«Успешный термоядерный реактор есть у нас под рукой. Это звезда класса G2, очень средняя по космическим меркам – наше Солнце. Оно надежно функционирует уже многие миллиарды лет».
Жорес Алферов, лауреат Нобелевской премии по физике
Сокровище желтого карлика
Желтый карлик по меркам вселенной - по весу занимает 99,86% нашей системы. Диаметром - как 109 планет Земля. Температура на поверхности, в фотосфере, 5500 °С, в центре 15,7 млн °С. Там, в ядре, которое занимает 40% солнечной массы, непрерывно идёт термоядерная реакция. Водород превращается в гелий. Первого в Солнце 73,5%, второго - почти 25%. За секунду в гигантском котле 600 млн тонн водорода перерабатывается в 4 млн тонн гелия. Реакция идёт уже 5 млрд лет. Зная объемы, можно подсчитать: половина жизни звезды прожита. А что потом? Весь водород станет гелием, а желтый карлик - красным гигантом. Солнце распухнет и поглотит Землю, впрочем, вода и жизнь испарятся с неё гораздо раньше. В солнечном ядре гелий будет превращаться в углерод и более тяжелые вещества. Звезда наконец остынет и станет белым карликом.
Физическое отступление
Так что же излучает Солнце? Конечно свет, тепло и электромагнитные волны, - скажут многие и будут неправы. Излучать можно только материальное, напоминают физики. Например, частицы. Каждую секунду Солнце излучает 4 млн тонн вещества. Это электроны, протоны, нейтроны, атомы гелия и водорода. Имея импульс, они передают его материальным субстанциям в атмосфере. И только у поверхности Земли создают процесс хаотического движения микрочастиц, которое мы называем теплом, и направленный процесс передачи импульсов электронами оболочек атомов воздуха, которое мы называем светом.
Две стороны света
Так значит свет - это процесс? И да, и нет. В 1021 году арабский ученый Ибн ал-Хайсал в «Книге об оптике» описал световой луч как поток частиц, которые «испытывают нехватку всех заметных качеств, кроме энергии». Но корпускулярная теория не объясняла многих свойств, например, двойного лучепреломления и дифракции. В 1637 году Рене Декарт предлагает волновую теорию света. Доминировать она начинает только два века спустя, благодаря Джеймсу Максвеллу и Генриху Герцу. Но и в эту теорию свет не вписался. Втиснуть его удалось только в квантовую механику. В 1905 году Альберт Эйнштейн предположил, что энергия света представляет собой частицы - световые кванты, которые в русле волны движутся независимо друг от друга. Кстати, Нобелевскую премию он получил не за теорию относительности, а за открытие закона фотоэффекта. В 1926 году американский химик Гильберт Н. Льюис стал называть световые частицы-порции фотонами. Что мы знаем о них сегодня? Фотон лишен массы покоя - он может существовать, только двигаясь со скоростью света. У фотона нет электрического заряда, но есть импульс, он переносчик: обеспечивает взаимодействие между зарядами. Фотон одновременно и частица, и волна, одно из состояний электромагнитного поля.
Солнечный лёд
Неопределенность с природой света абсолютно не смущала изобретателей. В 1767 году, когда мысли о фотоне-волне еще шокировали большинство ученых, швейцарский геолог, ботаник и альпинист Орас Бенедикт де Соссюр приспособил солнечные лучи для приготовления еды: придумал первую в Европе переносную солнечную печь. А в 1860-х школьный учитель математики Огюст Мушо одним из первых в мире задумался о будущим дефиците традиционных источников энергии, а конкретнее угля, который тогда подорожал. Изучив печь Соссюра, Мушо построил первый паровой двигатель на солнечной энергии. Причем смог заинтересовать государство и получить 1500 франков на сборку экспериментального генератора. Пораженная пресса писала о мощи двигателя и о том, как он пригодится воздухоплавателям. А еще изобретениям пророчили светлое будущее в тропических странах. Мушо опробовал свои генераторы в солнечном Алжире, снова получив грант от французского правительства. На Всемирной выставке в Париже в 1878 году он показал генератор с зеркалом более 13 футов в диаметре и бойлером в 21 галон. Давление пара в котле достигло семи атмосфер и подключённый «лёдогенератор» произвёл блок «солнечного» льда. Последнее настолько поразило судей, что Мушо наградили золотой медалью. А затем поток государственных дотаций иссяк. Причина была проста: уголь подешевел.