¿De dónde sacó el sol su energía para quemarse? ¿Es de la misma manera en que encendemos un fósforo? Si hay ciertas teorías, ¿cuál es la verificación científica detrás de ellas?

Fusión. Como no es interminable, solo dura mucho tiempo.

El sol está compuesto principalmente de hidrógeno. La gravedad masiva del sol crea una presión tan increíble sobre los átomos de hidrógeno en el centro que se fusionan en átomos de helio. Este proceso convierte una pequeña cantidad de la materia en energía. Pero incluso pequeñas cantidades de materia se convierten en enormes cantidades de energía. Debido a que el sol es tan grande y la reacción de fusión es tan enérgica, esas reacciones pueden durar mucho, mucho tiempo.

Pero no para siempre. Eventualmente, todo (o la mayoría) del hidrógeno se usará. Las otras moléculas involucradas también pueden fusionarse, pero el proceso será cada vez menos efectivo y el sol finalmente morirá. Afortunadamente, los plazos de esto son vastos. Se estima que el sol ha estado brillando durante 4 mil millones de años y se quemará en otros 4 mil millones. Lo que hacemos es una pregunta para nuestros descendientes, si nuestra especie sobrevive tanto tiempo.

La energía que libera el sol es el resultado de la reacción de fusión nuclear exotérmica catalizada por la gravedad. Pero la pregunta sigue siendo: ¿cuál es la fuente de esa energía?

El calor de un tronco en llamas es el resultado de una reacción química exotérmica, pero esa no es la fuente de la energía liberada. La fuente es la energía del sol que fue capturada por la fotosíntesis y almacenada en las moléculas del registro como energía química potencial cuando el registro era un árbol vivo. La fuente de energía liberada por un tronco en llamas es, por lo tanto, el sol.

Entonces, ¿cuál es la fuente de energía del sol? En otras palabras, ¿de dónde vino originalmente la energía que está siendo liberada por la reacción de fusión en el sol? Esta es la pregunta más profunda que se hace. La respuesta es que esta energía tiene su origen en la expansión del universo y la naturaleza de la nucleosíntesis en los primeros minutos después del nacimiento de nuestro universo.

Durante la nucleosíntesis de Big Bang, no se produjeron elementos más pesados ​​que el litio debido a un cuello de botella en las cadenas de reacción en las condiciones del universo durante esa fase. A medida que el universo se expandió y enfrió rápidamente, la nucleosíntesis se detuvo por completo. Debido a que las condiciones en el universo temprano no permitieron la creación de estos núcleos más pesados, que tienen una energía más baja, estos núcleos de luz separados en el espacio eran en efecto una especie de energía potencial.

Más tarde, cuando el hidrógeno y el helio se comprimieron gravitacionalmente a altas densidades en las estrellas, comenzó la nucleosíntesis estelar. En estas condiciones, las altas densidades durante miles de años permiten que las colisiones triples de los núcleos de helio-4 produzcan lentamente carbono a través del proceso triple alfa, liberando la energía potencial que era inaccesible durante la nucleosíntesis del Big Bang.

Ahí es donde las estrellas obtienen su energía.

Como Frank Heile ya dio una excelente respuesta sobre la fusión, me limitaré a las cosas antes y después de esto.

Las estrellas se forman a partir de nubes de gas. Por ejemplo, la nebulosa de Orión.

Como el gas no se distribuye uniformemente, habrá tirones gravitacionales que harán que algunas partes sean más densas que otras.
Lo que sucederá después es que esta parte más densa atraerá aún más partículas. Gravedad.

fuente: Spacetime es un Pringle

Se extraerá cada partícula (átomo o grupo de átomos) que esté suficientemente cerca de la más grande. Y con esto, el rango se hará más y más grande y se atraerán más partículas.
Esto eventualmente resultará en una Protostar

En este proceso, se acumulará la presión dentro de la protostar. Cuando esto sucede, se calentará. La presión que conduce al calor se puede observar simplemente usando una bomba manual. Cuando bombee sus neumáticos, se sentirá más cálido.

(Bomba de bicicleta)

Hasta este punto vemos un “colapso”, la estrella se vuelve más y más densa. Y con esa energía (calor) se acumulará más y más.
Esto da como resultado la fusión de átomos de hidrógeno en helio como señaló Frank Heile. Debido a la fusión / las partículas de calor se alejan del núcleo, debido a la gravedad, las partículas son empujadas hacia atrás. En el momento en que la fusión es el principal proveedor de energía para la estrella de la que hablamos (a) Secuencia principal (estrella). Esta estrella se mantendrá mientras haya fusión de materiales “ligeros” en material más pesado (hidrógeno en helio, helio en carbono).

Ahora tenemos que esperar muuuucho tiempo. La estrella (sol) solo será un reactor de fusión gigante. Y con el tiempo se crearán elementos pesados ​​y elementos más ligeros se agotarán. Esto provocará una desaceleración en la reacción nuclear y el núcleo se contraerá. Cuando esto suceda, la fusión tendrá lugar en un caparazón alrededor del núcleo y la estrella comenzará a crecer más y más debido a las temperaturas más altas. La estrella se convertirá en un gigante rojo.
Cuando la estrella se queme por completo, lo que quedará es una nueva nebulosa como la Nebulosa Ojo de Gato

Comienza con una nebulosa y termina con una nebulosa.

La fuente de la ENORME mayoría de la energía que emite el Sol proviene de la diferencia en la energía (masa) de 4 núcleos de hidrógeno (es decir, 4 protones) y la energía (masa) de un núcleo de helio (2 protones y 2 neutrones unidos en un núcleo) Por lo tanto, es la “quema” de hidrógeno para producir helio que alimenta la energía emitida por el Sol (por [matemáticas] \ Delta E = \ Delta mc ^ 2 [/ matemáticas]). Esta diferencia de masa (24 MeV = (4 * masa de protones – masa de helio)) se debe a la fuerza de color entre los quarks que forman protones y neutrones. Los tres quarks en 4 protones diferentes tienen más energía que los 12 quarks en 2 protones y 2 neutrones unidos en un núcleo de helio. Hay dos cosas que dificultan esta reacción:

1. Los 4 protones tienen carga positiva, por lo que la fuerza electrostática intenta separarlos. Entonces, para que los protones se acerquen lo suficiente como para reaccionar, se necesita una energía muy alta (alta temperatura) y una alta densidad, por lo que se producen muchas colisiones por segundo.

   Las condiciones de alta temperatura (millones de grados) y alta densidad (gas de hidrógeno ionizado a 150 veces la densidad del agua) se crean por gravedad. Cuando la baja temperatura, la nube de gas de hidrógeno de baja densidad se comprimió en un proto-sol por gravedad, la temperatura y la presión aumentaron al nivel necesario para comenzar la reacción de fusión. Entonces la gravedad es como el fósforo que inicia un “fuego” en una chimenea. La gravedad también es lo que crea la “chimenea”: mantiene el combustible unido el tiempo suficiente para reaccionar, es como las paredes de una chimenea que contiene el fuego. (Vea mi respuesta a: ¿Por qué giran los planetas? Para obtener información sobre el colapso de la nube de gas que creó el Sistema Solar).

2. La fuerza nuclear débil es necesaria para permitir que 2 de los 4 protones se conviertan en neutrones. La interacción débil es muy débil en comparación con la fuerza del color, por lo que es necesario tener una temperatura suficientemente alta y una densidad lo suficientemente alta como para que la reacción nuclear débil tenga tiempo suficiente para actuar y transformar un protón en un neutrón.

Entonces, la gravedad es la combinación y la chimenea que inicia la reacción de fusión y la mantiene en funcionamiento, pero la razón por la cual el Sol arderá durante miles de millones de años es debido a la diferencia en los niveles de energía de los núcleos debido a la fuerte fuerza del color. La gravedad es la fuente del calor inicial necesario para encender el combustible nuclear y también es el contenedor que mantiene el combustible unido en la alta temperatura y alta densidad necesarias para que el combustible se queme. Una vez que comienza la fusión, mantiene la temperatura alta durante mucho tiempo. Sin combustible de fusión nuclear, la gravedad por sí sola permitiría que la estrella brillara como nuestro Sol por solo unos pocos millones de años. Pero en esta condición hipotética realmente no habría ningún “incendio” ya que la energía potencial gravitacional es lo que haría que la estrella se caliente durante el “corto” período de tiempo.

La reacción de fusión nuclear se describe en Wikipedia aquí. Esta es una imagen de ese artículo que muestra los cinco pasos separados que se requieren. Se requieren altas temperaturas y presiones para los 5 pasos y se requieren interacciones débiles para 2 de estas reacciones (las dos superiores donde se emiten positrones y neutrinos):

La verificación científica de esta “teoría” es bastante rigurosa. Hemos realizado muchos experimentos que calculan las velocidades de reacción esperadas para estas reacciones de fusión nuclear y hemos simulado extensivamente las condiciones en el Sol (y muchas otras estrellas) para verificar que la producción de energía de estas estrellas sea consistente con estas reacciones. De hecho, la fusión de los núcleos de helio para producir todos los núcleos más pesados ​​(hasta el hierro) también se ha calculado y entendido. Conocemos los tipos de estrellas donde ocurren todos estos tipos de reacciones y estos modelos han sido validados por observación. Realmente no hay dudas significativas sobre los grandes rasgos generales de estas teorías: puede haber cierto debate sobre detalles particulares, pero eso es normal en cualquier ciencia.

Para obtener más información sobre la fusión, consulte: Fusión nuclear,
mi respuesta a: En las estrellas, las reacciones de fusión ocurren cuando los protones chocan. …? y mi respuesta a: ¿Qué evento individual sería “la cosa más genial” si ocurriera?

Una respuesta simplificada:
El sol no está realmente “ardiendo”, ya que el fuego requiere oxígeno. Sin embargo, es cálido y brillante debido al proceso continuo de fusión termonuclear de hidrógeno en su núcleo. La fusión es el acto de combinar los núcleos atómicos de los elementos, lo que puede ser una perspectiva sorprendentemente difícil, incluso con el elemento más simple y ligero del universo (Hidrógeno) que no se fusionará fácilmente con otro átomo de hidrógeno debido a que ambas partículas poseen un +1 carga eléctrica generada por sus respectivos protones individuales. Esta repulsión electrostática evita que se produzca la fusión, y se requiere fuerza bruta para superarla. Esta fuerza bruta se ha logrado en la Tierra a través de explosiones de fisión dentro de ojivas nucleares y rayos láser ultrapotentes como los que se encuentran en la Instalación de encendido por láser en California. Sin embargo, el Sol, en lugar de la tecnología, aplica esta fuerza bruta en forma de calor. (De ahí el término THERMO-nuclear Fusion) Como probablemente sepa, cuanto mayor sea la temperatura de un material, más rápidamente sus partículas se moverán y chocarán entre sí. A una temperatura superior a los 20 millones de grados Fahrenheit, hay suficiente fuerza cinética disponible para golpear los átomos de hidrógeno lo suficientemente fuerte como para superar su repulsión electrostática mutua, acercando ambos núcleos lo suficiente como para que otra fuerza de la naturaleza tome el control: la atractiva fuerza nuclear fuerte . La fusión ahora tiene lugar, combinando ambos átomos de hidrógeno y creando un átomo de helio (muy inestable), liberando también una gran cantidad de energía en el proceso.
Entonces, la clave para iniciar el proceso de fusión en las estrellas es un calor enorme. Cómo se genera este calor es la respuesta a su pregunta:

Presión.
Cuando comprimes mucho algo, los átomos tienen menos espacio para moverse y chocar más a menudo, lo que aumenta la temperatura.
¿Y de dónde vino la presión?

Gravedad.
¿Y de dónde vino la gravedad?

Masa.
Cualquier cosa que tenga masa experimenta la fuerza atractiva para todos los demás puntos de masa conocidos como gravedad, y cuanto mayor es la masa, mayor es la fuerza gravitacional (gracias, Newton). En pocas palabras, las estrellas son objetos muy masivos, lo que significa que poseen una gravedad tremenda, lo que significa que están tratando de aplastarse bajo su propio peso enorme. Este colapso interno desde todas las direcciones es lo que da a los objetos masivos como estrellas y planetas sus formas redondas, y con suficiente fuerza gravitacional, las presiones internas se elevan lo suficiente como para generar las temperaturas en decenas o cientos de millones de grados necesarios para encender Fusion.

Júpiter o Saturno, que son enormes bolas de hidrógeno como el Sol, pueden considerarse estrellas fallidas; contenían todos los ingredientes correctos necesarios para convertirse en estrellas, pero nunca ganaron suficiente masa durante su formación para crear suficiente gravedad para crear suficiente presión para crear suficiente temperatura para iniciar Fusion.

La razón por la que los científicos saben estas cosas con tanta confianza es en parte gracias a un siglo de investigación y experimentación en la Tierra que involucra la física nuclear, y también gracias a la observación empírica del comportamiento del Sol que tiende a apoyar las proyecciones matemáticas de las condiciones dentro de él. Por ejemplo, las emisiones de neutrinos del núcleo del Sol concuerdan bastante bien con los valores matemáticamente predichos asociados con su masa / tamaño / edad / producción de energía / etc.

¡Espero que esto ayude!

Durante la formación del Sol, una gran nube densa de gases, que consiste en la mayoría de los gases de hidrógeno, se combinan y comprimen bajo la gravedad combinada. Más y más nubes de gas se unen a la densa nube de gas.

La temperatura en el centro de la nube aumenta más y más debido a la presión creciente de los gases circundantes, debido a la gravedad.

En un punto, se alcanza una temperatura suficientemente alta, donde el cuarto estado de la materia, el plasma, existe en el centro del núcleo.

A temperaturas aún más altas, la energía alcanzada es extremadamente alta, ya que los protones y los protones se fusionan contra la fuerza de repulsión para someterse a la Fusión Nuclear, que libera una gran cantidad de energía en forma de luz y calor. Este fotón de luz se abre paso, dolorosamente a través de las capas de gas, fuera del Sol, lo que finalmente nos abre paso como Luz solar.

El Sol continuará quemando sus gases en el núcleo a través de Fusion, equilibrando la Gravedad del Sol.

En la Tierra, Nuclear Fusion no es posible, porque a partir de ahora ningún material puede soportar las temperaturas requeridas para Fusion.

Cuando nace una estrella, comienza como una gran nube de gas. Si la masa de esta nube de gas es demasiado grande, comienza a contraerse debido a la gravitación. A medida que la masa de gas se contrae hacia el centro, la temperatura en el centro aumenta, porque la energía gravitacional potencial se convierte en energía térmica. Entonces, la temperatura en el centro de esta gran nube de gas aumenta, y aumenta, hasta que alcanza un cierto valor; en este punto, las reacciones termonucleares comienzan en el centro y nace una estrella. Mientras haya combustible nuclear (que inicialmente significa hidrógeno) en el centro de la estrella, seguirá brillando, durante un período que puede durar miles de millones de años, el caso de nuestro sol. Cuando se agota todo el combustible termonuclear en el centro de la estrella, dependiendo de la masa de la estrella, puede explotar como una supernova o sufrir un colapso gravitacional y convertirse en una estrella de neutrones o un agujero negro. O simplemente puede convertirse en una enana blanca, luego una enana roja y finalmente un objeto negro, muerto y sin luz, que se cree que le sucederá a nuestro sol, porque su masa no es lo suficientemente grande como para convertirse en una estrella de neutrones o en una negra. agujero.

Las estrellas obtienen su energía de la fusión nuclear de elementos de luz en su núcleo. En el caso de nuestro sol, es principalmente hidrógeno, pero las estrellas más pesadas pueden fusionar elementos más pesados ​​una vez que agotan su hidrógeno. Lo que hace posible esta fusión es la enorme cantidad de presión en el núcleo de la estrella, de la cual es responsable la gravedad.

La producción de energía, aunque dura mucho, mucho tiempo, no es interminable. Fusion crea elementos más pesados ​​de los más ligeros, liberando mucha energía en el proceso. Mientras haya combustible, la fusión continuará produciendo calor. Para el Sol, este proceso se detendrá en unos 5 mil millones de años, cuando no haya suficiente hidrógeno para mantener la reacción. en ese punto, el sol se convertirá en una masa de masa caliente y densa, llamada enana blanca, y se enfriará gradualmente durante millones de años.

Más que la quema de un fósforo, la energía del sol se puede comparar con la de una bomba termonuclear. Ambos obtienen energía de la reacción de fusión nuclear, en la que dos átomos más pequeños (por ejemplo, de un tipo de hidrógeno) se combinan para formar un átomo más grande (por ejemplo, de helio) que es mucho más estable .

También se puede observar una ligera similitud con la quema de una cerilla que, en este caso también, se libera energía en forma de calor durante la transición de un estado menos estable a un estado más estable.

Ver más :
1. Reacciones nucleares en el sol
2. Reacción en cadena protón-protón

Nuestro Sol obtiene su energía de la fusión nuclear que involucra elementos como el hidrógeno y el helio (principalmente) y quizás otros elementos más pesados.

Para obtener más información sobre cómo nacen y se clasifican las estrellas como nuestro Sol, consulte Evolución estelar y Clasificación estelar.

Además, vea la famosa ecuación de Einstein [matemáticas] E = mc ^ 2 [/ matemáticas] que describe la equivalencia masa-energía. Es esta ecuación la que gobierna qué tan caliente es una Estrella (entre muchas otras cosas).

Bueno, primero tenemos que determinar cuál es el verdadero significado de la materia y la energía. La ecuación de Einstein E = mc2 es la clave. Dice que la energía puede convertirse en masa y la masa en energía. Entonces masa y energía son lo mismo en dos formas diferentes. Entonces, en el núcleo de una estrella donde tiene lugar la fusión nuclear, los átomos de hidrógeno se fusionan (lo mismo para el helio …). Se liberan cantidades increíbles de energía en esos procesos. Entonces, finalmente podemos concluir que la masa de la estrella se está convirtiendo en energía

Todas las otras respuestas son correctas, pero aún puede preguntarse “¿cómo hace el sol la fusión nuclear?” O algo similar. El sol puede hacer fusión nuclear porque la gravedad. La enorme masa del sol atrae hacia el centro la masa que aplasta los átomos y los fusiona, liberando energía electromagnética.

Su liberación de energía comienza con la gravedad. El Sol es tan masivo que su gravedad comprime el hidrógeno en su núcleo a una presión tan alta que los núcleos de hidrógeno se ven obligados a pegarse para formar núcleos de helio. Esto se sabe que libera energía. Obviamente esto no puede continuar para siempre.

Ver pregunta / respuesta anterior
Si la quema consume oxígeno y el Sol (cualquier estrella) ha estado ardiendo tan furiosamente durante tanto tiempo, ¿de dónde viene todo el oxígeno?

La mejor analogía: un motor diesel. Un motor diesel no tiene una bujía para encender la mezcla de aire y combustible. En cambio, a medida que la mezcla es comprimida por el cilindro, eventualmente se calentará tanto que se encenderá espontáneamente porque el trabajo realizado al comprimirla genera calor (Ley de gases ideales – Wikipedia).

De la misma manera que una estrella, siendo el Sol uno, se forma cuando una nube de hidrógeno se colapsa sobre sí misma debido a su gravedad. A medida que la presión y la temperatura crecen en el núcleo, se alcanza un punto donde se puede mantener la fusión nuclear del hidrógeno.

La fusión nuclear es el término clave de esta respuesta.

Cuando 2 núcleos de luz se fusionan para formar un núcleo más grande, se libera energía ya que el núcleo más grande está más fuertemente unido

2 átomos de hidrógeno (abundantes en estrellas) se combinan para formar un deutrón y un positrón con una liberación de 0.42 MeV

Y al lado de este 2 deutron se combinan para formar un isótopo ligero de helio que libera 3,27 MeV de energía. ..

Es una cadena de reacciones, hay reacciones similares como esta liberando gran cantidad de energía.

Conclusión total 4 El átomo de hidrógeno se combina para formar un átomo de He con una liberación de 26.7 MeV

En pocas palabras >> abundante hidrógeno se convierte en helio liberando gran cantidad de energía …

A medida que el hidrógeno en el núcleo se agota y se convierte en Él, el núcleo comienza a enfriarse. La estrella comienza a colapsar bajo la gravedad … ¡¡lo que aumenta la temperatura del núcleo si la temperatura excede los 10 ^ 8 de fusión, es decir, ¡Él al carbono!

La gravedad es todo lo que se necesitó. Las estrellas se forman cuando grupos de materia (generalmente hidrógeno) se agrupan en el espacio debido a la gravedad, hasta que se haya acumulado una masa lo suficientemente grande como para que la presión debido a la gravedad sea lo suficientemente intensa como para provocar el inicio de la fusión nuclear. La fusión continuará hasta que no haya más material para sostener la reacción de fusión o las condiciones (presión, temperatura) para la fusión sostenida ya no se cumplan. En las estrellas, debido a su masa extrema, este proceso toma el orden de miles de millones de años. Bastante fascinante, en realidad.

No hay una fuente química de energía en el sol.

Inicialmente obtuvo su calor de la simple compresión de sus gases por gravedad. Desde entonces, ha estado complementando eso con energía de la fusión de elementos ligeros para hacerlos más pesados, como en una “bomba H”.

Todo comenzó … realmente comenzó, cuando las partículas flotando en el espacio, se atraían entre sí para formar un núcleo de gas y polvo. Este núcleo continuó acreciéndose, atrayendo cada vez más gas. A medida que este núcleo crecía, el gas comenzó a alcanzar niveles donde la presión de la masa del gas acumulado comenzó a calentar el interior de esta masa, formando lo que se conoce como una estrella. Este calor surge de los efectos de la masa acumulada que intenta comprimir los átomos de gas y las fuerzas atómicas inherentes a los átomos allí para retener su forma y movimiento contra esta fuerza creciente. El calor generado comienza a aumentar la fuerza que empuja hacia afuera desde el centro, pero no es suficiente para superarlo. A medida que se acumula más y más masa, se genera más y más fuerza repulsiva y calor como recurso de esta acumulación. Eventualmente, el calor de la compresión alcanza un punto donde los átomos de gas (hidrógeno) ya no pueden repelerse entre sí mientras se mueven dentro de la masa de la protostar. Esto da como resultado que átomos de hidrógeno colisionen para formar un átomo de helio y liberen calor en una reacción llamada “fusión”. Una vez que esta reacción de fusión alcanza los 15 millones de grados, tiene un efecto instantáneo sobre la estrella protógena y se autoperpetúa, lo que resulta en una estrella que arde activamente. La única forma de que esta reacción finalice será la conversión total (quema) de todo el combustible disponible en elementos cada vez más pesados, desde hidrógeno a helio, carbono y finalmente hierro, hasta que la fusión ya no pueda producir elementos más pesados ​​o liberar calor.