bontják színeire a napfényt. A prizmával elõállított spektrum színeirõl elõször Newton mutatta ki, hogy további színekre már nem bonthatók. A napfény folyamatos színképében több ezer abszorpciós vonal található. Az abszorpciós vonalak ujjlenyomatként jellemzõek a Nap mélyebb légkörében található kémiai elemekre.
A Napból másodpercenként kisugárzott energia teljes mennyiségét a Nap sugárzási teljesítményének nevezzük, és ugyanúgy wattban fejezzük ki, mint egy villanykörte teljesítményét. Ez az érték 3,86*1026 watt. A kisugárzott energiamennyiségnek legfeljebb csak tízmilliárdod része éri el a Földet. A földi légkör 1 négyzetméterére merõlegesen beesõ teljesítmény még így is 1370 watt. Ez a mennyiség a napállandó.
A Nap szerkezete
A Nap átlagos sûrûsége (1410 kg/m3) a Föld átlagos sûrûségének csak egynegyede, a víz sûrûségének pedig 1,4-szerese, ami azt sugallja, hogy a Napot fõként könnyebb kémiai elemek alkotják: 73% hidrogén, 25% hélium, 2%-ban pedig nehezebb elemek.
 |
A
Nap belseje:
1.
centrális mag
2. röntgensugárzási zóna 3. konvektív zóna
A
Nap légköre:
1. fotoszféra (látható)2. kromoszféra 3. korona |
A Nap belseje
Mag
A Nap középpontjában a hõmérsékletet kb. 15 millió K-re, a sûrûséget pedig a ránehezedõ külsõ rétegek hatalmas nyomása miatt 160000 kg/m3-re (a víz sûrûségének 160-szorosára) becsülik.
 |
A
Nap rádiuszának mintegy egynegyedéig terjedõ központi mag
fúziós atomerõmûként mûködik ahol az energia nagyenergiájú
fotonok, így gamma- és röntgensugárzás formájában szabadul
fel a könnyebb elemek nehezebbekké való egyesülése közben.
A Nap magjában lejátszódó fúziós folyamatban proton-proton
reakció zajlik le, melynek során hidrogénatomok magjai (vagyis
protonok) egyesülnek, s héliumatommagok jönnek létre. Minden
reakció eredményeként 4 proton egyesül egy-egy héliummaggá
úgy, hogy közben kettõ átalakul neutronná. Minden reakcióban
egy kicsiny tömeg energiává alakul át az E=mc2 képletnek
megfelelõen. Bár az egyes proton-proton reakciókban a tömegnek
csak 0,7%-a alakul át energiává, a lejátszódó nagy számú
reakciók miatt a Nap másodpercenként 4 millió tonna anyagot
használ fel fényerejének megtartására. |
Az
óriási anyagvesztés ellenére a Nap még a mostanihoz hasonló
szinten 5 - 6 milliárd évig sugározhat.
Röntgensugárzási zóna
A magot veszi körül kb. a sugár 70%-áig a röntgensugárzási zóna. Ebben a tartományban a fotonok gyakran ütköznek, elnyelõdnek, majd véletlenszerûen kisugárzódnak. Egy-egy fotont oly sokszor érik ilyen megpróbáltatások, hogy legkevesebb tízezer, de akár 1 millió évig is eltarthat mire a felszínre ér.
Konvektív zóna
A Nap felszínközeli külsõ, 25 - 30%-ot kitevõ részében nagyarányú konvekció zajlik. A hõ az anyag áramlása révén jut el a fotoszférába, majd onnan sugárzódik ki a világûrbe. Ezt a réteget konvektív zónának nevezik.
A Nap légköre
Fotoszféra
A Nap "látható" felszíne a fotoszféra, amely vékony (kb. 400 km vastagságú) gáznemû réteg. A szemünkbe érkezõ napsugárzás több mint 90%-a itt keletkezik (reemittálódik). A fotoszféra hõmérséklete kb. 6000 K.
A fotoszféra fényes granulák millióiból áll. A granulák olyan cellák amelyekben a forró gázok a mélybõl felfelé igyekszenek és a granulák közötti sötétebb közökben süllyednek vissza. A granulák tulajdonképpen felszálló konvektív elemek. Egy granula kb. 500 km átmérõjû és 1-2km/s sebességgel mozog felfelé. A granulák élettartama 5-7perc, ezalatt keletkeznek, alakjukat változtatják és összekeverednek a környezetükkel, eltûnnek. Kialakulhatnak szupergranulák, amelyek több száz elkülönült granulát tartalmazó cellák.
 |
A
fotoszféra legfeltûnõbb jelenségei a napfoltok. Ezek két részbõl állnak, a sötétebb központi régióból (umbrából), és az, az umbrát körülvevõ világosabb régióból (a penumbrából), amelyet a középpont felõl szétágazó sötét és világos szálak alkotnak. A napfoltok sötétnek tûnnek a fotoszféra más részeihez viszonyítva, ami abból adódik, hogy környezetüknél mintegy 2000 K-nel alacsonyabb a hõmérsékletük. Hõmérsékletük átlagosan 4000 K. |
|
Egy
egyedülálló napfolt átlagos mérete 10 000 km, élettartama
kb. 1 hét. (a piciny pórusoktól a granula méreten keresztül
a több milliárd négyzetkilométerig terjedhet). A foltoknak
kb. 5%-a olyan nagy, hogy kedvezõ körülmények mellett szabad
szemmel is látni lehet. A napfoltok megjelenésének oka, hogy a
fotoszférában idõnként erõs mágneses tér jön létre. Ahol
a mágneses térerõsség megnövekedett, ott jelenik meg
napfolt. Vannak É-i és D-i polaritású napfoltok. A napfoltok csak ritkán láthatók egyedülálló foltként, általában foltcsoportokba tömörülnek. Egy foltcsoport jellegzetes mérete 100000km, élettartama kb. egy hónap. A legtöbb foltcsoport egy határvonallal két részre osztható; az egyik részben csak É-i, a másikban csak D-i polaritású foltok találhatók. Ezeket a foltcsoportokat poláros foltcsoportoknak nevezzük. A napfoltok száma kb. 11,2 éves ciklussal változik. Az egymás után következõ ciklusok maximumai között pedig kb. 80 éves periódust lehet felfedezni. Történelmi beszámolók szerint nem egy nagyobb szünet is volt a napfoltciklusban pl. a Maunder-féle minimum 1645 - 1715 között. |
|
A napfoltok környékén a fotoszféra világosabb gyöngyszerûen összefûzött szerkezetet mutat.
Ezt nevezzük fáklyamezõnek, ennek elemeit fáklyáknak.
A fáklyák a fotoszféra felsõ tartományában lévõ, a környezetüknél 300 fokkal magasabb hõmérsékletû felhõk.
Kromoszféra
A fotoszféra fölött a pár ezer kilométer vastag, ritkább réteg a kromoszféra helyezkedik el.
A kromoszférát már csak teljes napfogyatkozások alkalmával, vagy csak segédberendezésekkel figyelhetjük meg. Vastagsága mintegy 10 ezer km., sûrûsége már csak százezred része a fotoszféra sûrûségének. A kromoszférában a fotoszféra fölött néhány száz kilométer magasban a hõmérséklet 4300 K-re csökken. Ezután a hõmérséklet gyorsan nõ addig az átmeneti rétegig, amelyik a kromoszférát a Nap legkülsõ rétegét a koronától elválasztja.
A kromoszféra létét és magas hõmérsékletét a konvektív zónában keletkezõ különleges mágneses (magneto-hidrodinamikai) hullámoknak köszönheti.
 |
A
kromoszféra jellegzetes megnyilvánulásai a protuberanciák,
a Nap leglátványosabb jelenségei. Ezek a fotoszféra fölé
nyúló izzó gázhidak a Napon, amelyek a két napfoltot
összekapcsoló mágneses erõvonalakat követik. A felsõ
kromoszféra és a korona környezõ anyagánál alacsonyabb
hõmérsékletû, de nagyobb sûrûségû gázokból álló
felhõk, szökõkutak és lángnyelvek. Jellegzetes méretük 100
ezer km, élettartamuk kb. egy hónap, de ez utóbbi nagyon
változatos, akár egy évig is imbolyoghatnak a koronában. Az
is elõfordulhat, hogy hirtelen akár 1000 km/s sebességgel ,
százezer kilométerekre kilódulhatnak a világûrbe. Teljes napfogyatkozáskor közvetlenül is láthatók, de leginkább azokon a hullámhosszokon figyelhetõ meg, amelyeken a hidrogén és a hélium fényt bocsát ki vagy nyel el. |
 |
A
Nap leghevesebb megnyilvánulásai a flerek. A fler
lényegében a kromoszféra hirtelen kifényesedése a
napfoltcsoportok fölött. A kifényesedés néhány perc alatt
megy végbe, majd 20-100 perc alatt ismét
elhalványodik. (Élettartama maximum pár óra.) Az összetett napfoltcsoportokhoz kapcsolódó összekuszálódott mágneses térben felhalmozott energia robbanásszerûen felszabadul, s ennek következtében az ott levõ elemi részecskék (elektronok, de néha protonok is) nagy sebességre gyorsulnak fel és kilökõdnek. |
|
Ilyenkor
nagy energiájú részecskék zápora éri el a Föld mágneses
mezejét illetve légkörét. Igen ritkán olyan nagyintenzitású napkitörések is elõfordulnak, amelyek alkalmával kozmikus (közel fénysebességgel mozgó) protonokat is észlelhetünk. Ezeket proton flereknek nevezzük |
|
Korona
|
A
korona a Napsugarát többszörösen kitevõ távolságig terjed,
hõmérséklete 1 - 5 millió K között van. A korona a
kromoszféránál is ezerszer kisebb sûrûségû gázfelhõ (1
milliószor ritkább, mint a Föld légköre), de részecskéinek
nagy az energiája, így magas a hõmérséklete. A korona
fûtésében is a konvektív zónában keletkezõ mágneses
hullámok játsszák a fõszerepet. |
|
 |
A
belsõ korona mintegy 1,5 milló km-re terjed ki, , de nagy
anyagkiáramlásai akár 3 millió km-re is kiterjedek,
folyamatosan megy át a bolygóközi anyagba. A korona túl halvány ahhoz, hogy speciális eszközök nélkül látni lehessen, ami alól kivétel a teljes napfogyatkozás ideje, amikor a holdkorong legfeljebb néhány percre takarja el a fotoszféra vakító fényét. A kép 1991. július 11-én készült (Kaliforniában ) 5 egyedi kép felhasználásával. |
A korona jóval forróbb a fotoszféránál és magas hõmérséklete miatt a röntgensugárzása igen erõs, a fotoszférával ellentétben, amelynek röntgensugárzása elenyészõ. A napfoltmaximumokat kivéve a korona szerkezete meglehetõsen egyenetlen. A röntgen- és ibolyántúli felvételeken sötét foltokként feltûnõ koronalyukak hidegebb, alacsonyabb sûrûségû és nyitott mágneses mezejû képzõdmények (azaz a mágneses erõvonalak valahol a bolygóközi térben záródnak ahelyett, hogy visszakanyarodnának a Nap felé). A koronalyukakból áramlanak ki azok a részecskék amiket napszélnek nevezünk. A teljes napfogyatkozás alkalmával szépen megfigyelhetõ.
|
A
NAP ADATAI
|
|
|
Tömeg A Föld tömegével kifejezve: |
1,989
1030 kg
332 830*Föld tömeg |
|
Egyenlítõi
sugár A Föld egyenlítõi sugarával: |
695
000 km
108,97 |
|
Közepes
sûrûség (gm/cm3) |
1,41
gm/cm3
|
|
Tengelyforgási
idõ |
25
-36 nap
|
|
Egyenlítõi
nehézségi gyorsulás |
274
m/sec2
|
|
Szökési
sebesség |
618,02
km/sec
|
|
Felszíni
hõmérséklet kb. |
6000
K
|
|
Centrális
hõmérséklet |
10-20
millió K
|
|
Összetétele: Hidrogén Hélium Oxigén Szén Nitrogén Neon Vas Szilicium Magnézium Kén Egyéb |
Összetétele:
92,1 % 7,8 % 0,061 % 0,030 % 0,0084 % 0,0076 % 0,0037 % 0,0031 % 0,0024 % 0,0015 % 0,0015 % |
A Nap gyorsabban forog az egyenlítõjénél mint a pólusokon. Az egyenlítõn mért forgási periódus 25 nap, a sarkok közelében 35 nap.
Napfogyatkozás
A teljes napfogyatkozás egyáltalán nem ritka jelenség. Földünk valamely vidékén minden másfél évben megfigyelhetõ ha jó az idõjárás. Akkor következik be, ha a Hold éppen a Nap és a Föld közé kerül, s árnyékát bolygónkra vetíti. Minthogy a Naphoz képest mind a Hold mind pedig a Földünk mozgásban van, az árnyék szinte végigszáguld bolygónk felszínén, végigsöpörve az úgynevezett totalitási zónát. Ha valaki ebbõl a sávból figyeli a Napot, teljes napfogyatkozás tanúja lehet. Ez a zóna azonban rendkívül keskeny, ezért a Föld egy kiválasztott pontján nagyon ritkán következik be teljes napfogyatkozás, hozzávetõlegesen 300 évenként egyszer és akkor is csupán maximum 8 percig.
Egy-egy fogyatkozás kezdete szinte eseménytelen. A Hold korongja kis horpadást alkot a Nap nyugati peremén, jelezve, hogy a csillagászati esemény elkezdõdött. A sötét folt egyre növekszik, s alig egy óra múltán már csak keskeny, vakító sarlócska ragyog az égen. Eddig tart arészleges napfogyatkozás.
Részleges napfogyatkozás idején a fák lombjának árnyékában csupa sarlóalakú foltot figyelhetünk meg. A következõk miatt: a fényfoltok a lomb árnyékában tulajdonképpen a Nap tükörképei, fogyatkozáskor pedig a Napnak sarló alakja van és pontosan ilyen alakú a mása is a lomb árnyékában.
A teljes fogyatkozás bekövetkezte elõtti néhány percben aztán drámai fejleményeknek lehetünk tanúi. A hõmérséklet hirtelen csökken az árnyékzónában, mivel sokkal kevesebb napsugárzás éri. Az égbolt elsötétül és gyakran mélykék színûvé válik, a távoli részeit sárgás színû köd borítja. A madarak megzavarodva a váratlan "alkonyattól" fészkükre szállnak. Hirtelen minden elsötétül. A Nap egyre keskenyedõ sarlója szinte gyöngysorrá töredezik, s látványosan sziporkázik a Hold hegyei közt levõ völgyeken át. Néhány csillogó "gyöngyszem" összekapcsolódik, s ragyogó gyûrût von csillagunk köré. Ezt a tüneményt szokták "gyémántgyûrûként" emlegetni. A teljes fogyatkozás pillanataiban a Nap légkörének halványabb, külsõ rétegeit, a koronát is megpillanthatjuk a Hold sötét sziluettje körül. Ezüstfehér színû, szálas, pelyhes szerkezete miatt madárszárnyakhoz hasonlít. A teljes napfogyatkozás néhány perce alatt készült színes felvételeken a korona belsõ tartományaiban valószínûleg rózsaszínes foltokat találunk, amelyek napkitörések fényesen izzó hidrogénfelhõi.
Teljes napfogyatkozás csak olyankor következhet be, amikor a Hold árnyékkúpja eléri bolygónk felszínét. A holdpálya elnyúlt ellipszis lévén csak olyankor jöhet létre totális fogyatkozás, amikor égi kísérõnk a pályájának Földhöz közelebbi felén jár, azaz a perigeum környékén tartózkodik.
Ha a Hold pályájának távolabbi felében, az apogeum környékén található a fogyatkozás idején, akkor árnyékkúpjának hegye nem éri el Földünket, s égi kísérõnk kisebb átmérõjûnek látszik mint a Nap. Ilyenkor a Hold pereme körül a napkorong fényesen ragyogó szélét láthatjuk. Ez az úgynevezett annuláris, vagy gyûrûs napfogyatkozás rendkívül látványos, de tudományos szempontból alig van jelentõsége.
Centrális fogyatkozásról beszélünk, ha a Hold árnyékkúpjának hegye éppen csak súrolja a Föld felszínét, s ilyenkor a fogyatkozási sáv egy részén teljes, másutt gyûrûs fogyatkozást figyelhetünk meg. Átlagosan 18 évenként fordul elõ.
 |
Azok
a megfigyelõk, akik a teljes vagy gyûrûs fogyatkozás sávjától
nem túl messze végzik vizsgálataikat, részleges fogyatkozás
szemtanúi lehetnek. Ilyenkor ugyanis a Hold a napkorongot csak
részben takarja el. Ilyenkor a megfigyelõ a Hold félárnyékában
van. A kép Vácott készült (saját fotó részlete), ahonnan csak részleges napfogyatkozást lehetett látni, amikor Magyarországon 1999. augusztus 11-én másfél évszázad múltán (1842-ben volt korábban) köszöntött be ismét a nappali sötétség a Sopron - Békéscsaba közötti területen, 112 kilométeres szélességben. |
A fogyatkozásokat szabad szemmel nézni rendkívül veszélyes! Sokan, fõként gyerekek, hajlamosak rá, hogy minden segédeszköz nélkül bámulják a fogyatkozásban levõ Napot, s eközben súlyos retinaégést szenvednek. A szemlencse ugyanis (az egyszerû nagyítóhoz hasonlóan) összegyûjti a Nap sugarait, amelyek találkozási helyükön, a retinán égési sebet okoznak. Ez pedig teljes vaksághoz vezethet.
A részleges napfogyatkozások során leggyakrabban használt megfigyelési segédeszköz egy gyertyalánggal mindkét oldalán bekormozott közönséges üvegdarab. Az elõhívott filmek végén található fekete befûzõdarabok is alkalmasak erre a célra, ha elég sötétek. A legjobb a hegesztõk által használt védõszemüveg. A teljes fogyatkozás alatt nyugodtan csodálhatjuk a jelenséget, minthogy ilyenkor a Nap környékének fényessége a teliholdéhoz hasonló. Ha valakinek elég sok pénze van, vagy már annyira ért a csillagászathoz, hogy befizetik egy ilyen útra, akár szuperszonikus repülõgéprõl is végezheti a vizsgálatait, amely a legkedvezõbb irányba repülve két óráig is a teljes napfogyatkozás övezetében tartózkodhat (egyébként ilyet már csináltak).
A Nap csak Kopernikusz után (XVI. sz.) foglalhatta el az õt megilletõ helyet a Naprendszer középpontjában.
 |
A
Nap csak egy csillag a sok közül, amely pusztán azért látszik
olyan fényesnek, mert rendkívül közel van hozzánk. Ha ugyanolyan távol volna, mint a második legközelebbi csillag, az Alfa Centauri, semmivel sem volna különb, mint a többi fényes csillag. Eltekintve a bolygórendszerünkben elfoglalt középponti helyétõl, nincs semmi olyan különös ismertetõjele amely megkülönböztetné a Tejútrendszer sok milliárdnyi hasonló csillagától. |
A földlakók szempontjából természetesen rendkívül fontos szerepet játszik a Nap, mivel az élethez elengedhetetlenül fontos meleg és fény forrása. A Nap szerepe nélkülözhetetlen az emberiség életében, az emberiség léte viszont teljesen lényegtelen az egész Világegyetem szempontjából.
Nap
 |
 |
A
Napról általában
A Nap csak
egy csillag a sok közül, amely pusztán azért látszik olyan
fényesnek, mert rendkívül közel van hozzánk. Ha ugyanolyan
távol (4,3 fényévre) volna, mint a hozzá hasonló
egyik legközelebbi csillag, az Alfa Centauri, olyannak látszana az
égen, mint a többi fényes csillag. A Nap a
legtöbb tekintetben átlagos csillag. Mérete,
tömege is közepes. A Föld szempontjából természetesen rendkívül
fontos szerepet játszik a Nap, mivel az élethez elengedhetetlenül
fontos meleg és fény forrása. A Nap nélkülözhetetlen az
emberiség életében.
A Naprendszer központi csillagában a Naprendszer tömegének 99,87%-a koncentrálódik. Óriási tömege révén a Nap hatalmas gravitációs erőt fejt ki, s ez az erő tartja együtt a rendszert, és irányítja valamennyi bolygó és kisebb égitest mozgását is.
A Napot számos ókori civilizációban természetfeletti jelenségnek tekintették és istenként tisztelték. Egyiptomban Amon, Mezopotámiában Samas, Görögországban Apollón néven tisztelték. Anaxagorasz görög filozófus az i. e. 5. században elsőként állt elő természettudományos magyarázattal: szerinte a Nap egy izzó vasgömb, szokatlan elképzelését istenkáromlásnak minősítették, és őt magát börtönbe vetették. Galileo Galilei a távcsövének megépítése után a Napot is tanulmányozta, felfedezve a napfoltokat, majdIsaac Newton prizma segítségével összetevőire bontotta a fehér napfényt. Ez utóbbi módszert felhasználva fedezte fel William Herschel az infravörös sugárzást 1800-ban. A 19. században végzett vizsgálatok során Joseph von Fraunhofer elsőként figyelt meg elnyelési vonalakat a Nap színképében, amelyből a naplégkörben lévő kémiai összetételre lehet következtetni. Hans Bethe 1939-ben dolgozta ki a magfúzió elméletét, ami magyarázatot adott a Nap energiatermelésére.
A Napból a Föld légköréhez merőlegesen érkező fény mennyisége átlagosan 1363 W/m2, ez a napállandó, ami a napfoltciklussal kb.0,1%-ot ingadozik. A napfény energiáját egyre nagyobb mértékben hasznosítják: elektromos áramot (napelemek, naperőművek) és hőenergiát (napkollektorok) állítanak elő belőle.
A Napot időnként részben vagy egészében elfedi a Hold, ekkor részleges vagy teljes napfogyatkozás következik be. Gyűrűs is lehet, ha a Nap aránylag közel, a Hold pedig távol van. Az ellipszis alakú pályák miatt ugyanis változó a Nap és a Hold látszó mérete. AHold árnyékfoltja nagy sebességgel mozog a földfelszínen. Magyarországról 1999. augusztus 11-én lehetett látni teljes napfogyatkozást. A Merkúr és a Vénusz is a Nap és a Föld közé kerülhet, ezek a bolygóátvonulások. Ilyen jelenséget, amikor egy bolygó eltakarja a csillaga egy részét és ezért a csillag fényessége az átvonulás idején kissé lecsökken, más csillagoknál is megfigyeltek, immár 100-nál is több "tranzitos exobolygót" fedeztek fel.
A Naprendszer központi csillagában a Naprendszer tömegének 99,87%-a koncentrálódik. Óriási tömege révén a Nap hatalmas gravitációs erőt fejt ki, s ez az erő tartja együtt a rendszert, és irányítja valamennyi bolygó és kisebb égitest mozgását is.
A Napot számos ókori civilizációban természetfeletti jelenségnek tekintették és istenként tisztelték. Egyiptomban Amon, Mezopotámiában Samas, Görögországban Apollón néven tisztelték. Anaxagorasz görög filozófus az i. e. 5. században elsőként állt elő természettudományos magyarázattal: szerinte a Nap egy izzó vasgömb, szokatlan elképzelését istenkáromlásnak minősítették, és őt magát börtönbe vetették. Galileo Galilei a távcsövének megépítése után a Napot is tanulmányozta, felfedezve a napfoltokat, majdIsaac Newton prizma segítségével összetevőire bontotta a fehér napfényt. Ez utóbbi módszert felhasználva fedezte fel William Herschel az infravörös sugárzást 1800-ban. A 19. században végzett vizsgálatok során Joseph von Fraunhofer elsőként figyelt meg elnyelési vonalakat a Nap színképében, amelyből a naplégkörben lévő kémiai összetételre lehet következtetni. Hans Bethe 1939-ben dolgozta ki a magfúzió elméletét, ami magyarázatot adott a Nap energiatermelésére.
A Napból a Föld légköréhez merőlegesen érkező fény mennyisége átlagosan 1363 W/m2, ez a napállandó, ami a napfoltciklussal kb.0,1%-ot ingadozik. A napfény energiáját egyre nagyobb mértékben hasznosítják: elektromos áramot (napelemek, naperőművek) és hőenergiát (napkollektorok) állítanak elő belőle.
A Napot időnként részben vagy egészében elfedi a Hold, ekkor részleges vagy teljes napfogyatkozás következik be. Gyűrűs is lehet, ha a Nap aránylag közel, a Hold pedig távol van. Az ellipszis alakú pályák miatt ugyanis változó a Nap és a Hold látszó mérete. AHold árnyékfoltja nagy sebességgel mozog a földfelszínen. Magyarországról 1999. augusztus 11-én lehetett látni teljes napfogyatkozást. A Merkúr és a Vénusz is a Nap és a Föld közé kerülhet, ezek a bolygóátvonulások. Ilyen jelenséget, amikor egy bolygó eltakarja a csillaga egy részét és ezért a csillag fényessége az átvonulás idején kissé lecsökken, más csillagoknál is megfigyeltek, immár 100-nál is több "tranzitos exobolygót" fedeztek fel.
A
Nap kb. egynegyed részéig terjed a központi mag, ahol a nagy
hőmérséklet
miatt végbemehet a fúziós energiatermelés. A
folyamat során nagyenergiájú fotonok keletkeznek.
A magot a röntgensugárzási zóna veszi körül kb. a sugár 70%-áig. Ebben a tartományban a fotonok gyakran ütköznek az atomokkal, elnyelődnek, majd kisugárzódnak. Egy-egy fotont oly sokszor érnek ilyen hatások, hogy mintegy tízezer évig is eltarthat, mire a felszínre ér.
A Nap felszíne alatti, sugarának 25–30%-át kitevő részében nagyarányú konvekció zajlik. Ezt a réteget konvektív zónának nevezik. A hő az anyag áramlása révén jut el a fotoszférába, majd onnan sugárzódik ki a világűrbe.
A Nap légkörét főként könnyebb kémiai elemek alkotják: 70% hidrogén, 28% hélium, 2%-ban pedig nehezebb elemek. A magban már csak 35% a hidrogén aránya (tömeg szerint).
A Nap energiatermelése, magfúzió
A Nap magjában a számítások szerint 15-16 millió K a hőmérséklet, 3·1011 atmoszféra nyomás uralkodik, a sűrűség 155 g/cm3. A Nap sugarának mintegy egynegyedéig terjedő központi mag fúziós atomerőműként működik, ahol az energia nagy energiájú fotonok, így gamma- és röntgensugárzás formájában szabadul fel a könnyebb elemek nehezebbekké való egyesülése közben. A fúziós folyamatban proton-proton reakció zajlik le, melynek során hidrogénatomok magjai (vagyis protonok) egyesülnek, s héliumatommagok jönnek létre (pp-ciklus). A protonok közötti elektromos taszítás ellenére akkor jöhet létre az ütközés, ha a részecskék nagyon nagy sebességgel mozognak, azaz óriási a hőmérséklet. Ám a Nap magjában az átlagos protonenergia kisebb, mint a Coulomb-gát magassága, a fúziót az alagúteffektus teszi lehetővé.
A Napban a pp-ciklus dominál, de kisebb mértékben a CNO-ciklus (1, 2) is hozzájárul az energiatermeléshez (utóbbi folyamat a nagyobb tömegű csillagokban jellemző). A Nap a mostanihoz hasonló szinten még 6 – 7 milliárd évig sugározhat.
A magot a röntgensugárzási zóna veszi körül kb. a sugár 70%-áig. Ebben a tartományban a fotonok gyakran ütköznek az atomokkal, elnyelődnek, majd kisugárzódnak. Egy-egy fotont oly sokszor érnek ilyen hatások, hogy mintegy tízezer évig is eltarthat, mire a felszínre ér.
A Nap felszíne alatti, sugarának 25–30%-át kitevő részében nagyarányú konvekció zajlik. Ezt a réteget konvektív zónának nevezik. A hő az anyag áramlása révén jut el a fotoszférába, majd onnan sugárzódik ki a világűrbe.
A Nap légkörét főként könnyebb kémiai elemek alkotják: 70% hidrogén, 28% hélium, 2%-ban pedig nehezebb elemek. A magban már csak 35% a hidrogén aránya (tömeg szerint).
A Nap energiatermelése, magfúzió
A Nap magjában a számítások szerint 15-16 millió K a hőmérséklet, 3·1011 atmoszféra nyomás uralkodik, a sűrűség 155 g/cm3. A Nap sugarának mintegy egynegyedéig terjedő központi mag fúziós atomerőműként működik, ahol az energia nagy energiájú fotonok, így gamma- és röntgensugárzás formájában szabadul fel a könnyebb elemek nehezebbekké való egyesülése közben. A fúziós folyamatban proton-proton reakció zajlik le, melynek során hidrogénatomok magjai (vagyis protonok) egyesülnek, s héliumatommagok jönnek létre (pp-ciklus). A protonok közötti elektromos taszítás ellenére akkor jöhet létre az ütközés, ha a részecskék nagyon nagy sebességgel mozognak, azaz óriási a hőmérséklet. Ám a Nap magjában az átlagos protonenergia kisebb, mint a Coulomb-gát magassága, a fúziót az alagúteffektus teszi lehetővé.
A Napban a pp-ciklus dominál, de kisebb mértékben a CNO-ciklus (1, 2) is hozzájárul az energiatermeléshez (utóbbi folyamat a nagyobb tömegű csillagokban jellemző). A Nap a mostanihoz hasonló szinten még 6 – 7 milliárd évig sugározhat.
 |
|
Nap
légköre
Légköri rétegei: fotoszféra, kromoszféra, napkorona, mely fokozatosan megy át a bolygóközi tér anyagába. A korona napfogyatkozáskor válik láthatóvá.
A Napból áradó hatalmas mennyiségű energia elsősorban közeli ultraibolya, látható és infravörös sugárzás formájában hagyja el a csillagot, de emellett a Nap kisebb mennyiségben mindenféle más sugárzást is kibocsát, a gamma- és röntgensugaraktól egészen a rádióhullámokig. A földi légkör ebből sokat elnyel, csak egy része ér le a felszínre. A Nap elemi részecskéket (főleg protonokat és elektronokat) is kisugároz, amelyet napszélnek nevezünk.
Légköri rétegei: fotoszféra, kromoszféra, napkorona, mely fokozatosan megy át a bolygóközi tér anyagába. A korona napfogyatkozáskor válik láthatóvá.
A Napból áradó hatalmas mennyiségű energia elsősorban közeli ultraibolya, látható és infravörös sugárzás formájában hagyja el a csillagot, de emellett a Nap kisebb mennyiségben mindenféle más sugárzást is kibocsát, a gamma- és röntgensugaraktól egészen a rádióhullámokig. A földi légkör ebből sokat elnyel, csak egy része ér le a felszínre. A Nap elemi részecskéket (főleg protonokat és elektronokat) is kisugároz, amelyet napszélnek nevezünk.
A Nap
"felszínének" jellemzői, a fotoszférában lejátszódó
jelenségek
A Nap általunk látható és megfigyelhető része a fotoszféra. A Földünkig eljutó napsugárzás 90%-a ebben a rétegben keletkezik. A fotoszféra átlagos hőmérséklete körülbelül 5800 K, de vannak ennél hidegebb (napfolt) és melegebb (fáklya) régiói. A fotoszférát granulák építik fel. A granulákban 5-7 km/s sebességgel felfelé áramló forró gáz van, míg a granulák között már a kihűlt, lefelé süllyedő gáz található. Egy átlagos granula átmérője 500 km. A granulák, miután létrejönnek, folyamatosan változtatják az alakjukat, keverednek az őket körülvevő anyaggal és lassan eltűnnek. Ehhez a folyamathoz 10-20 percre van szükségük. Több száz granulát tartalmazó cellából szupergranulák jöhetnek létre, melyek átmérője eléri a 30.000-50.000 km-es nagyságot is. A granulációval ellentétben a szupergranuláció nem figyelhető meg optikai távcsővel. A szupergranulák létezését a vízszintes sebességeloszlás mérésével lehet kimutatni. A szupergranulában a plazma áramlási sebessége 0,5 km/s. Egy szupergranula átlagos élettartama 1-2 nap lehet.
A napfoltok és fáklyák
A Nap fotoszférájának leglátványosabb képződményei a napfoltok. Távcsővel és néha szabad szemmel is jól megfigyelhető alakzatok. Először Galilei figyelte meg a napfoltokat, 1609-ben. (Idős korára ezért meg is vakult - a Napba szabad szemmel nézni tilos, mert maradandó szemkárosodást okozhat.). A napfoltok mérete nagyon változó lehet, az egészen aprótól az óriás méretig (több milliárd km2-nyi területű). A napfoltok általában nem egyedül jönnek létre, hanem csoportokat alkotnak. A napfoltcsoportok élettartama 1-4 hét között változik. A napfoltnak két része van. Egy sötétebb belső mag, az umbra és egy világosabb, szálas szerkezetű külső rész, a penumbra. A színbeli különbséget a hőmérséklet változása hozza létre. A napfolt eleve hidegebb a fotoszféra többi részénél, körülbelül 1500-2000 fokkal, az umbra a folt leghidegebb része, ezért látjuk sötétebbnek. A különféle hullámhosszokon más-más képet mutat a környezetük. A napfoltok keletkezését a mágneses térerősség megnövekedése okozza, általában egy hurok alakú mágneses erővonal-cső kibukkanása.
Vannak É-i és D-i polaritású
napfoltok.
A foltokban a mágneses tér erőssége elérheti a néhány ezer
gausst (néhány tized teslát), amit a Zeeman-effektus miatti
színképvonal-felhasadás mértékéből lehet meghatározni.
A napfoltok közelében gyakoriak a fáklyamezők. A fáklyákból kialakuló mezők fényes, gyöngyszerűen összefűzött alakzatot alkotnak. A környezetüknél 300 fokkal magasabb hőmérsékletű régiói a fotoszféra felső tartományának. A fáklyák kialakulásában is a mágneses tér játszik fontos szerepet. Napfoltciklus
A napfoltok száma időben változó, ebben a változásban megfigyelhető egy 9-13 éves, átlagosan 11,2 éves ciklikusság. Az egymást követő maximumok között ennyi idő telik el, amit napfoltciklusnak (naptevékenységi ciklusnak) nevezünk. Ha megnézzük a foltok számának időbeli változásátmutató ábrát, akkor látszik, hogy a maximumok magassága között különbségek vannak, illetve a ciklusok hossza is változó. Az is jól kirajzolódik, hogy a minimumtól a maximumig meredekebb az emelkedés, kb. 3-4 év, míg a napfoltok számának csökkenése egy lassabb folyamat. 1650 és 1700 között meglepően kevés volt a napfolt, ezt az időszakot Maunder-minimumnak nevezzük. Pillangódiagramnak hívjuk (alakja miatt) a napfoltcsoportok naprajzi szélesség szerinti eloszlásának ábrázolását. A következő napfoltmaximum időpontja és erőssége csak becsülhető.
A Nap általunk látható és megfigyelhető része a fotoszféra. A Földünkig eljutó napsugárzás 90%-a ebben a rétegben keletkezik. A fotoszféra átlagos hőmérséklete körülbelül 5800 K, de vannak ennél hidegebb (napfolt) és melegebb (fáklya) régiói. A fotoszférát granulák építik fel. A granulákban 5-7 km/s sebességgel felfelé áramló forró gáz van, míg a granulák között már a kihűlt, lefelé süllyedő gáz található. Egy átlagos granula átmérője 500 km. A granulák, miután létrejönnek, folyamatosan változtatják az alakjukat, keverednek az őket körülvevő anyaggal és lassan eltűnnek. Ehhez a folyamathoz 10-20 percre van szükségük. Több száz granulát tartalmazó cellából szupergranulák jöhetnek létre, melyek átmérője eléri a 30.000-50.000 km-es nagyságot is. A granulációval ellentétben a szupergranuláció nem figyelhető meg optikai távcsővel. A szupergranulák létezését a vízszintes sebességeloszlás mérésével lehet kimutatni. A szupergranulában a plazma áramlási sebessége 0,5 km/s. Egy szupergranula átlagos élettartama 1-2 nap lehet.
A napfoltok és fáklyák
A Nap fotoszférájának leglátványosabb képződményei a napfoltok. Távcsővel és néha szabad szemmel is jól megfigyelhető alakzatok. Először Galilei figyelte meg a napfoltokat, 1609-ben. (Idős korára ezért meg is vakult - a Napba szabad szemmel nézni tilos, mert maradandó szemkárosodást okozhat.). A napfoltok mérete nagyon változó lehet, az egészen aprótól az óriás méretig (több milliárd km2-nyi területű). A napfoltok általában nem egyedül jönnek létre, hanem csoportokat alkotnak. A napfoltcsoportok élettartama 1-4 hét között változik. A napfoltnak két része van. Egy sötétebb belső mag, az umbra és egy világosabb, szálas szerkezetű külső rész, a penumbra. A színbeli különbséget a hőmérséklet változása hozza létre. A napfolt eleve hidegebb a fotoszféra többi részénél, körülbelül 1500-2000 fokkal, az umbra a folt leghidegebb része, ezért látjuk sötétebbnek. A különféle hullámhosszokon más-más képet mutat a környezetük. A napfoltok keletkezését a mágneses térerősség megnövekedése okozza, általában egy hurok alakú mágneses
A napfoltok közelében gyakoriak a fáklyamezők. A fáklyákból kialakuló mezők fényes, gyöngyszerűen összefűzött alakzatot alkotnak. A környezetüknél 300 fokkal magasabb hőmérsékletű régiói a fotoszféra felső tartományának. A fáklyák kialakulásában is a mágneses tér játszik fontos szerepet. Napfoltciklus
A napfoltok száma időben változó, ebben a változásban megfigyelhető egy 9-13 éves, átlagosan 11,2 éves ciklikusság. Az egymást követő maximumok között ennyi idő telik el, amit napfoltciklusnak (naptevékenységi ciklusnak) nevezünk. Ha megnézzük a foltok számának időbeli változásátmutató ábrát, akkor látszik, hogy a maximumok magassága között különbségek vannak, illetve a ciklusok hossza is változó. Az is jól kirajzolódik, hogy a minimumtól a maximumig meredekebb az emelkedés, kb. 3-4 év, míg a napfoltok számának csökkenése egy lassabb folyamat. 1650 és 1700 között meglepően kevés volt a napfolt, ezt az időszakot Maunder-minimumnak nevezzük. Pillangódiagramnak hívjuk (alakja miatt) a napfoltcsoportok naprajzi szélesség szerinti eloszlásának ábrázolását. A következő napfoltmaximum időpontja és erőssége csak becsülhető.
A
kromoszféra
A Nap centrumától kifelé, a fotoszférát elhagyva jutunk a kromoszférába, amely a légkör következő rétege. A ritka és vékony (kb. 5000 km vastag) kromoszférán általában átlátunk, viszont napfogyatkozáskor, amikor a fedés idején a fotoszféra nem látható, néhány pillanatra jól megfigyelhetővé válik a kromoszféra. A kromoszféra szerkezetére az egyenetlen anyageloszlás jellemző, mivel a régión belül nagy hőmérséklet-változás következik be. A kromoszféra alján 6000 K uralkodik, míg a régió tetejére érve már 20000 K mérhető.
A protuberanciák és filamentumok A kromoszférában megfigyelhető leglátványosabb jelenségek egyike a protuberancia. A kromoszféra és a korona anyagánál alacsonyabb hőmérsékletű, de sűrűbb plazmából álló felhő, illetve lángnyelv. Nehezen megfigyelhető jelenség, leginkább azokon a hullámhosszakon lehet észlelni, ahol a hidrogén és a hélium fényt nyel el vagy bocsát ki. Filamentumnak akkor hívjuk a protuberanciát, ha a képződményt az elnyelési hullámhosszakon vizsgáljuk. A gyakori hurok alak a helyi mágneses teret rajzolja ki, hiszen az elektromosan töltött anyagra hat a mágneses Lorentz-erő. A protuberanciákat két osztályba sorolhatjuk: nyugodt és aktív protuberancia. A nyugodt protuberancia lassan változtatja az alakját és hónapokig,illetve akár egy évig is jelen van a légkörben. Ha a gáz nagyon gyorsan mozog és ezáltal az anyag kifelé száll, már aktív protuberanciáról beszélünk.
A Nap centrumától kifelé, a fotoszférát elhagyva jutunk a kromoszférába, amely a légkör következő rétege. A ritka és vékony (kb. 5000 km vastag) kromoszférán általában átlátunk, viszont napfogyatkozáskor, amikor a fedés idején a fotoszféra nem látható, néhány pillanatra jól megfigyelhetővé válik a kromoszféra. A kromoszféra szerkezetére az egyenetlen anyageloszlás jellemző, mivel a régión belül nagy hőmérséklet-változás következik be. A kromoszféra alján 6000 K uralkodik, míg a régió tetejére érve már 20000 K mérhető.
A protuberanciák és filamentumok A kromoszférában megfigyelhető leglátványosabb jelenségek egyike a protuberancia. A kromoszféra és a korona anyagánál alacsonyabb hőmérsékletű, de sűrűbb plazmából álló felhő, illetve lángnyelv. Nehezen megfigyelhető jelenség, leginkább azokon a hullámhosszakon lehet észlelni, ahol a hidrogén és a hélium fényt nyel el vagy bocsát ki. Filamentumnak akkor hívjuk a protuberanciát, ha a képződményt az elnyelési hullámhosszakon vizsgáljuk. A gyakori hurok alak a helyi mágneses teret rajzolja ki, hiszen az elektromosan töltött anyagra hat a mágneses Lorentz-erő. A protuberanciákat két osztályba sorolhatjuk: nyugodt és aktív protuberancia. A nyugodt protuberancia lassan változtatja az alakját és hónapokig,illetve akár egy évig is jelen van a légkörben. Ha a gáz nagyon gyorsan mozog és ezáltal az anyag kifelé száll, már aktív protuberanciáról beszélünk.
Napkitörések,
flerek A
Földre legnagyobb hatással a napkitörések vannak. A Nap felszíne
közelében, a napfoltcsoportok
felett hatalmas
(minden bizonnyal fúziós) robbanások fordulnak elő, amikor a
mágneses tér nagyon összenyomja és felmelegíti a hidrogéngázt.
Ilyenkor nagy sebességgel plazmafelhő hagyja el a csillagot, s
indul el a bolygóközi térbe. Ha Földünket eléri, jelentős
hatásai vannak: megváltozik az ionoszféra magassága és
vastagsága, geomágneses viharok alakulnak ki, több lesz a sarki
fény. A nagyfeszültségű vezetékekben nagy áramlökések
indukálódhatnak, emiatt már több alkalommal keletkeztek komoly
károk transzformátortelepekben.
A korona
Ez a régió helyenként nagyon forró, így igen erős röntgensugárzása van. A korona fűtésének mechanizmusa még nem teljesen tisztázott, pl. a mágneses erővonalak rezgései (a magnetoakusztikus hullámok) szállíthatnak oda energiát. A korona szerkezete egyenetlen. A röntgenfelvételeken sötét foltokat is meg lehet figyelni, melyek hidegebb, alacsonyabb sűrűségű és nyitott mágneses mezejű koronalyukak, innenindul ki a napszél. Napszélnek nevezzük, mikor a korona anyaga kifelé irányuló áramlást végez. Ekkor a részecskék hőmozgásának sebessége már meghaladja a szökési sebességet. Nagy plazmafelhők is kidobódhatnak (koronakitörés, CME: Coronal Mass Ejection). Az áramlási sebesség 400-800 km/s.
A Nap kutatása földi eszközökkel Kisebb távcsövekkel biztonságosan nézhetjük a Napot, ha speciális napfényszűrő fóliát vagy jól beállított Herschel-prizmáthasználunk, ami a fénynek csak kis töredékét engedi a szemünkhöz. Egyébként tilos távcsővel (de még szabad szemmel sem ajánlatos) a Napba nézni, vakságot okozhat!
Árulnak speciális kis naptávcsöveket hidrogén Balmer-alfa szűrővel (pl. Coronado típus). Ezekkel meglepően részletgazdag felvételeket lehet készíteni a Nap korongjáról, napkitörésekről.
Hazánkban a Nap megfigyelésével főleg az MTA CSKI Debreceni Napfizikai Obszervatóriumában foglalkoznak.
Híres a Nap kutatásáról a Mount Wilson (Kalifornia), National Solar Observatory (Tucson/Kitt Peak, Arizona), a High Altitude Observatory (Boulder, Colorado) és a svéd naptávcső (Kanári-szigetek).
Az eddigi legrészletesebb képet napfoltról az amerikai Big Bear Solar Observatory (BBSO, Kalifornia) csillagvizsgálóból készítették. Bolygónk felszínéről azért nehéz nagy felbontású, részletes optikai felvételeket kapni a csillagászati objektumokról, mert a légkör kavargó mozgása eltorzítja a rögzített képet. Ezt csökkentendő alkalmazzák az úgynevezett adaptív optikát, melynél a tükör alakját számítógéppel folyamatosan úgy módosítják, hogy az csökkentse a légkör hatását - így sikerült az eddigi legrészletesebb földfelszíni felvételeket elkészíteni. A csillagvizsgáló New Solar Telescope (NST) nevű naptávcsövének 1,6 méter átmérőjű főtükrét 97 apró mechanikai eszközzel folyamatosan deformálják. A fejlesztés során még ennél is részletesebb képeket várnak a távcsőtől. A napfoltokról készült fotókon 80 kilométeres részleteket is megpillanthatunk, ami rekordnak számít. Jól megfigyelhető a képeken a napfoltok kettős szerkezete, a belső sötét umbra és a körülötte húzódó szálas penumbra, környezetében pedig a fotoszférának a granulációs (szemcsézett) szerkezete azonosítható. Hidrogén Balmer-alfa szűrővel a teljes napkorongról is rendszeresen készítenek felvételeket.
A Nap kutatása űreszközökkel
A Nap vizsgálatához számos űrszondát készítettek. Így lehetővé vált a csillagunk sugárzásának mérése minden hullámhossztartományban, olyanokban is, melyeket a földi légkör elnyel. A Nap megfigyelésére szolgáló első eszközök a NASA Pioneer szondái voltak 1959 és 1968 között. Ezek a Földdel megegyező távolságban keringtek a Nap körül, és a napszél alapos tanulmányozása mellett a Nap mágneses terének a felfedezése is nekik köszönhető. A Helios–1 jelű német-amerikai űrszonda – amelyet 1974-ben bocsátottak fel – pedig már a Merkúr pályáján belülről végzett kutatásokat. A Skylab űrállomásról, majd a Yohkoh űrtávcsővel vizsgálták a Nap röntgensugárzását.
A korona
Ez a régió helyenként nagyon forró, így igen erős röntgensugárzása van. A korona fűtésének mechanizmusa még nem teljesen tisztázott, pl. a mágneses erővonalak rezgései (a magnetoakusztikus hullámok) szállíthatnak oda energiát. A korona szerkezete egyenetlen. A röntgenfelvételeken sötét foltokat is meg lehet figyelni, melyek hidegebb, alacsonyabb sűrűségű és nyitott mágneses mezejű koronalyukak, innenindul ki a napszél. Napszélnek nevezzük, mikor a korona anyaga kifelé irányuló áramlást végez. Ekkor a részecskék hőmozgásának sebessége már meghaladja a szökési sebességet. Nagy plazmafelhők is kidobódhatnak (koronakitörés, CME: Coronal Mass Ejection). Az áramlási sebesség 400-800 km/s.
A Nap kutatása földi eszközökkel Kisebb távcsövekkel biztonságosan nézhetjük a Napot, ha speciális napfényszűrő fóliát vagy jól beállított Herschel-prizmáthasználunk, ami a fénynek csak kis töredékét engedi a szemünkhöz. Egyébként tilos távcsővel (de még szabad szemmel sem ajánlatos) a Napba nézni, vakságot okozhat!
Árulnak speciális kis naptávcsöveket hidrogén Balmer-alfa szűrővel (pl. Coronado típus). Ezekkel meglepően részletgazdag felvételeket lehet készíteni a Nap korongjáról, napkitörésekről.
Hazánkban a Nap megfigyelésével főleg az MTA CSKI Debreceni Napfizikai Obszervatóriumában foglalkoznak.
Híres a Nap kutatásáról a Mount Wilson (Kalifornia), National Solar Observatory (Tucson/Kitt Peak, Arizona), a High Altitude Observatory (Boulder, Colorado) és a svéd naptávcső (Kanári-szigetek).
Az eddigi legrészletesebb képet napfoltról az amerikai Big Bear Solar Observatory (BBSO, Kalifornia) csillagvizsgálóból készítették. Bolygónk felszínéről azért nehéz nagy felbontású, részletes optikai felvételeket kapni a csillagászati objektumokról, mert a légkör kavargó mozgása eltorzítja a rögzített képet. Ezt csökkentendő alkalmazzák az úgynevezett adaptív optikát, melynél a tükör alakját számítógéppel folyamatosan úgy módosítják, hogy az csökkentse a légkör hatását - így sikerült az eddigi legrészletesebb földfelszíni felvételeket elkészíteni. A csillagvizsgáló New Solar Telescope (NST) nevű naptávcsövének 1,6 méter átmérőjű főtükrét 97 apró mechanikai eszközzel folyamatosan deformálják. A fejlesztés során még ennél is részletesebb képeket várnak a távcsőtől. A napfoltokról készült fotókon 80 kilométeres részleteket is megpillanthatunk, ami rekordnak számít. Jól megfigyelhető a képeken a napfoltok kettős szerkezete, a belső sötét umbra és a körülötte húzódó szálas penumbra, környezetében pedig a fotoszférának a granulációs (szemcsézett) szerkezete azonosítható. Hidrogén Balmer-alfa szűrővel a teljes napkorongról is rendszeresen készítenek felvételeket.
A Nap kutatása űreszközökkel
A Nap vizsgálatához számos űrszondát készítettek. Így lehetővé vált a csillagunk sugárzásának mérése minden hullámhossztartományban, olyanokban is, melyeket a földi légkör elnyel. A Nap megfigyelésére szolgáló első eszközök a NASA Pioneer szondái voltak 1959 és 1968 között. Ezek a Földdel megegyező távolságban keringtek a Nap körül, és a napszél alapos tanulmányozása mellett a Nap mágneses terének a felfedezése is nekik köszönhető. A Helios–1 jelű német-amerikai űrszonda – amelyet 1974-ben bocsátottak fel – pedig már a Merkúr pályáján belülről végzett kutatásokat. A Skylab űrállomásról, majd a Yohkoh űrtávcsővel vizsgálták a Nap röntgensugárzását.
Az
egyik legsikeresebb szonda a SOHO (SOlar and Heliospheric
Observatory), amelyet 1995 végén indítottak, majd juttattak a
térben speciális helyre. A Földtől 1,5 millió km-re, mindig
a Nap és a Föld között tartózkodva (az L1 Lagrange-pont körüli
kis pályán) kering a Nap körül. Sokféle műszere a látható és
az ultraibolya
tartományban szinte
folyamatosan figyeli csillagunkat. A Nap korongjátegy
kis koronggal kitakarva (állandó
mesterséges napfogyatkozást létrehozva) kiválóan megfigyelhető
a légköre, koronája, anapkitörések
időbeli-térbeli lefolyása.
Forradalmian új eredményeket hozott a napfoltok szerkezetének
vizsgálata is. A Földre érkező napenergiának változását
szintén űrszondákkal mérik. A
napállandó: a
légkör tetején az 1 négyzetméterre másodpercenként érkező
elektromágneses sugárzási energia, átlagosan 1363 W/m2,
0,1%-ot ingadozik a napfoltciklus szerint.
Az 1990-ben
indított Ulysses űrszondát a Jupiterhez
irányították,
ahol az óriásbolygó gravitációs tere kilendítő hatásának
segítségével a szonda a bolygók síkjára közel merőleges
pályasíkra került, így a Nap körüli keringése (1, 2, 3)
során a csillagunk sarki részei felett repül el. Lehetségessé
vált a Nap poláris mágneses terének mérése, amit a Földről
nem tudunk elvégezni. A napszél
sebességeloszlásáról is
sok új információt kaptunk.
A Genesis űrszondát 2001-ben azzal a céllal indították a SOHO-éhoz hasonló pályára, hogy éveken át gyűjtse a Napból kiáramló részecskéket, a napszél összetevőit. 2004-ben hozta vissza az anyagmintát (sajnos a fékezés nem sikerült, a kapszula becsapódott a földbe), ezáltal a földi laboratóriumokban részletesen lehet vizsgálni a Nap kidobott anyagát. Számos további Nap-kutató űreszköz működik, melyek segítségével jobban megértjük csillagunk működését, a Földre gyakorolt hatását, előre tudjuk jelezni, mikor éri el nagy napkitörés bolygónkat. Ez azért is nagyon fontos, mert a naptevékenység alapvetően befolyásolja a földi időjárást. Az utóbbi években számos új szondával vizsgálják csillagunkat (pl. ACE, Trace, Hinode 1, 2). A Stereo misszió 2 szondából áll. A Földéhez hasonló pályán keringenek, lassan távolodnak két irányban bolygónktól. 2011 februárjában éppen a Nap két ellentétes oldalán voltak, így a csillagunk egésze tanulmányozható volt. A Solar Dynamic Observatory (SDO) a SOHO utóda, sokkal jobb felbontású kamerájával folyamatosan készít felvételeket több hullámhossztartományban.
A Nap forgása Mivel nem szilárd, hanem plazma az anyaga, a különböző szélességi körökön lévő területei eltérő sebességgel forognak; az egyenlítői területek 25, míg a sarkvidékek csak 32 naponként fordulnak körbe.
A Genesis űrszondát 2001-ben azzal a céllal indították a SOHO-éhoz hasonló pályára, hogy éveken át gyűjtse a Napból kiáramló részecskéket, a napszél összetevőit. 2004-ben hozta vissza az anyagmintát (sajnos a fékezés nem sikerült, a kapszula becsapódott a földbe), ezáltal a földi laboratóriumokban részletesen lehet vizsgálni a Nap kidobott anyagát. Számos további Nap-kutató űreszköz működik, melyek segítségével jobban megértjük csillagunk működését, a Földre gyakorolt hatását, előre tudjuk jelezni, mikor éri el nagy napkitörés bolygónkat. Ez azért is nagyon fontos, mert a naptevékenység alapvetően befolyásolja a földi időjárást. Az utóbbi években számos új szondával vizsgálják csillagunkat (pl. ACE, Trace, Hinode 1, 2). A Stereo misszió 2 szondából áll. A Földéhez hasonló pályán keringenek, lassan távolodnak két irányban bolygónktól. 2011 februárjában éppen a Nap két ellentétes oldalán voltak, így a csillagunk egésze tanulmányozható volt. A Solar Dynamic Observatory (SDO) a SOHO utóda, sokkal jobb felbontású kamerájával folyamatosan készít felvételeket több hullámhossztartományban.
A Nap forgása Mivel nem szilárd, hanem plazma az anyaga, a különböző szélességi körökön lévő területei eltérő sebességgel forognak; az egyenlítői területek 25, míg a sarkvidékek csak 32 naponként fordulnak körbe.
Nap
egyenetlenül forog, "differenciálisan rotál". Ez azt
jelenti, hogy egyrészt a forgás sebessége függ a
Nap egyenlítőjétől való távolságtól, a
heliografikus szélességtől (1, 2).
Az egyenlítőnél forog a leggyorsabban, a sarkok felé lassul a
forgás szögsebessége (ennek oka részben a Coriolis-erő, illetve
a felszín alatti nagy ún. meridionális áramlások).
Másrészt változik
a rotáció a felszín alatti mélységgel is.
A konvektív zóna és a sugárzási zóna határa (az
ún. tachoklína) alatt viszont már szinte merev testként,
egyenletesen,ugyanakkora
szögsebességgel forog
a Nap. Mindennekfeltérképezésében is nagy szerepe volt a SOHO-nak
és más űrszondák méréseinek.
A Nap rezgései Az 1980-as évek elején sikerült először megmérni a Nap felszínén az anyag mozgásának részletes sebességviszonyait (1, 2, 3, 4), aDoppler-mintázatát. Kiderült, hogy a csillagunk sok-sok frekvenciával (több módusban) oszcillál, hasonlóan rezeg, mint egy megkondított harang. 5 perc körüli periódussal ún. haladó hullámok terjednek a Nap felszínén, de a rezgések a belsejébe is behatolnak. A földrengésekhez hasonlóan a Napnál is különféle mélységekben verődnek vissza a hullámok, és éppen ez ad lehetőséget a belső szerkezet, sűrűségeloszlás feltérképezésére. Kialakult egy új tudományág, a helioszeizmológia, amely a naprezgések megfigyelésével és elméleti vizsgálatával foglalkozik. A nem radiális pulzáció akusztikus (p) módusai a felszín közelében, a gravitációs (g) módusai a csillag belsejében nagyobb amplitúdójúak.
A Nap rezgései Az 1980-as évek elején sikerült először megmérni a Nap felszínén az anyag mozgásának részletes sebességviszonyait (1, 2, 3, 4), aDoppler-mintázatát. Kiderült, hogy a csillagunk sok-sok frekvenciával (több módusban) oszcillál, hasonlóan rezeg, mint egy megkondított harang. 5 perc körüli periódussal ún. haladó hullámok terjednek a Nap felszínén, de a rezgések a belsejébe is behatolnak. A földrengésekhez hasonlóan a Napnál is különféle mélységekben verődnek vissza a hullámok, és éppen ez ad lehetőséget a belső szerkezet, sűrűségeloszlás feltérképezésére. Kialakult egy új tudományág, a helioszeizmológia, amely a naprezgések megfigyelésével és elméleti vizsgálatával foglalkozik. A nem radiális pulzáció akusztikus (p) módusai a felszín közelében, a gravitációs (g) módusai a csillag belsejében nagyobb amplitúdójúak.
A
Nap fejlődése, életútja
A Nap egy sárga törpe, átlagos csillag. Mintegy 12 milliárd évig tartó fejlődésének közel felénél tart, 4,57 milliárd éves. Anyagának csaknem háromnegyed része hidrogén, amely a magjában zajló magfúzió során héliummá alakul át, miközben energia, azaz nagy energiájú fotonok szabadulnak fel. Lassan nő a sugara, a felszíni hőmérséklete és a luminozitása. Ha majd elfogy a fűtőanyaga, akkor összehúzódik, de eközben annyira felmelegszik a magja, hogy beindul a már ott lévő hélium szénné való átalakulása. Ez a folyamatmég nagyobb energiatermeléssel jár majd, így a csillag mérete több százszorosára nő (valószínűleg a Földet is elnyeli). A felszíni rétege viszont kevésbé forró lesz a mostaninál, ún. vörös óriás csillag jön létre. Ez az állapot aránylag rövid ideig tart. A fúzió megszűnése után a belső nyomás lecsökken, a saját gravitációs vonzása miatt a csillag véglegesen összeroskad, egy kb. Föld-méretű, nagyon sűrű, forró ún. fehér törpe jön létre, amely évmilliárdok alatt kihűl.
A Nap egy sárga törpe, átlagos csillag. Mintegy 12 milliárd évig tartó fejlődésének közel felénél tart, 4,57 milliárd éves. Anyagának csaknem háromnegyed része hidrogén, amely a magjában zajló magfúzió során héliummá alakul át, miközben energia, azaz nagy energiájú fotonok szabadulnak fel. Lassan nő a sugara, a felszíni hőmérséklete és a luminozitása. Ha majd elfogy a fűtőanyaga, akkor összehúzódik, de eközben annyira felmelegszik a magja, hogy beindul a már ott lévő hélium szénné való átalakulása. Ez a folyamatmég nagyobb energiatermeléssel jár majd, így a csillag mérete több százszorosára nő (valószínűleg a Földet is elnyeli). A felszíni rétege viszont kevésbé forró lesz a mostaninál, ún. vörös óriás csillag jön létre. Ez az állapot aránylag rövid ideig tart. A fúzió megszűnése után a belső nyomás lecsökken, a saját gravitációs vonzása miatt a csillag véglegesen összeroskad, egy kb. Föld-méretű, nagyon sűrű, forró ún. fehér törpe jön létre, amely évmilliárdok alatt kihűl.
Fogalmak:
Csillag: Óriási méretű, izzó, ezért világító gázgömb, amelyet anyagának tömegvonzása tart össze. A magjában az atommagok egyesülése során felszabaduló hatalmas mennyiségű elektromágneses energiát (fotonokat) sugározza ki. Felületi rétegében több 1000 vagy 10 000 K hőmérséklet van. Légköre legnagyobbrészt hidrogénből áll. Csillagászati egység: A csillagászatban használt távolságegység, amely megegyezik a Föld és a Nap átlagos távolságával, azaz a Föld-pálya fél nagytengelyével (150 millió km = 8,3 fényperc). Napkitörés (fler): A Nap fotoszférájának és kromoszférájának rövid idejű fényességnövekedése, amely többnyire a napfoltok közelében lép fel. Élettartama 10-45 perc, gyakorisága naponta 9-10 darab. Protuberancia: A Nap felszíne feletti hurok vagy gejzír alakú plazmakidobódás, melynek mérete vetekedhet a napkorongéval. Az elektromosan töltött anyag a helyi mágneses teret jellemző erővonalak mentén mozog. Napfolt: A Nap fotoszférájának olyan része, ahol a mágneses tér sokkal erősebb, mint a környezetében. Mivel a napfoltban a hőmérséklet csak mintegy 4000 K, ezért mélyvörös, sötétebb a környezeténél. Átmérője általában 10–15 000 km (kb. a Föld mérete!), de a foltcsoportok hossza a 200 000 km-t is elérheti. Élettartalma néhány órától egy hónapig terjedhet. A napfoltok száma kb. 11 éves periódussal változik. Napszél: A Nap koronájából nagy (több száz km/s) sebességgel kilépő, elektromosan töltött részecskék áramlata, amely szinte csak elektronokból és protonokból áll. Sarki fény: A Föld mágneses északi és déli sarkánál a légkörbe behatoló töltött részecskék által keltett, rövid idejű fényjelenség. Oxigén- (sárgászöld szín) és nitrogénatomok (vörös és kék szín) elektronjainak gerjesztése révén keletkezik. Gyakorisága a Nap felületén lejátszódó folyamatokkal (naptevékenységgel), a napszél erősségével kapcsolatos.
Csillag: Óriási méretű, izzó, ezért világító gázgömb, amelyet anyagának tömegvonzása tart össze. A magjában az atommagok egyesülése során felszabaduló hatalmas mennyiségű elektromágneses energiát (fotonokat) sugározza ki. Felületi rétegében több 1000 vagy 10 000 K hőmérséklet van. Légköre legnagyobbrészt hidrogénből áll. Csillagászati egység: A csillagászatban használt távolságegység, amely megegyezik a Föld és a Nap átlagos távolságával, azaz a Föld-pálya fél nagytengelyével (150 millió km = 8,3 fényperc). Napkitörés (fler): A Nap fotoszférájának és kromoszférájának rövid idejű fényességnövekedése, amely többnyire a napfoltok közelében lép fel. Élettartama 10-45 perc, gyakorisága naponta 9-10 darab. Protuberancia: A Nap felszíne feletti hurok vagy gejzír alakú plazmakidobódás, melynek mérete vetekedhet a napkorongéval. Az elektromosan töltött anyag a helyi mágneses teret jellemző erővonalak mentén mozog. Napfolt: A Nap fotoszférájának olyan része, ahol a mágneses tér sokkal erősebb, mint a környezetében. Mivel a napfoltban a hőmérséklet csak mintegy 4000 K, ezért mélyvörös, sötétebb a környezeténél. Átmérője általában 10–15 000 km (kb. a Föld mérete!), de a foltcsoportok hossza a 200 000 km-t is elérheti. Élettartalma néhány órától egy hónapig terjedhet. A napfoltok száma kb. 11 éves periódussal változik. Napszél: A Nap koronájából nagy (több száz km/s) sebességgel kilépő, elektromosan töltött részecskék áramlata, amely szinte csak elektronokból és protonokból áll. Sarki fény: A Föld mágneses északi és déli sarkánál a légkörbe behatoló töltött részecskék által keltett, rövid idejű fényjelenség. Oxigén- (sárgászöld szín) és nitrogénatomok (vörös és kék szín) elektronjainak gerjesztése révén keletkezik. Gyakorisága a Nap felületén lejátszódó folyamatokkal (naptevékenységgel), a napszél erősségével kapcsolatos.
Fúzió a Világegyetemben: a Nap energiája
Fordította
Adorjánné Farkas Magdolna
 Mark Tiele Westra szíves hozzájárulásával |
Mark
Tiele Westra, a németországi Garchingban lévő Európai
Fúziófejlesztési Egyezmény (European
Fusion Development Agreement,
EFDA) munkatársa megmagyarázza, hogy a Föld számára a Nap az
energia forrása.
|
Alig
több mint száz évvel ezelőtt még senkinek sem volt fogalma
arról, hogy a Nap milyen módon termeli meg azt a hatalmas
energiamennyiséget, amelyet kisugároz az űrbe. Természetesen
számos ötlet és elmélet született, és sok szellemes is volt
közöttük. Némelyik tudós azt gondolta, hogy a Nap egy hatalmas
gázfelhő, amely összeroppan a saját súlya alatt, és az eközben
fellépő súrlódás és az ütközések hőt termelnek. Mások úgy
gondolták, hogy a Nap még nem hűlt ki a keletkezése óta.
Mindegyik elméletből azt a következtetést lehetett levonni, hogy
a Nap kora nem lehet több néhány tízmillió évnél. Ezek
szerint, ha a Nap ennél idősebb lenne, már kihűlt volna.
Ekkor
jött azonban Darwin a kollégáival, akik tanulmányozták a
sziklák képződését és pusztulását, valamint az élet igen
lassú evolúcióját. A jelenségek konzekvens magyarázatára
felállított elméletükben fel kellett tételezzék, hogy a Napnak
sokkal idősebbnek kell lennie, legalább néhány száz millió
évesnek, sőt akár milliárd évesnek. Megindult a vita.
A
tudomány akkor került közelebb a megoldáshoz, amikor felfedezték
a radioaktivitást és elfogadták azt a meglepő feltételezést,
hogy a tömeg és az energia valamilyen módon egymásba alakítható,
Einstein E=mc2 egyenletének
megfelelően. Sir Arthur Eddington, a brit csillagász mérlegelte
először az összes bizonyítékot és azt a merész következtetést
vonta le, hogy a Nap a hatalmas energiát fúziós folyamatokban
termeli, amelyek során a könnyebb atommagokból nehezebb atommagok
jönnek létre. Időközben megtudtuk, hogy a Nap valójában
hidrogént, a Világmindenség legkönnyebb elemét “égeti el”
héliummá. Most már azt is tudjuk, hogyan – lásd az ábrát.
Energiatermelés a Napban: két hidrogén-atommag egyesül, miközben egy deutérium-mag, egy pozitron és egy neutrino keletkezik. A pozitron azonnal összeütközik egy elektronnal, megsemmisítik egymást, miközben energiává alakulnak át. A fúzió során keletkezett deutérium-mag egyesül egy másik hidrogén-atommaggal, miközben hélium-3 keletkezik. Az utolsó lépésben két hélium-3 atommag fúziója során egy hélium-4 atommag és két hidrogén-atommag keletkezik. Click on the image to enlarge it
Mark Tiele Westra szíves hozzájárulásával
Nagyon
érdekesek a folyamat részletei. A Napban a hidrogén-atommag
(proton) először átlagosan öt milliárd évig vár, mielőtt
fejest ugrik a kapcsolatba, vagyis egyesül egy másik
hidrogén-atommaggal, hogy deutérium képződjön belőlük. Ez
végül is jó hír a számunkra: ha ez a folyamat gyorsabban menne
végbe, a Nap üzemanyaga már régen elfogyott volna és mi nem
lennénk itt. A következő lépés, amelyben hélium-3 keletkezik a
deutériumból és a hidrogénből, átlagosan 1,4 másodperc után
történik meg. Az utolsó lépés, a hélium keletkezése 240 000
évet vesz igénybe, szintén átlagban. A fúzió során
felszabaduló energia fotonok vagyis fény formájában jelenik meg.
Miután
túl vagyunk az első izgalmakon és létrejöttek azok a
fényfotonok, amelyek egy napon eljuthatnak a Földre, még egy
kicsit türelemmel kell lennünk. A foton fénysebességgel indul
útjára a Nap belsejéből a Föld felé, azonban szinte azonnal
beleütközik egy elektronba. Az ütközés következtében a foton
véletlenszerűen visszapattan az elektronról, akár egy labda egy
játékautomatában. Ez újra és újra megtörténik. Ezért azután
több mint 20 000 évet vesz igénybe, míg egy átlagos foton
megteszi a Nap belseje és a felszíne közötti 695 000
kilométeres utat. Ez azt jelenti, hogy a foton meglehetősen
méltóságteljesen halad előre óránként 4 méteres sebességgel.
Ezután
a hosszú és tekervényes út után a foton a Nap felszíne és a
Föld közötti 149 millió kilométeres távolságot már a
megszokott fénysebességgel teszi meg, és végül 8 perc
alatt megérkezik az úticéljához. És ezek az fotonok a
szerencsések, ugyanis vannak olyanok is, amelyek ötmilliárd évvel
ezelőtt keletkeztek, de még nem sikerült kitalálniuk a Napból.
A Nap belseje olyan, mint egy labirintus…
A
fúziós folyamat során egy különleges részecske is képződik:
a neutrino (lásd az ábrát). A neutrino alig lép kölcsönhatásba
az anyaggal, ezért azonnal kiszabadul a Napból. Rengeteg neutrino
keletkezik a Napban: minden egyes ujjad hegyén másodpercenként
100 milliárd repül keresztül. A legtöbb neutrino egyenesen
keresztülrohan a Földön anélkül, hogy az bármilyen hatással
lenne rá. Valójában egy neutrino egy fényév vastagságú
ólomrétegen is megállás nélkül keresztülrepülhet!
Amikor
a Nap belsejére gondolunk, azt egy vad tüzes kohóként képzeljük
el, ami hőt bocsát ki. A sűrűsége 150-szerese a vízének (fél
liternyi Nap-anyag súlya annyi, mint egy átlagos emberé), a
hőmérséklete 15 000 000 oC , igazán rémisztő
környezet. Azonban ha a Nap belsejéből ki tudnál venni egy
köbméternyit, azt tapasztalnád, hogy az mindössze körülbelül
30 Watt teljesítményt biztosítana, amely alig elegendő egy
villanykörte üzemeltetéséhez. A Nap hatalmas méretének
köszönhetjük, hogy mégis elég meleg van a Földön.
Jelenleg
a Napban másodpercenként 600 millió tonna hidrogén ég el,
miközben 596 tonna hélium keletkezik. Hova tűnik el a hiányzó
négy millió tonna anyag? Teljes egészében átalakul energiává.
Az E=mc2 (E
az energia, m a tömeg és c a fény-sebesség) egyenlet alapján
azt kapjuk, hogy négy millió tonna anyag 100 000 000 000 000 000
000 kilowattóra energiának felel meg. Ez
durván egymilliószorosa annak
az energiamennyiségnek, amit az egész világ egy
évalatt
felhasznál. És a Nap minden másodpercben ennyi energiát sugároz
ki! Hát ez a napenergia!
A
Nap mostanáig a hidrogén-készletének a felét égette el. Öt
milliárd éve tart ez a folyamat és még további öt milliárd
évig fog tartani. És mi lesz azután? Vége lesz a bulinak. A Nap
fel fog fúvódni, “vörös óriássá” válik, a hőség
következtében a légkör, a víz és az élet el fog tűnni az
otthonunkat jelentő bolygóról. Jó lesz, ha még ezelőtt
elmenekülünk, addig azonban élvezzük a Nap energiáját.
A
hélium felfedezése
A
17. században a természettudósok egy keskeny rés és egy
prizma
segítségével a fényt összetevőire bontották és a
színképet
tanulmányozták. Az izzó gázokkal végzett kísérletek
alapján
vált ismerté, hogy az elemek melegítés hatására
különböző,
pontosan meghatározott színű fényösszetevőket
sugároznak ki,
amelyek a színképben fényes színes csíkok
formájában jelennek
meg (gondoljunk egy neoncsőre).
A
Nap színképében pontosan azokon a helyeken látunk sötét
vonalakat, ahol az izzó gázok által kibocsátott színképben
fényes vonalak jelennek meg. A szakemberek hamar rájöttek
arra,
hogy a sötét vonalakat pontosan ugyanazok az elemek
okozzák, csak
ebben az esetben ahelyett, hogy fényt
bocsátanának ki, elnyelik
azt. Ezért a Nap színképének gondos
tanulmányozásával
pontosan meg lehet állapítani a Nap elemi
összetételét.
A
Nap színképében látható vonalak nagy részét már ismerték a
Földön előforduló elemek spektrumából. Volt azonban néhány
olyan vonal, amely meglepte a tudósokat. 1868-ban Norman
Lockyer,
brit csillagász azt feltételezte, hogy a vonalakért egy
olyan,
addig ismeretlen elem a felelős, amely a Napban fordul
elő. El is
nevezte a feltételezett elemet “héliumnak”, a görög
napisten, Helios után. 25 év telt el addig, míg a Földön is
sikerül ezt a gázt elkülöníteni.
Források
A
fúzióról, mint a jövő energiaforrásáról a:
Warrick
C (2006) Fúzió
– ütőkártya az energia-
Ismertetés
Egy
olyan korszakban, amikor a nem-megújuló energiaforrások
kimerülőben vannak és kétségbeesetten kutatnak hatékony
megújuló energiaforrások után, sok ismeretterjesztő folyóirat
és újság foglalkozik a fúzióval. A diákok már fiatal korban
találkozhatnak ezzel a fogalommal, azonban nem mindig értik,
mit
is jelent ez pontosan.
Mark
Tiele Westra, a németországi Garchingban lévő European
Fusion
Development Agreement (EFDA) munkatársa nagyon
érdekesen és
tömören magyarázza el a Napban lejátszódó
fúziós
folyamatokat. Bár a cikk elméleti síkon tárgyalja a témát,
és
így főként a tanárok érdeklődésére számíthat, azonban a
jól
áttekinthető illusztrációkat fel lehet használni a
természettudomány órákon a fúziós folyamatok
magyarázatához,
a tanulók szintjéhez igazítva. A magasabb
évfolyamokba járó
tanulók számára érdekes információkat
közöl a hélium
felfedezéséről.Elton
Micallef, Málta
A fúziós energia valós helyzete
Az
atomenergia egyik alternatívájának vallott fúziós energia valódi
alkalmassága vizsgálatra szorul. Sok évnyi komolytalan
támogatottsság után az idő sürget, hogy választ találjunk a
fúziós energia alkalmazhatóságára.
Fúzió,
Alapok
Az
atomenergia – mind a fúzió, mind a hasadás – azt használja
ki, hogy az atom tömege kisebb, mint az alkotórészeinek
össztömege. A jelenség magyarázata az atomokat összekötő
erőkben rejlő energiákban keresendő. Ahogy Albert Einstein híres
törvényében a tömeg-energia-ekvivalencia elvben megfogalmazta: E
= mc2, vagyis a kötésből felszabaduló energia arányos a tömeg
hiányával. Ezt a tömeghiányt hívjuk tömegdefektusnak (1. ábra).
Energiát nyerhetünk nehéz atommagok kettéhasításával
(maghasadás), vagy két atommag egyesítésével (fúzió).
1.
ábra Tömegdefektus: Az
egyes elemek atomjainak tömege kifejezve az atomot alkotó protonok,
neutronok és elektronok tömegének százalékaként.
A
fúzióval az alapvető probléma, hogy az atommagot alkotó
protonokat és neutronokat összekötő erős kölcsönhatás
hatótávolsága rohamosan csökken a távolsággal, így hamar az
elektrosztatikus taszítás veszi át az uralmat. Ahhoz, hogy két
atommagot fúzionáljunk le kell győzni ezt a taszítást, hogy csak
az erős kölcsönhatás legyen érvényben.
Az
idők folyamán sok módszer és elmélet alakult ki a fúzió
lehetséges felhasználásával kapcsolatban. A választott megoldás,
melyre a technológia fejlesztését építik a hidrogén két
iztopójának fózionálásán alapuló reaktorok. A folyamat során
deutérium és trícium atommagokat melegítenek olyan magas
hőmérsékletre (néhány százmillió fokra), hogy a hőmozgásból
származó energia felülmúlja az elektrosztatikus taszítást. Ezen
a hőmérsékleten az anyag szétbomlik atommagokra és elektronokra,
vagyis plazma halmazállapotúvá válik. A hatalmas hőmérséklet
miatt a plazma nem érhet a reaktor falaihoz. A leszakadó elektronok
miatt elektromosan töltött lesz, így mágneses mezővel kordában
tartható.
A
reakció folyamán egy deutériumból és egy tríciumból egy hélium
és egy neutron keletkezik:
2H
+ 3H -> 4He + n
A
felszabaduló energia 20%-át a hélium ion kinetikus energiaként
elviszi (3,5 Mev/ion). Mivel a hélium ionizált, ezért töltött,
így kölcsönhat a mágneses térrel, tehát végül ütközik a
plazmával miközben leadja kinetikus energiáját és így fűti a
plazmát. Ha ez a folyamat, melyet begyújtásnak nevezünk sikeres
ez lesz az egyetlen hőforrás a plazmában.
A
maradék 80%-a a felszabaduló energiának a neutronok kinetikus
energiájában található (14,1 Mev/neutron). Mivel a neutron nem
töltött, így kijut a plazmából. Egy áramtermelő reaktorban a
plazmát körülveszi egy köpeny. Ennek a köpenynek adják át a
plazmát elhagyó neutronok a kinetikus energiájukat ütközés
által, így melegítve azt. Ez a fő hőforrása a víz
melegítésének, melynek segítségével turbinákat hajtanak meg.
A
tengervízben tömérdek mennyiségű deutérium található, ahol a
hidrogénnek mintegy 0,03%-át teszi ki. A kozmikus sugarak által
generált trícium természetes formájában azonban elenyésző
mennyiségben fordul elő. Felezési ideje 12,3 év, szóval egy
időben maximum 3,6 kg-nyi természetesen előállított trícium
található bolygónkon, az összes többi mind mesterségesen
előállított eredetű. Egy kereskedelmi reaktorban a köpeny is
termel tríciumot, ugyanis valamilyen formában lítiumot fog
tartalmazni, ami reakcióba lép a plazmából érkező neutronokkal:
n
+ 6Li -> 3H + 4He
Ezt
a lítiumot gyűjtik majd be, hogy táplálják a fúziót. A 6Li egy
természetes izotóp és az összes természets lítium mintegy
5-7%-át teszi ki. A trícium szaporító reakció exoterm, így
körülbelül 20%-al növeli meg a netto hőtermelést.
Első
ránézésre úgy tűnik, mintha ezek a reakciók a következővé
lennének összevonhatók:
2H
+ 6Li -> 2 4He
Azonban
ez csak akkor lenne igaz, ha a fúzió során keletkező összes
neutron reagálna a lítiummal, hogy tríciumot hozzon létre, és az
összes így keletkezett tríciumot be tudnánk táplálni a fúzióba,
hogy résztvegyen a neutron keltésben. A valóságban azonban több
veszteség is előfordul, így ez a lánc nem teszi lehetővé, hogy
elegendő tríciumot termeljünk a fúzió fenntartásához. Összesen
1,1-es trícium szaporító rátát várnak el ettől a folyamattól,
ami azt jelenti, hogy minden 10 kg befektetett tríciumból 11 kg-ot
nyerünk vissza a köpenyben.
2.
ábra Az
évek során elért mágneses elkülönítés fejlődése. A fúzió
terméke a plazmasűrűség részecske/m3-ben, szorozva azzal az
idővel (másodpercben), amit a plazma ilyen állapotban tud tölteni,
szorozva az ion hőmérséklettel Kelvinben mérve. A begyulladáshoz
szükséges 3*1028-os érték a JD Lawson által 1955-ben
megfogalmazott Lawson kritérium. Az legjobb eredményt eddig a JET
és a JT-60U projektek érték el, közel az energia-áttöréshez
(Q=1), vagyis a befektetett energia majdnem megközelítette a
kinyert energiát.
Mágneses
elkülönítés
Ahogy
korábban említettük a plazma elkülönítését mágneses mezővel
tudjuk viszonylag egyszerűen megoldani, ezen belül is az oroszok
által kifejlesztett torroid geometriájú tokamak rendszer a
leghatékonyabb. A legnagyobb és legsikeresebb tokamak ezidáig az
egyesült királyságbeli Culhamban található JET rendszer, megly
1997-ben érte el 16 MW-os teljesítménycsúcsot ért el.
3.
ábra Jósolt
és mért elkülönítés idők 13 különböző fúziós eszközre
különböző körülmények között, valamint az ITER és a
kereskedelmi reaktorok várt helyzete a meglévő megoldások
felskálázása után.
A
fúziós energia kritikusai ezeket az eredményeket kudercként
értékelték, ugyanis egyik kísérlet során sem nyertünk ki több
energiát, mint ami a befektetett volt. Igazság szerint egyiket sem
azzal a céllal építették, hogy elérje az energia-áttörést,
hanem hogy megértsék és tanulmányozzák a plazma viselkedését
és tulajdonságait. Az elmúlt negyven évben négy nagyságrendel
tudtuk a reakciós rátát növelni (3. ábra).
Habár
még sokat kell dolgozni a plazma szabályozásán, mostanra elértünk
egy olyan fázishoz, ahol már magabiztosan azt mondhatjuk, hogy a
reaktor méretének felskálázásával több energiát fog termelni
a fúzió, mint amennyit belefektetünk. Egy ilyen képességű
reaktor tervei és a főbb alkotóelemeinek prototípusai már el is
készültek. 2006 november 21-én a franciaországi Cadarache-ban sok
évnyi késés után aláítrák egy egyezményt az ITER nevű
reaktor megépítéséről (4. ábra). A projekt pénzügyi támogatói
az EU, India, Japán, Oroszország, Dél Kórea és az USA.
4.
ábra A
JET és az ITER vázlata. A kép bal alsó sarkában álló ember
adja meg a skálát.
Az
ITER plazmáját három fő forrásból fogják táplálni: egy
transzformátor, mely 15 millió ampert áramoltat a plazmába;
semleges nagyenrgiájú trícium és deutérium nyalábokat a
plazmába lőve; és rádiófrekvenciás energiával, amit a falakra
erősített antennákkal küldenek a plazmába, hogy fenntartsák a
rezonanciát. Az ITER mintegy 500 MW-os teljesítményre lesz képes,
kevesebb mint a befektetett energia tizedéből és tartani ezt a
teljesítményt 400 másodpercig (Q>10) (A Q érték jelenti a
befektett és kinyert energia arányát. Vagyis, ha a befektetett
energiát egy az egyben visszanyerjük, akkor Q=1. Ha a kinyert
energia mondjuk tízszerese a befeketetettnek, akkor Q=10.). Valamint
képes lesz 500 MW teljesítményt elérni egy órán keresztül a
befektetett energia ötödéből (Q>5). Habár nincs célként
kitűzve, de remélik, hogy a begyújtás nevű fázist elérik, ahol
a reakció önellátó lesz, vagyis nem kell többé befektetni
energiát, hogy a reakció folytatódjon (Q=végtelen).
Az
ITER után
Egy
jelentős akadály, amit át kell lépni az a reakciós kamra
belesejében elhelyezkedő szaporító köpeny tervezése és
kivitelezése. Ez a köpeny három célra kell: a fúziós energia
hőenergiává alakítása; több trícium előállítása a folyamat
táplálásához; és, hogy megvédje a kamra falát valamint a
szupravezető tekercseket a neutrínó besugárzástól. Sok köpeny
tervezet készült, de mindegyiknek megvan a maga hibája. Az ITER
így az első években biztosan nem lesz felszerelve egy teljes
trícium szaporító köpennyel. A kamra nagyrészét eleinte csak
neutron befogó és hőelnyelő köpennyel burkolják be,
hogy megakadályozzák a reaktort a túltöltődéstől. Hagynak
azonban egy kis helyet, hogy különböző szaporító köpenyeket is
le tudjanak tesztelni.
Az
ITER utáni következő jelentős lépés a DEMO nevet viselő
reaktor lesz, melyben a remények szerint már elektromos áramot
fognak termelni. A DEMO már teljes trícium szaporító köpennyel
fog rendelkezni. Ezeknek a köpenyeknek extrém körülményeket kell
kibírniuk, ugyanis itt fog először kapcsolatba lépni a fúzionáló
plazma a fallal. Az ITER köpenyeinek első falán lévő hőfluxus
0,1-0,3 MW/m2 lesz és várhatóan 0,5 MW/m2 a DEMO-ban. Az ITER
esetében elfogadható, hogy a köpenyt jól tudják hűteni, azonban
a kereskedelmi reaktorokban, ahol gőz áramoltatással kívánnak
áramot termelni a köpenyek a lehető legnagyobb hőmérsékleten
fognak üzemelni, mintegy 500-800 ˚C-on.
Elméletileg
nem keletkezik a folyamat során radioaktív hulladék, hiszen a
tríciumot újrahaszonsítják. A mellékhatások miatt a valóságban
azonban mégis keletkezik hulladék, mint például a neutrínó
bombázás, vagy a trícium beépülése a reaktor szerkezetébe. Ez
hatni fog a szerkezet részeinek cseréjére, valamint a reaktor
üzemen kívül helyezésére. Nehéz előre megbecsülni a várható
szennyeződés mértékét, azonban úgy számolják, hogy két
nagyságrendel kevesebb radioaktív hulladék keletkezik így, mint a
hasadásos reaktorokban, és az is rövid életű lesz. Vagyis 100 év
elteltével kevesebb szennyező sugárzása lesz a hulladéknak, mint
egy azonos méretű szénerőmű hulladékának (5. ábra). Ahhoz,
hogy ezt elérjük az szükséges, hogy a trícium újrahaszonsítása
a lehető legveszteségmentesebb legyen.
5.
ábra A
sugárzszennyezés csökkenése az időben.
Az
anyagok tesztelése és fejlesztése, melyeknek el kell viselni
ezeket a nem mindennapi körülményeket létfontosságú a fúziós
energia terjedésének szempontjából. Mivel az ITER legalább 10
évig nem fog plazmát termelni (és utána közel sem fog akkora
neutron fluxust termelni, mint a DEMO) úgy döntöttek, hogy
építenek egy kisebb létesítményt, ami szimulálja a DEMO-ban
uralkodó körülményeket. A létesítmény neve International
Fusion Materials Irradiation Facility (IFMIF).
Az
alábbi táblázatban találhatók a már megoldott, vagy megoldásra
váró problémák:
Cikk |
Meglévő reaktorok |
ITER |
IFMIF |
DEMO Fázis 1 |
DEMO Fázis 2 |
DEMO Fázis 3 |
|
A plazma szétesés
elkerülése
|
2
|
3
|
|
C
|
R
|
R
|
|
Állandó működés
|
1
|
3
|
|
3
|
r
|
r
|
|
A terelő
teljesítménye
|
2
|
3
|
|
R
|
R
|
R
|
|
Plazma égetés
Q>10-el
|
|
3
|
|
R
|
R
|
R
|
|
Az erőmű plazma
teljesítménye
|
1
|
3
|
|
C
|
R
|
R
|
|
Trícium
önellátás
|
|
1
|
|
3
|
R
|
R
|
|
Anyagok
jellemzése
|
|
|
3
|
R
|
R
|
R
|
|
A plazma felé
néző felület élettartama
|
1
|
2
|
|
2
|
3
|
R
|
|
A
fal/köpeny/terelő élettartama
|
|
1
|
2
|
2
|
3
|
R
|
|
A fal/köpeny
kompo-nenseinek élettartama
|
|
1
|
1
|
1
|
3
|
R
|
|
Semleges
nyaláb/rádió frekvenciás fűtés teljesítménye
|
1
|
3
|
|
R
|
R
|
R
|
|
Elektromos áram
termelés nagyléptékben
|
|
|
|
1
|
3
|
R
|
|
Szupravezető gép
|
2
|
3
|
|
R
|
R
|
R
|
|
Trícium kérdés
|
1
|
3
|
|
R
|
R
|
R
|
|
Távoli irányítás
|
2
|
3
|
|
R
|
R
|
R
|
Jelmagyarázat:
|
1
|
Segít
megoldani a kérdést
|
|
2
|
Talán
megoldja a kérdést
|
|
3
|
Meg
kéne oldania a kérdést
|
|
C
|
A
megoldás megerősístése szükséges
|
|
r
|
A
megoldás várt
|
|
R
|
Megoldás
szükséges
|
Időtábla
A
különböző jövőbeli reaktorok időtáblája a 6. ábrán
látható. A tervezet azt feltételezi, hogy a hátráltató tényezők
kizárólag technikai eredetűek. Sok kikötés mellett ugyan, de az
első kereskedelmi reaktor indulásának időpontjára 2048-at jósol.
Ha ezt a szigorú menetrendet tartani tudják az még nem jelenti, a
fúziós energia széleskörű elterjedését. Van egy limit a fúziós
erőművek növekedési rátájához, amit a trícium készletek
határoznak meg.
6.
ábra A
fúziós erőművek fejlesztésének időtáblája.
Trícium
ellátás
A
fúziós energia nagyléptékű felhasználása következtében a
trícium felhasználás soha nem látott méreteket fog ölteni.
Nagyjából 220 kg tríciumra van szükség 1 GW folyamatos
elektromosság termeléshez. Ez az érték úgy adódik, hogy 4 GW
hőenergia 2 GW elektromos enegiát termel, amiből 1 GW el lesz
használva a folyamat táplálására, ami 1 GW kimenő teljesítményt
jelent. A jelenlegi termelés a világon, átlagosan 1700 GW körüli.
Nagyjából
az összes nem katonai trícium a CANDU reaktorokban moderáláshoz
használt nehézvízből ered. Ezek közül a reaktorok közül
néhányat bezárnak a közeljövőben. A több mint 40 évnyi
üzemelés után felhalmozott trícium készlet 2027-ben fog tetőzni,
27 kg-al (7. ábra).
7.
ábra A
világ kereskedelmileg elérhető trícium készlete, mielőtt még a
fúzióhoz felhasználnánk.
A
katonai reaktorok, melyek trícium előállítására vannak tervezve
csupán évi néhány kg-ot termelnek, mintegy 200 millió
dollár/kg-os áron. Az egyesült államokbeli Savannah River-ben
korábban üzemelő trícium termelő reaktor a becslések szerint
220 kg-nyi tríciumot termelt a reaktor 1988-as bezárásáig.
1995-ben ez a mennyiség már csak 73 kg volt, ami mostanra 37-re
fogyott. Valószínűtlen, hogy az USA bármennyit is hozzáférhetővé
tesz civil célokra. Más civli reakotrok is termelhetnek tríciumot,
hogyha lítiumot helyeznek a reaktorba, azonban legalább 60 kg
uránra lehet szükség 1 kg trícium előállításához.
Mivel
az ITER csak kis mennyisígű tríciumot fog előállítani
(legalábbis az első években), mivel csak kis része lesz a
karmának beborítva a trícium termelő köpennyel. Így az ITER
egymaga fel fogja emészteni a világ trícium készletét. Ha a DEMO
az ITER-el egyszerre lesz üzemben a trícium készlet válik a
legfontosabb és legkritikusabb kérdéssé, tehát minnél hamarabb
üzembe kell helyezni a teljes köpenyt és a trícium visszanyerő
rendszert.
Ha
a fúziós reaktorok elszaporodnak, akkor valószínüleg az indulás
környékén, minden egyes reaktor az előzőleg megtermelt kis
mennyiségű tríciumra fog támaszkodni. Egyes számítások szerint
legalább 2-3 év szükséges, hogy egy reaktor beindulása után
annyi tríciumot termeljen, hogy egy következő reaktort el
tudjunk indítani. Ha csak technikai akadálya lenne a fúzió
terjedésének, akkor 2100-ra tudnánk Európa elektromosság
igényének 30%-át fúzióval fedezni.
Az
energia rés
Még
a legoptimistábbak is előre láthatják, hogy a hagyományos
olajkitermelés jelentősen csökkenni fog, mire a fúziós erőművek
legideálisabb esetben is üzembe állhatnak. Ha el akarunk jutni
2100-ig jelentősebb gazdasági összeomlás, vagy ilyen nagy
mennyiségű kőszén, kátrány és olaj felhasználása nélkül az
szükséges, hogy nagyobb skálán kezdjünk el alkalmazni alternatív
energiaforrásokat, valamint a folyékony szénhidrogének
szállításipari használatatá is minimalizálnunk kell. A fúzió
így egy teljesen más környezetben száll versenybe.
Az
árbecslések ebben a fázisban természetesen bizonytalanok, de a
legtöbb becslés a mai árakkal és mai fosszilis tüzelőanyagokkal
termelt energiaárakkal veti össze a fúziót. Egyes becslések
szerint 14 €/W a DEMO esetén, ami később 4 €/W-ra csökken a
kereskedelmi erőművekben.
Ezeket
az árakat hasonlíthatjuk össze a mai atomenergiával (3 €/W) és
kőszénre alapuló áramtermeléssel (1,5 €/W). A szélenergia
költsége 1,5 €/W, de nem annyira valószínű 30% feletti
részesedés az össz energiatermelésből, míg a fúzió 85%-ra
becsülhető a jövőben. Ha a szélenergiát 30%-nál nagyobb
arányban próbálnánk felhasználni hatalmas mennyiségű
akkumulátorra lenne szükség és a szállítási költségek a
turbinák számával növekednének.
A
fúzió széndioxid kibocsátását nehéz megjósolni ennyire előre,
de valószínüleg a reaktor építése, valamint a kisegítő
épületek és a cserealkatrészek gyártása teszi ki a nagyját. A
fúziós reaktorok természetüknél fogva védve vannak a nukleáris
katasztrófáktól. Egyszerűen nincs annyi üzemanyag bennük
egyidőben, hogy robbanás következzen be. Bármilyen hiba a reakció
ezredmásodpecek alatti végét jelentené. Még a legrosszabb
esetben - ha az összes trícium kikerülne - sem kéne senkit
evakuálni az erőmű határain túl.
Összefoglalás
Láthatjuk,
hogy a fúziós energiának az elkövetkező években nehéz
technikai kihívásokkal kell szembenéznie, hogy valós alternatívát
nyújtson. Ha csak fejlesztési akadályok lennének és feltéve,
hogy azokat mind meg tudjuk oldani, akkor is legalább 50 évnyire
vagyunk a kereskedelmi reaktorok első próbaüzemeitől. További
nehézséget okoz a trícium készletek hiánya. Ideális esetben
sikeresen kifejlesztik a technológiát a trícium szaporítására,
és a kísérletek során a hiányt pótolni is tudják.
A
valós problémát azonban az jelenti, hogy az egész időtábla az
az ideális esetet feltételezi, hogy csak technikai nehézségekkel
küzdünk meg. A pénzügyi támogatások valószínüleg lasabb
fejlődést tesznek lehetővé a jövőben. Azonban még így is
olyan távol van a működőképes kereskedelmi reaktor üzembe
állítása, hogy addigra a fosszilis energiahordozókban jelentős
hiány fog mutatkozni, és ha a társadalmi struktúránk (ezzel
együtt a pénzügyi rendszerünk) nem is fog alapvető változásokon
átesni, akkor is az energiaellátási rendszerünk alternatív
megoldásokat fog alkalmazni. Pénzügyileg nem lesz versenyképes a
fúzió az akkor már meglévő, de most még csak alternatív
energiatermelési megoldásokkal szemben.
Esetleg
ha az “elégetünk mindent” forgatókönyv következne be és nem
történne meg az alternatívákra való átállás, akkor olyan
jelentős klíma katasztrófának nézünk elébe, hogy a környezeti
változás szükségszerűen gazdasági összeomláshoz vezet, ami
miatt nem lesz egy szervezett háttere a fejlesztéseknek, így ismét
csak valószínűtlen, hogy a technológia alternatívát tudna
nyújtani.
Ha
nem törekszünk a technológia minnél hamarabbi kifejelsztésére
(egy tíz-húsz éves skálán), akkor egyszerűen túl késő lesz,
mire valós helyzetben bizonyítani tudná a létjogosultságát.
Érdekes ötlet volt ezt kutatni, de elvesztettük az időablakot a
fejelsztésre és telepítésre.
Nézzük meg a porfúziós eredményeket, melyek egy garázsban 0 Ft támogatással születtek, és nem érdeke egy lobbinak sem , hogy olcsóbb energia előállítás, és tisztább voltával előnyösebb lenne a fogyasztónak.
A
másik előnye a rendszernek, háztartásonként lehetne energiát
kinyerni, úgy mint hő energia fűtésre, hő energia átalakítása
villamosenergiává, és az atommag átalakítással különböző
anyagok kinyerése a meddőhányókból .
Kiderült, hogy nem csak a könnyű elemeket lehet egyesíteni , és energiát termelni, de a nehéz elemeket is lehet hasítani és így energiát termelni, az új eljárással a közönséges elemeket is át lehet alakítani és energiátnyerhetünk, mint régen az alkimisták.
A
cion likud barát kormányunk, nézzük meg mire költi a pénzt. A
fejlesztésre szánt összeget szegeden egy lézer projektre
pocsékolja el, melyből soha nem lesz használható találmány mely
előre vinné a haladást. Egy párhuzamos projekt, mely a Cseheknél,
a Románoknál is fut, de a Kelet -európai fejlesztési pénzeket
felszippantja és bizony az értelmes találmányok megvalósítására
egy kanyi sem jut. Az olaj atomlobbi, a konkurenciát a padlóra
küldi , és labdába sem ruhat, a drága jó kettős állampolgárságú
minisztereinknek , milyen jól védik a magyar érdekeket. Ugye
szemétládák, ezt nem ti eszeltétek ki, hisz ahhoz hülyék
vagytok, de súgott néktek a jó öreg vakoló banda, Trianon után
nem tudom miért nem tiltják be ezt a rühes bandát, az ország
2/3- át már eladták, e vitézek, a megmaradt részből most
csinálnak kamatrabszolga tábort. A cél , csak annyi magyart hagyni
akik a zsidó után kihordja az ágytálat.
Na
piszkos zsideszesek tülekedjetek, még életben maradhattok a
kárunkra, de meg kell mondanom nektek, hogy a végén azért ti is
kutyakaján fogtok élni, mint ahogy a sok nyugdíjas tengeti az
életét. Felnevelt benneteket, végig robotolta az életét szarért
hugyért dolgoztattátok, a végén a lakásából kilakoltatjátok a
zsidó bankár uzsora kölcsöne miatt, és még nem jöttek rá,
hogy az uzsorásoknak,--/ bankár, végrehajtó, zsidó ügyeskedő
ki a betelepülőkön akar majd meggazdagodni /-- ki kell közösíteni.
SE VÉRT, SE SZERVET , SE SEGÍTSÉGET , nem kell adni nekik a
családjuknak sem , mert ott volt a ÁVH -s csürhe és a gyerekeik
bent ülnek a hatalomban, Tőlük már régen meg kellet volna
szabadulni, és meg is tudtunk volna , ha betegségükben nem kaptak
volna sem vér sem szervet sem segítséget, így elhagyták volna
önként a hazánkat, és nem dolgoztunk volna rájuk. Nem veszitek
észre ők nap mint nap ölnek bennünket, hol balesetnek álcázva,
hol nyíltan a kórházakban, vagy nem kapsz gyógyszert, vagy kálium
túladagolással átkerülsz a másvilágra és még ki sem lehet
mutatni ,hogy átsegítettek.
Olyan
barmok vagyunk, hogy mindent beszopunk, a zsidesz nem alkotta meg a
földtörvényt, miért? A simicska hada már , hogy lecsaphasson a
földre Ángyán prof sokat tudna mesélni. Orbán megvédjük a
magyar földet , csakhogy a zsidesz zsidói már kitárták a
karjaikat e földek után, és a víz készletünk is hasonló
helyzetbe lett benavigálva , a külhoni zsidók elöl a belső
zsideszes zsidóság kaparintja meg az apáink nagyapáink jussát,
mi meg mehetünk koldulni, vagy legyilkolni kik elrabolták
vagyonainkat. Az ÁVH -s korszakban, minden olyan embert ki szabadon
tudott gondolkodni a húsdarálóba küldték , hogy még véletlenül
se tudjon ez a nép nemzetté válni, a zsidó ÁVH- sok ezt
elintézték, akinek megtetszett a lakása azt is ledarálták, mert
a jó ÁVH – s zsidó így jutott lakáshoz , akár egy másik
zsidótól is cafcarázhatta, mint gyurcsányék putri foglalása.
Egely György - Magfúzió a Garázsban (Fusion in the Garage) [EngSub]
magfúzió a garázsban
Dr Egely György - Papp József találmányai (szabályozott fúzió) 1/2
Dr Egely György - Papp József találmányai (szabályozott fúzió) 2/2
Magfúzió
A Wikipédiából, a szabad
enciklopédiából
|
|
Ez a szócikk a
magfúzióról szól. Hasonló címmel lásd még: Fúzió
(egyértelműsítő lap). |
Az
egy nukleonra jutó kötési energia. Kis tömegszámú atommagok
fúziója során az egy nukleonra jutó kötési
energia növekszik,
ezáltal energia szabadul fel
A magfúzió olyan magreakció,
ami során két kisebbatommag egyesül
egy nagyobbat eredményezve. Ez a folyamat
lehet exoterm vagy endoterm,
a kiinduló magokatomtömegétől függően.
Az elemek közül a vas és
anikkel a
legstabilabbak (ők rendelkeznek a legnagyobb fajlagos kötési
energiával).
Ha a fúzióban résztvevő elemek könnyebbek a vasnál, akkor a
folyamat energiafölszabadulással jár, ellenkező esetben
energiát kell befektetni.
Ez
a folyamat játszódik le a csillagokban és
ahidrogénbomba robbanásakor.
A vasnál nehezebb elemek fúziója (endoterm voltukból
kifolyólag) szélsőséges feltételeket követel, mint például
a szupernóva robbanás.
A természetben található elemek mind csillagokban és szupernóva
robbanás közben jöttek létre.
Tartalomjegyzék |
Felfedezése [szerkesztés]
A
tudósok sokáig azt feltételezték, hogy a Nap közönséges
égésből nyeri az energiáját, és az ebből eredő fényt és
hőt sugározza szét. A 19.
századbannéhány
tudós (köztük Lord
Kelvin)
vitatták ezt. Kelvin számításai
szerint gravitációsösszehúzódásból
is eredhetne a kisugárzott energia, azonban ez a folyamat néhány
millió év alatt véget is érne.
Einstein 1905-ös
híres képlete, az E
= mc2 szerint
azonban az anyag kicsiny mennyisége is óriási energiává
alakítható át.
1919-ben
egy amerikai csillagász, Henry
Russell matematikailag
leírta azt a fizikai folyamatot, melynek során a
Naphidrogénatomjai egyesülnek,
ennek során hélium atommagok
és óriási energia keletkezik. A folyamat neve magfúzió.
Az elméletet1920-ban Francis
Aston csillagász
mérései erősítették meg.
1939-ben Hans
Bethe német
fizikus részletes matematikai levezetéssel leírta, hogyan
lehetne a folyamatot a Földön is végrehajtani, és fúziós
reaktort
létrehozni. Ehhez Bethe számításai szerint a hidrogénatomok
hőmérsékletét 100 millió°C fölé kell emelni, és olyan
kis térrészbe összenyomni, hogy a hidrogénatomok
összeütközzenek és hélium jöjjön létre. A kivitelezés
korlátja az, hogy nem létezik olyan anyag, ami ezt a magas
hőmérsékletet kibírná.
Hamar
rájött, hogy a fúziós reakciót mágneses
térrel tudja
kordában tartani. Egy toroid-alakú
csövet elektromos tekercsekkel vett körül, amik mágneses teret
hoztak létre, így a hidrogéngáz nem érintkezett a cső
falával. Közben lézerrel adtak
át energiát a hidrogénnek, aminek a hőmérséklete több millió
fokra emelkedett. Az elrendezéssel az volt a probléma, hogy a
csövet körülvevő mágneses tekercsek a cső belső falánál
sűrűbben voltak elhelyezve, mint a cső külső oldalán. Ez
ahhoz vezetett, hogy a belső oldalon erősebb mágneses tér
alakult ki, emiatt a hidrogénatomok a cső külső oldala felé
vándoroltak, majd közel fénysebességgeltávoztak
a berendezésből.
Erre
a problémára Spitzer felfedezett egy zseniális megoldást. A
csövet középen mintegy „megtekerve” 8-asra emlékeztető
alakzatot hozott létre. A csőben keringő hidrogén így az idő
egy részében a cső belső fala mentén, az idő további
részében a külső fal mentén halad, így nem alakulnak ki
eltérések a mágneses térben, a hidrogént egyenletesebb tér
vette közül.
1951-re
Spitzer befejezte az első hidrogénplazma-fúziós
reaktor munkálatait, amit stellarator-nak
nevezett el (stella =
csillag, latinul). Első alkalommal csupán a másodperc
törtrészéig működtette a berendezést, mert nem volt biztos
benne, hogy nem fog-ehidrogénbombaként felrobbanni.
Egy
dicsőséges fél másodpercre a
hidrogéngáz szupernovaként ragyogott
fel, és hőmérséklete elérte a 40 millió°C-t. A 60 cm
átmérőjű berendezés mindössze 2 másodpercig működött,
majd a folyamat leállt, a plazma kihűlt.
A
kísérlet legfontosabb eredménye az, hogy megmutatta, a fúziós
reakciót a Földön is elő lehet állítani.[1]
Leírása [szerkesztés]
Az
atommagot az erős
kölcsönhatás tartja
össze, ami nukleonok között
hat, nagyon rövid távolságon (10−15 m).
Az atommagok nagyobb távolságokon viszont taszítják egymást,
mert töltésük pozitív. Így kialakul egy potenciálgát, ami a
D-T (deutérium-trícium)
esetében 0,1 MeV.
Hogy a fúzió megtörténjen, az atommagoknak le kell győzniük a
potenciálgátat. Ezt megtehetik a plazmában,
amit termonukleáris fúziónak neveznek, és a későbbiekben is
erről lesz szó.
Ha
átszámoljuk a 0,1 MeV-ot hőmérsékletre, akkor
109 kelvint kapunk,
ami nagyon magas hőmérséklet (főleg, ha tudjuk, hogy
egyik fém se
nagyon bírja a 3000 kelvinnél magasabb hőmérsékletet). Ezen
segít két effektus:
- a Maxwell-féle sebességeloszlás szerint a sokkal alacsonyabb hőmérsékletű plazmában is vannak nagy megfelelő energiájú atomok (csak kevés)
Ez
a két effektus sem csökkenti a kívánt hőmérsékletet emberibb
értékekre. Ezért a plazmát össze kell nyomni, hogy a
hőmérséklete megnőjön. Ezt három módon lehet elérni:
- gravitációs – amikor a gáz a saját súlya alatt nyomódik össze. Ehhez azonban nagy mennyiségű gáz kell, így ez csak acsillagokban jelentkezik
- mágneses – a plazmában szabad pozitív és negatív ionok találhatók, tehát hatnak rá a mágneses erők. Ezt használják ki atokamak és a sztellarátor berendezések
- inerciális – ha hirtelen sok energiát közlünk a gázzal (például lézer segítségével), akkor a gáznak nem lesz ideje kitágulni, így a hőmérséklete fog emelkedni a kívánt érték fölé.
Ahhoz,
hogy egy fúziós reakció energiatermelés szempontjából érdekes
legyen, a következő feltételeket kell teljesítenie:
- legyen exoterm
- kicsi legyen a protonok száma (kevésbé taszítják egymást az atommagok) – tehát a legkönnyebb elemek között kell keresni
- két kiindulási anyag legyen
- két reakciótermék legyen (az energia- és impulzusmegmaradás miatt)
Ezek
alapján a lehetséges reakciókat a következő táblázat
foglalja össze:
|
(1) |
D |
+ |
T |
→ |
|
4He |
(3,5 MeV) |
+ |
|
n |
(14,1 MeV) |
|
|
|
|
|
|
(2) |
D |
+ |
D |
→ |
|
T |
(1,01 MeV) |
+ |
|
p |
(3,02 MeV) |
|
|
|
|
50% |
|
(3) |
|
|
|
→ |
|
3He |
(0,82 MeV) |
+ |
|
n |
(2,45 MeV) |
|
|
|
|
50% |
|
(4) |
D |
+ |
3He |
→ |
|
4He |
(3,6 MeV) |
+ |
|
p |
(14,7 MeV) |
|
||||
|
(5) |
T |
+ |
T |
→ |
|
4He |
|
+ |
2 |
n |
+ 11,3 MeV |
|
||||
|
(6) |
3He |
+ |
3He |
→ |
|
4He |
|
+ |
2 |
p |
+ 12,9 MeV |
|
||||
|
(7) |
3He |
+ |
T |
→ |
|
4He |
|
+ |
|
p |
|
+ |
n |
+ 12,1 MeV |
|
51% |
|
(8) |
|
|
|
→ |
|
4He |
(4,8 MeV) |
+ |
|
D |
(9,5 MeV) |
|
|
|
|
43% |
|
(9) |
|
|
|
→ |
|
4He |
(0,5 MeV) |
+ |
|
n |
(1,9 MeV) |
+ |
p |
(11.9 MeV) |
|
6% |
|
(10) |
D |
+ |
6Li |
→ |
2 |
4He |
+ 22,4 MeV |
|
||||||||
|
(11) |
p |
+ |
6Li |
→ |
|
4He |
(1,7 MeV) |
+ |
|
3He |
(2,3 MeV) |
|
||||
|
(12) |
3He |
+ |
6Li |
→ |
2 |
4He |
|
+ |
|
p |
+ 16,9 MeV |
|
||||
|
(13) |
p |
+ |
11B |
→ |
3 |
4He |
+ 8,7 MeV |
|
||||||||
Mint
láthatod a könnyű elemek a vasig fúzionálhatnak, egyesülhetnek,
a nehéz elemek a vasig hasadhatnak. A porfúzióval ezt a
lehetőséget tágította Egely György és csapata
a
garázsban.
Halott
csillagok és az arany
A
csillagok szerepe nélkülözhetetelen volt a földi élet
kialakulásában. A földön megtalálható, vagy másképpen
fogalmazva a földet felépítő 92 elem a csillagok fejlődése és
halála során az elemek fúziója során jött létre.
Az
elemek fúziója a vasig bezárólag energia felszabadulással jár. A
vasnál nehezebb elemeknél - ahogy az aranynál is - energia
befektetés szükséges fúziós elem készítéshez. A
csillag, ahogy a napunk is a hidrogént héliummá alakítja ennek
során nyeri az energiát. Amint
a rendelkezésre álló hidrogén csökken a csillag a további
elemek fúziójából nyeri a működéséhez nélkülözhetetlen
energiát. A csillag belsejében ilyenkor egyre nehezebb elemek
épülnek fel a vasig bezárólag. Ekkor
jön létre az élethez nélkülözhetetlen szén és oxigén is. Ezt
követően a csillag kifogy az üzemanyagból és gyorsan
összeroskad. A
vas magban a nyomás és a hőmérséklet is növekszik, ami hatalmas
energiájú lökéshullámot produkál a magtól kifelé. Az
energia hatására a vasnál nehezebb elemek, így az arany fúziója
is megtörténik. Ez
azonban a csillag végét is jelenti, mert a kifelé ható nyomás
katasztrofális robbanást eredményez.
Ilyenkor rövid idő alatt annyi energia szabadul fel, hogy a kimúló
csillag napokon át fényesebb lehet az őt tartalmazó galaxis
összes fényénél.
Az arany, mint ahogy mi emberek is a csillagok porából vagyunk. Az arany azonban hatalmas energia ráfordítással tudott csak létre jönni, tehát energiát raktároz magában. Mivel a csillag a nehezebb elemek fúzióját egyre kevesebb és kevesebb idő alatt hajtja végre, így a vasnál nehezebb elemek fúziója a robbanás előtti utolsó pillanatban történik. Ez magyarázza azt, hogy az arany igen ritka az univerzumban és a Földünkön is. Az arany tehát ritka, értékes és energiát tárol. Ezek a tulajdonságai, amik miatt előszeretettel viseljük magunkon ékszerként is.
Az arany, mint ahogy mi emberek is a csillagok porából vagyunk. Az arany azonban hatalmas energia ráfordítással tudott csak létre jönni, tehát energiát raktároz magában. Mivel a csillag a nehezebb elemek fúzióját egyre kevesebb és kevesebb idő alatt hajtja végre, így a vasnál nehezebb elemek fúziója a robbanás előtti utolsó pillanatban történik. Ez magyarázza azt, hogy az arany igen ritka az univerzumban és a Földünkön is. Az arany tehát ritka, értékes és energiát tárol. Ezek a tulajdonságai, amik miatt előszeretettel viseljük magunkon ékszerként is.
Nincsenek megjegyzések:
Megjegyzés küldése