หาก "อวกาศ" ไม่มี "ออกซิเจน " แล้ว "ดวงอาทิตย์" ติดไฟได้อย่างไร?

หลายคนสงสัย ถ้าไม่มีออกซิเจนในอวกาศ แล้ว “ดวงอาทิตย์เผาไหม้” ได้อย่างไร? คำตอบของเรื่องนี้ก็คือแม้ภาพถ่ายดาวฤกษ์ดวงนี้จะดูร้อนแรง แต่ดวงอาทิตย์ก็ไม่ได้ติดไฟในรูปแบบที่กระดาษบนโลกถูกเผา หรือพูดให้ชัดเจนกว่านั้น ดวงอาทิตย์ไม่ได้ ‘เผาไหม้’ แต่ทั้งหมดเกิดจากความสุดขั้วของฟิสิกส์ที่เรียกว่า ‘นิวเคลียร์ฟิวชั่น’

เป็นเรื่องจริงบนโลกนี้ที่หากเราอยากจะเผาอะไรบางอย่าง เราจำเป็นต้องมีออกซิเจน ธาตุชนิดนี้ช่วยให้วัสดุต่าง ๆ ติดไฟและลุกไหม้ได้ง่ายขึ้น ซึ่งบนโลกนั้นมีออกซิเจนอยู่ในอากาศมากถึงร้อยละ 21 นั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมเราถึงต้องมีสถานีดับเพลิงอยู่เต็มบ้านเต็มเมือง

ทว่าออกซิเจนในดวงอาทิตย์นั้นมีอยู่น้อยมากถึงมากที่สุด ดาวฤกษ์ของเราประกอบด้วยไฮโดรเจนร้อยละ 91 และฮีเลียมอีก 8.9 เปอร์เซ็นต์ เมื่อคำนวณอย่างรวดเร็ว เราจะเห็นว่ามีพื้นที่ให้ธาตุอื่น ๆ น้อยมาก จนมั่นใจได้ว่า หากดวงอาทิตย์มีกระบวนการเผาไหม้เหมือนบนโลก เราจะเห็น ‘ไฟ’ นั้นได้ไม่กี่เสี้ยววินาที

แต่ด้วยกระบวนการ ‘นิวเคลียร์ฟิวชั่น’ ภายในดวงดาว ดวงอาทิตย์จึงส่องสว่างและร้อนแรงได้นานนับหมื่นล้านปี นิวเคลียร์ฟิวชั่นในแต่ละวินาทีจะแปลงธาตุไฮโดรเจน 700,000,000 ตันเป็นฮีเลียม 695,000,000 ตัน และปลดปล่อยพลังงานออกมาในรูปแบบรังสีแกมมา ซึ่งจะกลายเป็นแสงในที่สุด และขั้นตอนเหล่านี้ไม่จำเป็นต้องใช้ออกซิเจน มันต้องการเพียงแค่อุณหภูมิและแรงกดดันที่สูงอย่างไม่น่าเชื่อ

“มวลมหึมาของดวงอาทิตย์ถูกดึงดูดเข้าหากันด้วยแรงโน้มถ่วง ทำให้เกิดความดันและอุณหภูมิมหาศาลที่แกนกลางของมัน” นาซา (NASA) อธิบายผ่านเว็บไซต์ “ณ ที่แกนกลาง อุณหภูมิอยู่ที่ 15 ล้านองศาเซลเซียส ซึ่งเพียงพอต่อการคงปฏิกิริยาฟิวชั่นที่รุนแรงไว้ได้”

“นี่เป็นกระบวนการที่อะตอมรวมตัวกันเพื่อสร้างอะตอมที่ใหญ่ขึ้น และในกระบวนการนี้จะปล่อยพลังงานจำนวนมหาศาลออกมา โดยเฉพาะในแกนกลางของดวงอาทิตย์ อะตอมไฮโดรเจนจะหลอมรวมเป็นฮีเลียม” นาซาระบุเสริม

กระบวนการเหล่านี้ทำให้เกิดความร้อน(พลังงาน)และโฟตอน(อนุภาคของแสง)ที่ใจกลาง ความร้อนนี้ส่งต่อออกจากจุดศูนย์กลางไปยังพื้นผิวของมัน และท้ายที่สุดก็แผ่ออกไปยังอวกาศ ดังนั้นในทางเทคนิคแล้ว ดวงอาทิตย์จึงไม่มี ‘เปลวไฟ’ แบบเดียวกับบนโลก

นี่เป็นข้อมูลเพิ่มเติมหากกำลังสงสัยว่า ‘นิวเคลียร์ฟิวชั่น’ คืออะไร? กระบวนการนี้เป็นกระบวนการทางฟิสิกส์ที่เกิดขึ้นในพื้นที่ที่มีแรงดันและอุณหภูมิสูงมาก ในใจกลางดวงดาว อะตอมหรืออนุภาคจะถูกแรงโน้มถ่วงดึงทุกอย่างให้ลงมาที่จุดเดียวคือจุดศูนย์กลาง

แต่ยิ่งลึกลงไป แรงโน้มถ่วงก็ยิ่งมีแข็งแกร่ง อะตอมจึงถูกดึงให้ติดกันแน่นมากขึ้นกว่าเดิม และเมื่อยิ่งถูกอัดแน่นมากเท่าไหร่ อะตอมก็จะหลอมรวมกันกลายเป็นองค์ประกอบใหม่ขึ้นมาก เราจึงเรียกมันว่า ‘ฟิวชั่น’ (Fusion) ที่แปลง่าย ๆ ว่า ‘รวมร่าง’ กระบวนการนี้สร้างผลพลอยได้คือพลังงานมหาศาล และในตอนนี้นักวิทยาศาสตร์กำลังพยายามเลียนแบบดวงอาทิตย์เพื่อสร้างพลังงาน ซึ่งยังต้องเวลาอีกยาวนานกว่าเราจะได้เห็น ‘นิวเคลียร์ฟิวชั่น’ บนโลก

มีอีกหนึ่งกระบวนการที่มักถูกพูดคู่กันกับนิวเคลียร์ฟิว นั่นคือ ‘นิวเคลียร์ฟิชชั่น’ ซึ่งจะต่างจากฟิวชั่นตรงที่ว่าจะไม่ใช่การ ‘รวมร่าง’ อีกต่อไป แต่จะเป็นการนำอะตอมมาชนกัน และปล่อยพลังงานออกมา แม้จะน้อยกว่าฟิวชั่น แต่ก็ยังคงให้พลังงานมากอยู่ดี กระบวนการฟิชชั่นนี้ถูกใช้อยู่ในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ปัจจุบัน

แล้วออกซิเจนถูกสร้างในใจกลางของดวงดาวได้อย่างไร?

อย่างที่ทราบกันดี เมื่อดวงดาวเผาผลาญไฮโดรเจนไปจนหมด ใจกลางของมันก็จะเริ่มหดตัว การหดตัวดังกล่าวทำให้เกิดการชนกันอย่างรวดเร็วระหว่างนิวเคลียสของอะตอมธาตุที่เหลืออยู่กลายเป็นธาตุที่หนักกว่า โดยมีลำดับคร่าว ๆ ดังนี้

ไฮโดรเจนจะหลอมรวมเป็นฮีเลียม (ซึ่งยังเป็นกระบวนการปกติ) แต่เมื่อดวงดาวเริ่มตาย มันจะหลอมฮีเลียมให้กลายเป็นคาร์บอน จากนั้นก็จะเป็นนีออน (ขณะที่ธาตุเบริลเลียม (Be) และ โบรอน (B) จะกลายเป็นรังสีคอสมิกพุ่งสู่ออกนอกอวกาศ) แล้วหลอมเป็นออกซิเจนพร้อมกับธาตุอื่น ๆ ที่หนักกว่าอีกนิดหน่อย

ท้ายที่สุดเมื่อดาวเข้าสู่ภาวะสุดท้าย ซุปเปอร์โนวาก็จะกระจายธาตุเหล่านี้ไปทั่วจักรวาล คาร์บอนที่พบบนโลกจึงมาจากดาวฤกษ์รุ่นก่อน ๆ ที่ตายเมื่อนานมาแล้ว

เผื่อบางคนอาจสงสัยต่อไป หากดวงอาทิตย์ไม่ได้ ‘เผาไหม้’ และอวกาศก็เป็นสุญญากาศ ทำไมเรารู้สึกได้ถึงความร้อนจากดวงอาทิตย์?

คำตอบก็คือ แม้ในอวกาศจะมีอนุภาคที่น้อยกว่ามากจนไม่สามารถทำปฏิกิริยากันหรือส่งต่อความร้อนไปหากันได้ ความร้อนที่เรารู้สึกบนโลกจึงไม่ใช่พลังงานความร้อนโดยตรงจากดวงอาทิตย์ แต่เป็นผลจากการแผ่รังสีของดวงอาทิตย์ (ด้วยความยาวคลื่นสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า รวมถึงแสงที่มองเห็นได้) มีปฏิสัมพันธ์กับอนุภาคบนโลก เราจึงรู้สึกร้อนนั่นเอง

สืบค้นและเรียบเรียง วิทิต บรมพิชัยชาติกุล

ที่มา

https://www.iflscience.com/people-are-asking-if-there-is-no-oxygen-in-space-how-is-the-sun-on-fire-72359

https://starchild.gsfc.nasa.gov/docs/StarChild/questions/question36.html#:~:text=Answer%3A,taking%20place%20in%20its%20core

https://wtamu.edu/~cbaird/sq/2015/03/20/why-does-the-sun-not-run-out-of-oxygen-as-it-burns/

https://www.livescience.com/32358-what-does-the-sun-burn.html

https://www.space.com/14727-sun-fire-oxygen.html

https://theconversation.com/curious-kids-how-is-the-sun-burning-112415

https://www.cbsnews.com/news/nuclear-fusion-energy-breakthrough-what-is-it-us-doe-announcement/

https://pweb.cfa.harvard.edu/news/oxygen-stars