Energia solare
due
Di Pietro Planezio
Nel momento stesso in cui esponeva la sua idea, Eddington diceva di rendersi conto che le temperature esistenti nel centro del Sole (qualche milione di gradi) non apparivano sufficienti per quel tipo di reazione.
In effetti, tenendo conto della massa di un protone (nucleo di Idrogeno) e della sua carica elettrica, la sua velocità (conseguenza diretta della sua temperatura) appariva del tutto insufficiente a permettere un avvicinamento significativo tra le particelle.
In pratica, la repulsione elettromagnetica non avrebbe permesso a due protoni di avvicinarsi tra loro, neanche con temperature (e quindi velocità) un bel po' maggiori.
Eddington, con uno stile tutto suo, si dava botta e risposta da solo.
Chiedeva ai fisici di trovare un luogo PIU' CALDO, se ne erano capaci, ed affermava che "l'esistenza dell'Elio è la prova migliore che si può formare".
Ora, da un punto di vista strettamente scientifico, questo è proprio quello che si può definire "un ragionamento a pera". Era chiaro che, se c'era, poteva essersi formato!
Che si fosse però formato così e non altrimenti, era tutto da dimostrare!
Però le sue conclusioni avevano un pregio mica da niente: quello di essere giuste!
Del resto quando il grande Sir Arthur Eddington si metteva in testa qualcosa, dicono, non glielo si levava più neanche col cavatappi!
E' rimasto proverbiale il suo rifiuto per la soluzione che Chandrasekar trovò (ed a cui deve la gloria) per la struttura delle Nane Bianche.
La attaccò violentemente prima ancora che fosse pubblicata, e si portò questa sua avversione nella tomba!
Tanto per fare un esempio, qualche malevolo insinua addirittura (chissà, forse non del tutto senza fondamento) che avesse anche "addomesticato un pochino" le misure fatte in occasione della famosa eclisse di Sole.
Quella che egli adoperò per confermare le previsioni della Teoria della Relatività Generale, della quale era entusiasticamente convinto! Mah!
L'idea dominante oggi è che l'Idrogeno diventi Elio attraverso due procedimenti diversi, che operano a temperature diverse in stelle diverse: uno è il cosiddetto ciclo Protone-Protone.
Si pensa che sia la principale sorgente di energia del Sole e delle stelle meno brillanti.
Se due protoni vengono a contatto, ed uno diventa un neutrone, si uniscono (con emissione di un antiprotone ed un neutrino), dando luogo al Deuterio, od Idrogeno pesante.
Ora, due protoni, NON DOVREBBERO poter venire a contatto se non a temperature molto superiori, in quanto nel centro del Sole sono troppo lenti, e non riescono a vincere la repulsione elettromagnetica, che forma una specie di barriera, chiamata appunto "barriera di potenziale".
Inoltre, la necessaria trasformazione contemporanea del protone in neutrone viene governata da una forza, chiamata Interazione Debole, meno rapida e meno violenta dell'Interazione Forte.
Quindi il discorso sembrerebbe chiuso prima ancora di venire aperto. Però...
Non dobbiamo dimenticare che nel cento del Sole ci sono miliardi di miliardi ecc. di atomi per centimetro cubo, e, alla velocità alla quale si muovono, si scontrano miliardi di volte al secondo.
Ora, per un fenomeno statistico della meccanica quantistica chiamato "Effetto tunnel", due nuclei di idrogeno possono venire, una volta ogni tanto, ad essere molto più vicini di quanto non permetterebbe loro la meccanica classica.
Se contemporaneamente uno dei due diventa un neutrone...
Certo, per un singolo nucleo, questo può avvenire una volta in molte decine di miliardi di anni.
Ma ce ne sono talmente tanti... Quindi il Deuterio si forma.
Col contagocce, chiaramente.
Ma c'è un esercito sterminato di contagocce, per cui ogni secondo si formano nel centro del Sole circa 4 milioni di tonnellate di
Deuterio! (Toh, basta miliardi?).
Ora, questo Idrogeno Pesante è molto più "socievole" dell' Idrogeno normale.
Ha una grande facilità a reagire, tanto che la bomba H la fanno proprio col Deuterio.
Inoltre, se incontra un terzo protone, non dovendo neppure attendere che si trasformi in neutrone, lo acchiappa subito.
Così nel giro di pochi secondi nasce l' Elio 3, un isotopo leggero dell'Elio.
Il nucleo col quale l'Elio 3 ha più facilità ad unirsi è un altro Elio 3. Un po' razzista, forse.
Comunque trovare un altro Elio 3 abbastanza veloce da vincere la repulsione elettromagnetica, non è facile.
Non ce ne sono poi molti, e generalmente sono troppo lenti.
Può dover aspettare qualche milione di anni. Ma alla fine ce la fa.
Due nuclei di He3 si uniscono, danno Elio 4, ed espellono due protoni, ovvero due nuclei di Idrogeno.
Quindi, in sostanza, in fasi alterne e con diverse modalità 6 protoni si sono uniti, per dar luogo ad un nucleo di Elio e due protoni "di resto".
Come già detto, L'Elio pesa un po' meno dei quattro Idrogeni che l'hanno formato, e questo "difetto di massa" si è trasformato in energia.
In questo modo il Sole può tirare avanti una decina di miliardi di anni, solo consumando l'Idrogeno che si trova nella sua parte centrale, l'unica in cui temperatura e densità siano sufficienti per sostenere questo tipo di reazione.
Questo meccanismo, come si può facilmente intuire, è estremamente sensibile alla temperatura: piccole variazioni di questa modificano molto la produzione di energia.
Quindi un leggero aumento, per esempio, gonfierebbe subito il Sole, che espandendosi si raffredderebbe, ed abbasserebbe drasticamente la produzione di energia.
Per quanto ne sappiamo, pare che ciò funzioni da termostato quasi alla perfezione.
Altre stelle di diverse caratteristiche usano un altro metodo, anche se il risultato netto è lo stesso. Vedremo.