Sonce, 4,6 milijarde let star jedrski reaktor, ki poganja življenje na Zemlji, ima, kot so se izrazili nekateri, majhno krizo identitete. Ne v resnici, pač pa v očeh znanstvenikov. Mednarodna skupnost astrofizikov je namreč odkrila zaskrbljujoče razpoke v tako imenovanem standardnem sončnem modelu, pravzaprav teoriji, ki velja za temelj našega razumevanja naše zvezde in vseh drugih zvezd v vesolju.
Desetletja se je zdelo, da je model, ki opisuje notranjo zgradbo in delovanje sonca, trden in zanesljiv. Uspešno je preživel celo, kot pravijo, »krizo sončnih nevtrinov«, ko so meritve kazale trikrat manj teh delcev od teoretičnih napovedi. Vendar se je takrat izkazalo, da napaka ni v modelu, temveč v našem razumevanju fizike nevtrinov, kar je prineslo dve Nobelovi nagradi in potrdilo pravilnost modela.
Razlike med teorijo in prakso
Danes je drugačne. Natančne meritve, pridobljene z metodo, imenovano helioseizmologija – preučevanje »potresov« na Soncu –, kažejo, da se teoretični model ne ujema z resničnostjo. Kot bi poskušali sestaviti zapleten mehanizem z navodili, v katerih manjka ključen del.
Kriza se je začela v začetku tisočletja z na videz nedolžno revizijo: natančnejše spektroskopske meritve so pokazale, da je v sončni atmosferi za približno tretjino manj ogljika in kisika, kot so predvidevali stari izračuni. Za laika je to morda zgolj podatek, za astrofizike je bil to pretres.
»Sprememba kemične sestave je porušila krhko ravnovesje, ki je obstajalo med modelom, meritvami nevtrinov in podatki helioseizmologije,« je v prispevku za The Conversation pojasnil dr. Gaël Buldgen, astrofizik z Univerze v Liègu, ki se s to problematiko ukvarja že desetletje. »Model, ki je prej deloval brezhibno, kar naenkrat ni več mogel pojasniti, kaj vidimo.«
Helioseizmologija znanstvenikom omogoča, da z analizo zvočnih valov, ki potujejo skozi sonce, izjemno natančno izmerijo lastnosti njegove notranjosti, kot je denimo gostota. Natančnost je osupljiva, napaka je manjša od stotinke odstotka. In prav ti brezkompromisni podatki so potrdili, da novi, popravljeni model s spremenjeno kemično sestavo preprosto ne deluje.
Ključni del modela
Ker preprosta sprememba vsebnosti elementov ni rešila uganke, so se znanstveniki osredotočili na drug ključni del modela: motnost (opaciteta). Ta fizikalna lastnost opisuje, kako prozorna je sončna plazma za energijo, ki se v obliki visokoenergijskega sevanja prebija iz jedra proti površju.
V soncu, kjer temperature dosegajo milijone stopinj, motnost plazme določa, kako učinkovito se energija prenaša navzven, kar neposredno vpliva na celotno strukturo zvezde.
S pomočjo izjemno natančnih helioseizmoloških meritev so lahko neposredno določili, kakšna bi morala biti motnost v notranjosti Sonca. Ugotovili so, da je tista, ki jo napovedujejo trenutni teoretični izračuni, za približno 10 odtotkov prenizka.
Ključno razumevanje
Te ugotovitve so neodvisno potrdili tudi eksperimenti na Zemlji. Fiziki v ameriškem nacionalnem laboratoriju Sandia so v nadzorovanih pogojih poustvarili razmere, podobne tistim v soncu, in njihove meritve so prav tako pokazale znatna odstopanja od teorije.
Tako morajo zdaj teoretiki pojasniti, zakaj njihovi modeli odpovedo v ekstremnih pogojih, ki vladajo v zvezdah.
Zakaj je ta navidez akademska debata tako pomembna? No, modeli, ki jih uporabljamo za določanje starosti, mase in velikosti drugih zvezd ter njihovih planetov, temeljijo prav na našem razumevanju sonca.
