¡En efecto! En general, el Sol pierde masa con el tiempo, pero esta masa total es bastante pequeña.
En el centro del Sol, la temperatura es lo suficientemente alta como para que pueda tener lugar la fusión nuclear. Finalmente, cuatro átomos de hidrógeno se fusionan para crear un átomo de helio. Este proceso libera energía en el camino, y es esta energía la que alimenta al Sol. Después de ser creado, es absorbido por el Sol, lo que lo mantiene caliente (la temperatura es solo una medida de la cantidad de energía que tiene cada átomo o molecular: más energía, temperaturas más altas). ¡Esta energía luego se abre paso lentamente a través del Sol, y finalmente deja la superficie como luz!
Einstein demostró que masa y energía son cantidades equivalentes, relacionadas por su famosa ecuación
[matemáticas] E = mc ^ 2 [/ matemáticas].
Dice que la masa tiene energía, y la cantidad es la masa multiplicada por la velocidad de la luz al cuadrado. Por lo tanto, si la energía sale del Sol, es equivalente a pensar en esto como una masa que sale del Sol.
Puede que tenga la pregunta, “¿de dónde viene esta energía durante la fusión nuclear?” Y sería una gran pregunta, y podemos obtener una idea al recordar que la energía siempre se conserva. La energía que entra en un proceso debe ser igual a la energía que sale (aunque se permite que la energía tome diferentes formas).
En forma simplificada, la energía que ponemos en el proceso de fusión nuclear del Sol es la energía de cuatro átomos de hidrógeno. Es decir, la energía que obtienes de cuatro veces la masa de un protón (el hidrógeno es solo un protón) multiplicada por la velocidad de la luz al cuadrado.
Lo que sale es un solo átomo de helio. Un átomo de helio es dos protones y dos neutrones. Por sí mismos, los protones y los neutrones pesan casi lo mismo, pero su masa puede cambiar ligeramente si los une (por qué ese es el caso es otra pregunta de Quora). Resulta que, si pesas un átomo de helio, tiene un poco menos de masa que la masa de cuatro protones. ¿A dónde fue esta masa? Se lanzó como energía, y la cantidad exacta de energía es la diferencia de masa por la velocidad de la luz al cuadrado. Puedes buscar la masa de un protón y la masa de un átomo de helio. Si toma la masa de cuatro protones y resta la masa de un átomo de helio, obtendrá un número positivo. Esta masa multiplicada por la velocidad de la luz al cuadrado es la energía liberada durante cada proceso de fusión. Y, si tenemos en cuenta esta energía liberada: la energía se conserva en general. Pones la energía de cuatro protones y sacas la energía de un átomo de helio y algo de luz. La energía que sacaste es igual a la energía que pones.
Ahora pongámonos cuantitativos. Podemos medir la cantidad de luz que sale del Sol por segundo, y es [matemática] 4 \ veces10 ^ {33} [/ matemática] ergs / seg (un erg es una pequeña unidad de energía; [matemática] 10 ^ 7 [ / math] ergs = 1 Joule, que podría ser más familiar para usted). Esta energía finalmente se originó por el proceso de fusión en el Sol, por lo que podemos calcular cuántas reacciones nucleares están teniendo lugar en el núcleo del Sol para dar cuenta de esto. Lo dejaré como un ejercicio para ti. Para calcular la cantidad total de masa que deja al Sol como energía cada segundo, volvemos a Einstein.
Cada segundo, [math] 4 \ times10 ^ {33} [/ math] ergs de energía sale del Sol. Llame a esto [matemáticas] \ Delta [/ matemáticas] [matemáticas] E [/ matemáticas]. Einstein dice entonces que esto corresponde a un cambio en la masa igual a
[matemáticas] \ Delta m = \ Delta E / c ^ 2 [/ matemáticas],
Esto equivale a aproximadamente [math] \ Delta m = 4 \ times10 ^ {12} [/ math] gramos por segundo. ¡Eso parece mucho! ¡Pero el Sol tiene una masa total de aproximadamente [matemáticas] 2 \ veces10 ^ {33} [/ matemáticas] gramos! Te dejaré calcular qué porcentaje de la masa del Sol se pierde cada segundo. Además, el último ejercicio, si el Sol brilla durante 10 mil millones de años, ¿cuál es la cantidad total de masa que pierde el Sol? (Spoilers: es pequeño …)
El Sol pierde masa también por un viento que ejerce. Las partículas cargadas se arrojan de la superficie del Sol cada segundo. Resulta que la cantidad está cerca del valor que calculamos arriba. Sin embargo, incluso cuando se combina, el Sol no pierde considerablemente masa de estos dos procesos, incluso cuando se considera durante toda la vida del Sol.
