Chúng ta thấy Mặt trời chiếu sáng mỗi ngày, mang lại hơi ấm, ánh sáng và sự sống cho Trái đất. Nhưng bạn đã bao giờ tự hỏi tại sao nó lại tạo ra nhiều năng lượng như vậy—và tiếp tục hoạt động trong hàng tỷ năm mà không hết nhiên liệu không?

Câu trả lời không phải là lửa hay sự cháy như chúng ta biết. Động cơ thực sự đằng sau sức mạnh của Mặt trời là thứ mạnh mẽ hơn nhiều: phản ứng tổng hợp hạt nhân.

Phản ứng nhiệt hạch chính xác là gì?

Chúng ta hãy bắt đầu một cách đơn giản. Phản ứng nhiệt hạch là quá trình mà hai nguyên tử nhỏ kết hợp với nhau để tạo thành một nguyên tử lớn hơn. Trong quá trình này, một lượng năng lượng khổng lồ được giải phóng. Mặt trời chủ yếu kết hợp các nguyên tử hydro (nguyên tố đơn giản nhất và phổ biến nhất trong vũ trụ) thành các nguyên tử heli. Sự biến đổi này giải phóng ánh sáng, nhiệt và năng lượng—những gì chúng ta cảm nhận ở đây trên Trái đất là ánh sáng mặt trời.

Theo một cách nào đó, Mặt trời giống như một lò phản ứng nhiệt hạch tự nhiên khổng lồ đã hoạt động trong hơn 4,6 tỷ năm.

Nơi xảy ra phản ứng tổng hợp: lõi Mặt trời

Mặt trời có nhiều lớp, nhưng hoạt động thực sự diễn ra ở lõi của nó—trung tâm, nơi nhiệt độ lên tới hơn 15 triệu độ C và áp suất cao không thể tưởng tượng nổi. Những điều kiện khắc nghiệt này là cần thiết vì các nguyên tử hydro thường không thích ở gần nhau. Cả hai đều mang điện tích dương và tự nhiên đẩy nhau ra.

Nhưng ở lõi Mặt trời, áp suất mạnh đến mức đẩy các nguyên tử này lại với nhau. Khi cuối cùng chúng va vào nhau với lực đủ lớn, phản ứng tổng hợp xảy ra, giải phóng năng lượng dưới dạng tia gamma.

Năng lượng di chuyển từ trong ra ngoài như thế nào

Sau khi phản ứng tổng hợp xảy ra, năng lượng không đến được với chúng ta ngay lập tức. Đầu tiên, nó phải di chuyển ra khỏi lõi dày đặc của Mặt trời. Hành trình này mất rất nhiều thời gian—đôi khi là hàng nghìn năm! Năng lượng từ từ di chuyển qua một lớp dày gọi là vùng bức xạ, nảy lên như một quả bóng pinball.

Cuối cùng, nó đến vùng đối lưu, nơi nó nổi lên thành những bong bóng khổng lồ, giống như nước sôi. Từ đó, cuối cùng nó đến bề mặt Mặt trời và được giải phóng dưới dạng ánh sáng mặt trời, chỉ mất 8 phút để đến Trái đất.

Vì vậy, ánh sáng mặt trời mà chúng ta cảm nhận ngày nay thực sự đã bắt đầu hành trình của nó từ rất, rất lâu trước đây.

Tại sao phản ứng tổng hợp lại mạnh mẽ đến vậy

Một lý do khiến phản ứng tổng hợp tạo ra nhiều năng lượng đến vậy là vì một lượng nhỏ khối lượng được chuyển đổi thành năng lượng. Điều này tuân theo phương trình nổi tiếng của Einstein, E = mc²—trong đó khối lượng trở thành năng lượng. Ngay cả một lượng nhỏ hydro chuyển thành heli cũng tạo ra một lượng năng lượng giải phóng khổng lồ.

Và vì Mặt trời chứa rất nhiều hydro nên nó có đủ "nhiên liệu" để tiếp tục chiếu sáng trong 5 tỷ năm nữa hoặc lâu hơn.

Sự khác nhau giữa phản ứng nhiệt hạch và quá trình đốt cháy

Thật dễ dàng để nghĩ rằng Mặt trời đang bốc cháy, nhưng điều đó không đúng. Lửa cần oxy và xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn nhiều. Ngược lại, phản ứng nhiệt hạch xảy ra trong không gian không có oxy và ở nhiệt độ và áp suất cực cao. Nó cũng hiệu quả hơn nhiều so với quá trình đốt cháy. Trên thực tế, phản ứng nhiệt hạch cung cấp năng lượng cho tất cả các ngôi sao—không chỉ riêng Mặt trời của chúng ta.

Chúng ta có thể sử dụng phản ứng nhiệt hạch trên Trái Đất không?

Có chứ, và các nhà khoa học đang cố gắng! Nếu chúng ta có thể tạo ra phản ứng nhiệt hạch an toàn và ổn định ngay tại Trái Đất, nó sẽ cung cấp cho chúng ta một nguồn năng lượng sạch và gần như vô hạn. Không giống như nhiên liệu hóa thạch, phản ứng nhiệt hạch không tạo ra ô nhiễm có hại. Nhưng việc tạo ra nhiệt độ và áp suất cực lớn cần thiết cho phản ứng nhiệt hạch là rất khó. Nhiều quốc gia đang nghiên cứu về vấn đề này và đang có những tiến triển.

Nếu thành công, một ngày nào đó chúng ta có thể có các nhà máy điện hoạt động giống như Mặt Trời—âm thầm và mạnh mẽ cung cấp năng lượng cho cuộc sống của chúng ta.

Hãy tiếp tục học hỏi từ Mặt trời

Mặt trời không chỉ là một ngọn đèn trên bầu trời—mà còn là một động cơ mạnh mẽ, ổn định giúp hành tinh của chúng ta tồn tại. Nhờ phản ứng tổng hợp hạt nhân, chúng ta có ánh sáng ban ngày, hơi ấm, thời tiết và thức ăn.

Thật tuyệt vời khi một quá trình tự nhiên diễn ra cách xa hàng triệu km có thể ảnh hưởng đến cuộc sống của chúng ta mỗi giây? Bạn muốn khám phá điều gì khác về không gian hoặc các vì sao tiếp theo? Chúng ta hãy cùng nhau tiếp tục học hỏi và thắc mắc nhé!