सौर कोर

This article is about सूर्य का कोर. For सामान्यतः सितारों का मूल, see तारकीय कोर.

Template:Structure of the Sun सूर्य के कोर को केंद्र से लगभग 0.2 से 0.25 सौर त्रिज्या(140,000–170,000 kilometres (87,000–106,000 mi)) तक विस्तारित माना जाता है। यह सूर्य और सौरमंडल का सबसे गर्म भाग है। केंद्र में इसका घनत्व 150 ग्राम/सेमी³ है, और तापमान 15 मिलियन केल्विन(15 मिलियन डिग्री सेल्सियस, 27 मिलियन डिग्री फ़ारेनहाइट) है।

केंद्र में 265 बिलियन बार(इकाई)(3.84 ट्रिलियन पाउंड प्रति वर्ग इंच या 26.5 पेटा-पास्कल(यूनिट)(पीपीए)) के अनुमानित दबाव पर कोर प्लाज्मा(भौतिकी) गर्म, घने प्लाज्मा(आयन और इलेक्ट्रॉन) से बना है। संलयन के कारण, सौर प्लाज्मा की संरचना बाहरी कोर पर द्रव्यमान द्वारा 68 से 70% हाइड्रोजन से गिरकर कोर/सूर्य केंद्र पर 34% हाइड्रोजन हो जाती है।

सौर त्रिज्या के 20% के अंदर के कोर में सूर्य के द्रव्यमान का 34% है, परन्तु सूर्य के आयतन का मात्र 0.8% है। सौर त्रिज्या के 24% के अंदर कोर है जो सूर्य की 99% संलयन शक्ति उत्पन्न करता है। दो अलग-अलग अभिक्रियाएं हैं जिनमें चार हाइड्रोजन नाभिक अंततः एक हीलियम नाभिक में परिणत हो सकते हैं: प्रोटॉन-प्रोटॉन श्रृंखला अभिक्रिया - जो सूर्य की अधिकांश जारी ऊर्जा के लिए उत्तरदायी है - और CNO चक्र।

रचना

प्रकाश मंडल में सूर्य द्रव्यमान हाइड्रोजन द्वारा लगभग 73-74% है, जो कि बृहस्पति के वातावरण के समान संरचना है, और महा विस्फोट के बाद जल्द से जल्द सितारों के गठन में हाइड्रोजन और हीलियम की प्रारंभिक संरचना है। यद्यपि, जैसे-जैसे सूर्य में गहराई बढ़ती है, संलयन हाइड्रोजन के अंश को कम करता है। अंदर की ओर यात्रा करते हुए, कोर त्रिज्या तक पहुँचने के बाद हाइड्रोजन द्रव्यमान अंश तेजी से घटने लगता है(यह अभी भी लगभग 70% सूर्य की त्रिज्या के 25% के बराबर त्रिज्या पर है) और इसके अंदर, हाइड्रोजन अंश तेजी से गिरता है क्योंकि कोर का पता चलता है, जब तक यह सूर्य के केंद्र(त्रिज्या शून्य) पर लगभग 33% हाइड्रोजन के निम्न स्तर तक नहीं पहुँच जाता। शेष प्लाज्मा द्रव्यमान का 2%(अर्थात, 65%) हीलियम है।

ऊर्जा रूपांतरण

लगभग 3.7×10³⁸ प्रोटॉन(हाइड्रोजन नाभिक), या साधारणतया 600 मिलियन टन हाइड्रोजन, हीलियम नाभिक में परिवर्तित हो जाते हैं और 3.86×10²⁶ जूल प्रति सेकंड की दर से ऊर्जा जारी करते हैं।

कोर संलयन के माध्यम से लगभग सभी सूर्य की गर्मी का उत्पादन करता है: बाकी का तारा कोर से गर्मी के बाहरी स्थानांतरण से गर्म होता है। कोर में संलयन द्वारा उत्पादित ऊर्जा, सौर न्यूट्रिनो द्वारा किए गए छोटे भाग को छोड़कर, सूर्य के प्रकाश के रूप में अंतरिक्ष में निकलने से पूर्व, या फिर गतिज ऊर्जा या बड़े पैमाने पर कणों की तापीय ऊर्जा के रूप में कई क्रमिक परतों के माध्यम से सौर प्रकाशमंडल तक यात्रा करनी चाहिए। कोर में संलयन के प्रति यूनिट समय(शक्ति) में ऊर्जा रूपांतरण सौर केंद्र से दूरी के साथ बदलता रहता है। सूर्य के केंद्र में, मॉडल द्वारा संलयन शक्ति का अनुमान लगभग 276.5 वाट / मी^{3 है।3}

इसके तीव्र तापमान के अतिरिक्त, समग्र रूप से कोर का शिखर शक्ति उत्पादन घनत्व सक्रिय खाद के समान है, और एक वयस्क मानव के चयापचय द्वारा उत्पादित शक्ति घनत्व से कम है। सूर्य की विशाल मात्रा और सीमित तापीय चालकता के कारण सूर्य खाद के ढेर से कहीं अधिक गर्म है।

10 से 15 मिलियन केल्विन के तापमान के लिए स्टीफन-बोल्ट्जमैन सिद्धांत के साधारण अनुप्रयोग द्वारा भविष्यवाणी की जा सकने वाली बड़ी शक्ति को देखते हुए, सूर्य के संलयन कोर के अंदर होने वाली कम विद्युत् उत्पादन भी आश्चर्यजनक हो सकता है। यद्यपि, सूर्य की परतें बाहरी परतों में मात्र तापमान में थोड़ी कम विकिरण कर रही हैं, और परतों के बीच विकिरण शक्तियों में यह अंतर है जो शुद्ध विद्युत् उत्पादन और सौर कोर में स्थानांतरण को निर्धारित करता है।

सौर त्रिज्या के 19% पर, कोर के किनारे के समीप, तापमान लगभग 10 मिलियन केल्विन है और संलयन शक्ति घनत्व 6.9 W/m ³ है, जो सौर केंद्र पर अधिकतम मान का लगभग 2.5% है। यहां का घनत्व लगभग 40 ग्राम/सेमी³ है, या केंद्र में इसका लगभग 27% है। लगभग 91% सौर ऊर्जा त्रिज्या के भीतर उत्पन्न होती है। 24% त्रिज्या(कुछ परिभाषाओं के अनुसार बाहरी कोर) के भीतर, सूर्य की शक्ति का 99% उत्पादन होता है। सौर त्रिज्या के 30% से अधिक, जहां तापमान 7 मिलियन K है और घनत्व 10 g/cm ³ तक गिर गया है संलयन की दर लगभग शून्य है।

दो अलग-अलग अभिक्रियाएँ हैं जिनमें 4 H नाभिक अंततः एक He नाभिक में परिणत हो सकते हैं: प्रोटॉन-प्रोटॉन श्रृंखला अभिक्रिया और सीएनओ चक्र(नीचे देखें)।

File:Fusion in the Sun.svg

प्रोटॉन-प्रोटॉन श्रृंखला अभिक्रिया

प्रोटॉन-प्रोटॉन श्रृंखला अभिक्रिया

Main article: प्रोटॉन-प्रोटॉन श्रृंखला अभिक्रिया

प्रथम अभिक्रिया जिसमें 4 H नाभिक अंततः एक He नाभिक में परिणत हो सकते हैं, जिसे प्रोटॉन-प्रोटॉन श्रृंखला अभिक्रिया के रूप में जाना जाता है:

$\left\{{\begin{aligned}&&{}^{1}\!\mathrm {H} +^{1}\!\mathrm {H} &\rightarrow {}^{2}\!\mathrm {D} +e^{+}+\nu _{e}\\{\text{then}}&&{}^{2}\!\mathrm {D} +{}^{1}\!\mathrm {H} &\rightarrow {}^{3}\!\mathrm {He} +\gamma \\{\text{then}}&&{}^{3}\!\mathrm {He} +{}^{3}\!\mathrm {He} &\rightarrow {}^{4}\!\mathrm {He} +{}^{1}\!\mathrm {H} +{}^{1}\!\mathrm {H} \\\end{aligned}}\right.$

यह अभिक्रिया क्रम सौर कोर में सबसे महत्वपूर्ण माना जाता है। प्रथम अभिक्रिया के लिए विशिष्ट समय कोर के उच्च घनत्व और तापमान पर भी लगभग एक अरब वर्ष है, कमजोर बल की आवश्यकता के कारण न्यूक्लियॉन का पालन करने से पूर्व बीटा क्षय हो सकता है(जो संभवतः ही कभी उस समय होता है जब वे सुरंग बनाते हैं ऐसा करने के लिए एक दूसरे के अत्यधिक समीप चाहिए)। अगली अभिक्रिया में ड्यूटेरियम और हीलियम -3 का समय, इसके विपरीत, मात्र 4 सेकंड और 400 वर्ष है। ये बाद की अभिक्रियाएं परमाणु बल के माध्यम से आगे बढ़ती हैं और इस प्रकार बहुत तेज होती हैं। 4 हाइड्रोजन परमाणुओं को 1 हीलियम परमाणु में बदलने में इन अभिक्रियाओं द्वारा जारी कुल ऊर्जा 26.7 MeV है।

सीएनओ चक्र

Main article: सीएनओ चक्र

File:CNO Cycle.svg

200 पीएक्स

दूसरा अभिक्रिया अनुक्रम, जिसमें 4 H नाभिक अंततः एक He नाभिक में परिणत हो सकते हैं, सीएनओ चक्र कहलाता है और कुल सौर ऊर्जा का 10% से कम उत्पन्न करता है। इसमें कार्बन परमाणु सम्मिलित हैं जो समग्र प्रक्रिया में खपत नहीं होते हैं। इस सीएनओ चक्र का विवरण इस प्रकार है:

$\{\begin{array}{rlrl}& & {}^{12}\mathrm{C}+{}^1\mathrm{H}& \to <!--\; \to \; -->{}^{13}\mathrm{N}+\mathrm{\gamma <!--\; \gamma \; -->}\\ \text{then}& & {}^{13}\mathrm{N}& \to <!--\; \to \; -->{}^{13}\mathrm{C}+e^{+}+{\mathrm{\nu <!--\; \nu \; -->}}_e\\ \text{then}& & {}^{13}\mathrm{C}+{}^1\mathrm{H}& \to <!--\; \to \; -->{}^{14}\mathrm{N}+\mathrm{\gamma <!--\; \gamma \; -->}\\ \text{then}& & {}^{14}\mathrm{N}+{}^1\mathrm{H}& \to <!--\; \to \; -->{}^{15}\mathrm{O}+\mathrm{\gamma <!--\; \gamma \; -->}\\ \text{then}& & {}^{15}\mathrm{O}& \to <!--\; \to \; -->{}^{15}\mathrm{N}+e^{+}+{\mathrm{\nu <!--\; \nu \; -->}}_e\\ \text{then}& & {}^{15}\mathrm{N}+{}^1\mathrm{H}& \to <!--\; \to \; -->{}^{12}\mathrm{C}+{}^4\mathrm{H}\mathrm{e}+\mathrm{\gamma <!--\; \gamma \; -->}\end{array}$