Klávesové zkratky na tomto webu - základní­
Přeskočit hlavičku portálu

Co by se stalo, kdyby Slunce náhle zhaslo?

aktualizováno 
V našem začínajícím seriálu odpovídáme na čtenářův dotaz, který někdy přišel na mysl každému z nás: co by se přesně stalo, kdyby Slunce přestalo najednou svítit a vychladlo?

Obraz úplného zatmění, který vytvořil český vědec Miloslav Druckmüller spolu s kolegy Martinem Dietzelem, Vojtěchem Rušinem a Shadiou Habbalou. Snímek, který se dostal i na obálku prestižního časopisu Nature, vznikl složením několika set záběrů pořízených na atolu Tatakoto ve Francouzské Polynésii. | foto: Archiv Miloslav Druckmüller

Do redakce nám různými kanály přiteče celá řada otázek, na které někdy nechceme či nedokážeme odpovědět. Ale také se objevují otázky, které nás nikdy nenapadly, zaujmou a pobaví. Není důvod, aby z nich a z odpovědí měli mít radost jen redaktoři či tazatelé. Tak vznikla rubrika „Technet pátrá, radí, informuje“, která dnes pokračuje dnem temna. Otázka dne totiž zní: co by se stalo, kdyby Slunce náhle vychladlo?

Přesná formulace byla: „Kdybychom měli kouli hmoty, která by byla velikostí, hmotností a složením podobná Slunci, ale celé těleso by bylo nějakým způsobem ochlazeno na teplotu těsně nad absolutní nulu, jak by se takové těleso chovalo?“

Situace je samozřejmě zcela hypotetická, ale v původním znění obsahuje jistý protimluv. Slunce totiž při současné hmotnosti nemůže vypadat jinak, než vypadá. Je v rovnovážném stavu mezi zhroucením a rozpínáním. O první se snaží samozřejmě gravitace. O jeho roztržení se pokouší neustálý proud záření, které vzniká v jeho nitru a snaží se prodrat na povrch.

Líbí se vám článek?

Hlasujte pro Technet.cz a iDNES.cz v anketě Křišťálová Lupa 2015. Najdete nás v kategorii Zájmové weby a Zpravodajství.

Hlasování probíhá na adrese http://kristalova.lupa.cz/hlasovani/
Hlasovat pro nás můžete v kategorii Zájmové weby.

Svůj hlas nám můžete dát do 25. října na adrese http://kristalova.lupa.cz/hlasovani/.

To není vůbec jednoduchá práce. Při slučování jader (tj. termonukleární reakci) v nitru Slunce se uvolňuje ohromné množství záření gama - tedy fotonů s vysokou energií. Naštěstí pro nás toto tvrdé záření nikam nedoletí, prakticky okamžitě je pohlceno okolním materiálem. Z místa srážky odlétne „sražený“ atom ochuzený o elektron, původní foton při ní ztratí část energie a pokračuje dále. Ve Slunci se tak může pohybovat dotyčný foton jako kulečníková koule neskutečně dlouhou dobu: podle našich modelů zhruba 10 až 150 tisíc let (plus minus nějakých těch deset tisíc let v případě vyššího údaje). Za to dobu ztratí většinu své původní energie, a může tak se tak změnit třeba ve foton viditelného světla (ty mají podstatně méně energie než gama fotony). Ztracená energie fotonů a gama záření je právě ten tlak, který působí proti gravitaci a udržuje Slunce trochu tak trochu „nadýchané“.

Zatmění slunce focené přes disketu

Zatmění slunce focené přes disketu

Dodejme, že celý mechanismus je ještě o trochu složitější. Při srážkách uvolněné elektrony také naráží do okolí, tedy hlavně do atomů vodíků, při čemž se zase uvolňují fotony. Jde v podstatě o jakousi řetězovou reakci, při které vznikají nové částice. Pro nás je důležité především to, že se tak děje i ve svrchních vrstvách Slunce, nejen v jeho jádru. „Záření, které k nám přichází, se skládá z valné většiny z fotonů ‚narozených‘ ve vrchní slupce, takzvané fotosféře, silné pouze zhruba 300 kilometrů,“ vysvětluje Miroslav Bárta ze Slunečního oddělení Astronomického ústavu Akademie věd. Dochází tu k řadě srážek částic už s poměrně malými energiemi, díky kterým vzniká i záření s poměrně malou energií, třeba viditelné světlo.

Abychom se vrátili k otázce. Kdyby tedy měla být hmotnost Slunce zachována ve zhruba stejném objemu, vše by se časem vrátilo k normálu - Slunce se dokáže znovu samo nastartovat. „Působením gravitace by se objekt začal znovu rychle smršťovat a jeho nitro by se zahřálo na teplotu, při které by se znovu spustila termonukleární reakce,“ říká Miroslav Bárta.

Přesný průběh událostí by se odvíjel podle počáteční situace. „Detaily kolapsu by závisely na přesném rozložení hmoty a její rychlosti, kterou jí uděluje rotace Slunce. Pokud by ovšem po následném „odpružení“ nedošlo ke ztrátě hmoty, příliš veliká změna by nenastala,“ dovysvětluje český vědec. Jakmile by se spustilo slučování jader (tj. termonukleární reakce) a začala se uvolňovat reakce, objekt by znovu začal vytvářet dostatek energie a zářit. Hvězda by se také postupně rozměrově stabilizovala, jak by tlak horkého nitra začal působit proti gravitaci. Znovu bychom tu měli „žhavou kouli“ s teplotou na 5 800°C na povrchu a kolem 14 milionů Kelvinů (či stupňů Celsia, to je při takových teplotách jedno) v jeho jádru, či jen o málo menší – malá část hmoty přeměněné termonukleární reakcí v nitru Slunce by se spotřebovala na jeho opětovné prohřátí na „provozní teplotu“.

Odbočka k trpaslíkům

Zní to možná až podezřele jednoduše, ale je to tak. Vesmírné objekty jsou (na rozdíl třeba od technologie či živých bytostí) relativně jednoduché „výtvory“. Pro hvězdy je tak vlastně jediným důležitým parametrem jejich hmotnost. „Stejný osud, tedy vznik nové hvězdy, by čekal jakýkoliv objekt až do hraniční hmotnosti hnědého trpaslíka,“ říká Miroslav Bárta.

Hnědý trpaslík je objekt, který je na hranici mezi hvězdou a planetou. V jeho jádru může probíhat slučování jader, ale jen v omezeném rozsahu. Tlak a teplota nejsou nikdy tak vysoké, aby mohlo docházet ke slučování jiných jader než deuteria, což je zvláštní „varianta“ (izotop) vodíku, který má v jádře kromě jednoho protonu i neutron. Běžný vodík je zhruba o polovinu lehčí, protože v jádře žádný neutron nemá. Atomové uspořádání je i důvod, proč se deuterium pouští do slučování s jinými jádry ochotněji než běžný vodík či další prvky a izotopy.

Hnědí trpaslíci tedy dokážou spálit jen velmi malou část své hmoty, protože deuterium je poměrně vzácné. Ve větším objemu vzniklo jen během Velkého třesku a od té doby se v podstatě jen pálí právě v nitru hvězd. (Inu, ve skutečnosti ve hvězdných jádrech i nadále vzniká termonukleárním slučováním jader obyčejného vodíku. Ale je to jen mezistupeň jaderné reakce – v dalším kroku je slučováno na helium, čili ve výsledku tento proces k přibývání deuteria skutečně nevede.)

Odhadem se množství deuteria od vzniku vesmíru snížilo zhruba o dva až tři řády (tedy stokrát až tisíckrát), byť jde o číslo jen přibližné. Na Zemi dnes tvoří méně než 0,02 procenta z celkového množství vodíku, v jiných částech vesmíru (třeba v mezihvězdných mračnech) to může být několikanásobně více. V každém případě ovšem platí, že hnědí trpaslíci nemají mnoho paliva a jako hvězdy za mnoho nestojí. Ti menší se dobře identifikují podle toho, že nedokážou spalovat lithium, se kterým si hmotnější hvězdy poradí (astronomové mohou přítomnost tohoto prvku zjistit ve spektru hvězdy).

Takto viděli letošní zatmění Slunce pasažéři pátečního letu EZY6747 společnosti easyJet.

Takto viděli letošní zatmění Slunce pasažéři pátečního letu EZY6747 společnosti easyJet.

Pokud objekt není dost veliký na to, aby se stal hnědým trpaslíkem, stane se z něj „jen“ plynný obr. Hranice mezi hvězdou a planetou není úplně ostrá, ale dnes se odhaduje, že nejmenší hvězdy mohou mít hmotnost zhruba třináctkrát větší než Jupiter (Slunce má hmotnost zhruba 1 050 Jupiterů). Hnědí trpaslíci nad zhruba 65násobek hmotnosti Jupitera zřejmě dokážou spalovat i lithium a horní hranice jejich hmotnosti je přibližně nad 80násobek Jupitera.

I Slunce se jednou stane podobným objektem ze stejné kategorie, tzv. bílým trpaslíkem. Hvězdou, jejímuž gravitačnímu kolapsu zabraňuje tlak degenerovaného plynu způsobený tím, že elektrony nelze naskládat do libovolně malého prostoru (brání tomu kvantové efekty, především Heisenbergův princip neurčitosti a Pauliho vylučovací princip, ale to už je na jiný článek). Na další fázi kolapsu, kdy se elektrony začnou spojovat s protony a vytvoří neutronovou hvězdu, nemá Slunce dostatečnou hmotnost.

Ovšem předtím, odhadem zhruba za 7,59 miliardy let, se stane naše hvězda tzv. rudým obrem, tedy hvězdou, v jejímž nitru naopak probíhá termonukleární reakce intenzivněji než v dnešním Slunci. Bude se rozpínat, a jeho objem se roztáhne až téměř k oběžné dráze Země, která pak nakonec zřejmě bude Sluncem zničena (alespoň podle této práce).

Dva „černější“ scénáře

To jsme ale od hypotetických případů sluneční „stávky“ ukročili do velmi vzdálené budoucnosti. Vraťme se k smyšleným příkladům, a projděme si ještě dva. Nejprve si odpovězme na otázku, jak dlouho by život na Zemi mohl přežít se „zhasnutým“ Sluncem.

Život jako takový by asi mohl přežít poměrně dlouho, člověk těžko. Dnes na základě experimentálních měření odhadujeme, že zhruba polovinu z celkového množství tepla si Země vyrábí sama rozpadem radioaktivních prvků v jádře (studie z roku 2011). To znamená, že ani kdyby naše planeta putovala vesmírem ve tmě, ještě dlouho by nemusela být zcela studená a mikroorganismy žijící třeba v blízkosti teplých oceánských pramenů nebo hluboko v zemské kůře by dál mohly žít svým pomalým tempem. Část oceánů by zřejmě zůstala kapalná ještě další stovky tisíc let (led na jejich povrchu by byl dobrý izolant).

Povrch by ovšem chladl velmi rychle a brzy by byl zcela neobyvatelný. „Tempo, jakým by Země chladla, není těžké v podstatě přesně odvodit. Zmizení Slunce může znít fantasticky, ale z hlediska Země by se projevilo úplně stejně jako obyčejná a dobře známá noc, která ovšem nastala na celém světě a nikdy neskončí. Pokles teploty na Zemi bez Slunce by za každých 12 hodin byl vlastně stejný, jako je průměrný pokles teploty v noci,“ jednoduše argumentuje fyzik Luboš Motl. Průměrná teplota Země je dnes kolem 15 °C, bez Slunce by tak po pár dnech byla záporná. A pád by dál pokračoval na teploty hluboko pod nulou.

Máte také šílenou otázku?

Svět i naše hlavy jsou plné zajímavých, zábavných či jen vtipných problémů a otázek, na než nikdy nebudeme znát odpověď. Zároveň jsou učebnice, vědecké časopisy i hlavy odborníků plné odpovědí, které tápající většina nikdy neuslyší. Pomozte nám tento nepoměr alespoň malou měrou vyrovnat.

Pokud máte pocit, že jste narazili na otázku, na kterou by věda mohla znát odpověď, ale nemáte čas ji hledat, či nevíte, kde začít, neváhejte nám ji položit v diskusi, nebo poslat na adresu: redakce@technet.cz (do předmětu ideálně napište „Otázka dne“). My na oplátku slibujeme, že na některé otázky odpovíme - nic více a nic méně.

Druhým scénářem je možnost, že by Slunce jednoduše zmizelo a na jeho místě zůstal jen prázdný prostor. Newtonovská fyzika by napovídala, že naše planeta v tu samou chvíli odletí z (bývalé) sluneční soustavy pryč do vesmíru stejnou rychlostí, jakou obíhá kolem Slunce, tedy zhruba 30 km/s. Stejně jako náhle vypuštěný míček na niti by zamířila směrem, který by určovala tečna probíhající její oběžnou dráhou v bodě, ve kterém Země byla, když naše hvězda zmizela.

Teorie relativity to ale poněkud komplikuje. „Zakazuje nadsvětelně rychlý přenos gravitace, a tak by změna probíhala rychlostí světla,“ vysvětluje Luboš Motl. Zhruba osm minut po krádeži Slunce by jak zmizel jeho obraz z nebes, tak by Země přešla na přímou dráhu. „V okamžiku zmizení naší hvězdy by to se Zemí zatřáslo, protože náhlá změna rozdělení hmoty vytváří gravitační vlny a ukradení Slunce je změna rozdělení hmoty,“ říká Motl. Nedokáže ale předpovědět, jak by gravitační vlny vypadaly, ale protože zachování hmoty nakonec krádež stejně zakazuje, nemůže existovat žádná smysluplná odpověď.

Podle Luboše Motla se ovšem nabízí jiný, alespoň hypoteticky možný a přitom podobný příklad: stačilo by Slunce rozstřelil ho na dva rychlé objekty pohybující se od sebe téměř rychlostí světla (třeba i mimo rovinu oběhu kolem Slunce, abychom byli v bezpečí). Znovu by trvalo osm minut, než začne Země přecházet na jinou dráhu, která bude stále přesněji připomínat rovnou. „V takovém konkrétním případě slučitelném se zákony zachování energie by se ty přesné gravitační vlny daly spočítat,“ říká český fyzik. Snad to ale nikdy nebude nutné.

Malý entomologický bonus

Další čtenář nám poslal trochu poťouchlou otázku: jak vysoko vyskočí mravenec Podle našeho odhadu si spíše dělá legraci z celé rubriky, než aby ho tato otázka v životě příliš trápila. Ale protože ani my rubriku nebereme úplně vážně, rádi odpovíme. My totiž úplnou náhodou více či méně známe odpověď, a tak o ni čtenáře nechceme připravit.

Vzhledem k tomu, že druh mravence nebyl přesně určen, vybrali jsme rekordmana, kterým je podle dosavadních výsledků australský mravenec Odontomachus brunneus. Jeho zhruba 12 milimetrů dlouhé dělnice dokážou skákat do vzdálenosti okolo deseti centimetrů. Výška skoků se může pohybovat i kolem sedmi centimetrů - a to máme zaznamenáno na filmovém záznamu.

Jak se můžete přesvědčit na přiloženém obrázku, velmi dobrý odhad správné odpovědi měl i český spisovatel a entomolog Ondřej Sekora ve své publikaci „Ferda cvičí mraveniště“. A to i přesto, že toto krátké video nikdy prokazatelně neviděl.

Srovnání výšky skoku Ferdy Mravence a mravence druhu Odontomachus brunneus. Zatímco první zmíněný využívá tyče, O. brunneus se vymrští s pomocí svých silných kusadel (“tyč“ na snímku je jen měřítko, jehož díly mají délku jednoho palce, což podle jeho definice z roku 1959 přesně 2,54 centimetru). Upozorňujeme, že obrázky nemají stejné měřítko.

Srovnání výšky skoku Ferdy Mravence a mravence druhu Odontomachus brunneus. Zatímco první zmíněný využívá tyče, O. brunneus se vymrští s pomocí svých silných kusadel (“tyč“ na snímku je jen měřítko, jehož díly mají délku jednoho palce, což podle jeho definice z roku 1959 přesně 2,54 centimetru). Upozorňujeme, že obrázky nemají stejné měřítko.

Skok O. brunneus není příliš koordinovaný. Mravence při něm totiž pohánějí nikoliv nohy, ale kusadla, která má podstatně silnější. Zapře je o podložku, stiskne a pak prudce otevře. Tento trik mu podle všeho dosti účinně pomáhá unikat před lovci, třeba z pastí vytvořených larvami mravkolva, jak ukazují experimentální výsledky publikované letos v květnu v PLoS ONE. Autoři to ověřovali tak, že mravkolvovi předložili pro srovnání mravence se zalepenými kusadly. Ještě že se toho Ferda nedožil.







Hlavní zprávy

Najdete na iDNES.cz



mobilní verze
© 1999–2016 MAFRA, a. s., a dodavatelé Profimedia, Reuters, ČTK, AP. Jakékoliv užití obsahu včetně převzetí, šíření či dalšího zpřístupňování článků a fotografií je bez souhlasu MAFRA, a. s., zakázáno. Provozovatelem serveru iDNES.cz je MAFRA, a. s., se sídlem
Karla Engliše 519/11, 150 00 Praha 5, IČ: 45313351, zapsaná v obchodním rejstříku vedeném Městským soudem v Praze, oddíl B, vložka 1328. Vydavatelství MAFRA, a. s., je součástí koncernu AGROFERT ovládaného Ing. Andrejem Babišem.