A física quântica por trás do brilho do Sol

Hoje conhecemos a física quântica por trás do brilho do Sol, que brilha incessantemente, trazendo-nos vida, e inspira alguns dos deuses mais importantes de algumas mitologias ao longo da história das civilizações e povos humanos.

Por trás de tanta luz, calor e vida, há um longo e complexo caminho, por meio do qual a ciência demonstra sua capacidade. É mágico. Então, afinal, como ocorre esse processo de retirada de energia dos átomos?

Fusão e fissão nuclear

Antes de tudo, vamos entender a diferença entre a fissão e a fusão nuclear. A forma como a humanidade retira energia de um átomo é chamada de fissão nuclear, e é o funcionamento desde uma bomba nuclear, até uma usina.

Nela, você lança um nêutron em um átomo de um elemento radioativo, como o urânio, e o “quebra”, liberando energia, e dando origem a outros tipos de materiais radioativos, lixos radioativos, mais precisamente.

A fusão, por sua vez, é a forma como o Sol funciona, e é mais limpa. Nela, você funde elementos, como o hidrogênio e o hélio. Nessa fusão, algumas partículas tornam-se energia e outras tornam-se átomos mais pesados.

Ainda não conseguimos dominar a fusão nuclear em laboratório de forma eficiente. Gastamos mais energia para fazer a reação do que conseguimos extrair. A partir do momento que conseguíssemos extrair de forma eficiente, as usinas de fissão não fariam mais sentido, já que a fusão é mais limpa e segura.

A física quântica é a base primordial

O Sol é um ser gigante, comparado a nós, embora não tão grande comparado a coisas ainda mais grandiosas pelo universo. Mesmo assim, a física quântica, que rege o universo subatômico, é a base pela qual tudo se origina.

A física quântica é um mundo esquisito, regido pelas probabilidades. Em resumo, os acontecimentos não seguem a lógica clássica, como somos habituados.

Ciclos de fusão e os neutrinos

Como já relatamos aqui na SoCientífica, há dois processos de fusão que ocorrem nas estrelas: a cadeia próton-próton e o ciclo CNO (carbono-nitrogênio-oxigênio). 99% da energia liberada pelo Sol é por meio da cadeia próton-próton.

O ciclo CNO, mais comuns em estrelas de grandes massas, ocorre com a fusão de 4 prótons com um núcleo de hélio, e os elementos que dão nome ao ciclo, servem como catalisadores, ou seja, aceleradores da reação.

Na cadeia próton-próton, quatro núcleos de hidrogênio fundem-se entre si, formando hélio, e energia, e a reação continua atingindo os outros núcleos atômicos dentro da estrela. É a reação predominante em estrelas semelhantes ao Sol.

Em ambas as reações, além da liberação de energia por meio dos fótons, que transportam a luz e a energia térmica, há a liberação de neutrinos, partículas “fantasmas”.

Os neutrinos praticamente não interagem com a matéria, e saem do núcleo quase que instantaneamente. Para os fótons, por outro lado, esse trabalho é mais difícil, e o caminho entre o núcleo e a superfície solar pode levar até 100 mil anos.

No vácuo, de fato, ambos viajam à velocidade da luz. A questão é que os fótons interagem relativamente bem com a matéria. Os neutrinos, por sua vez, são extremamente difíceis de se detectar.

Pressão e temperatura

O núcleo do Sol é muito, quente, além da pressão. Coloque os átomos em um forno especial e só assim você pode quebrar a barreira Coulomb, regra que impede a fusão nuclear sob condições não extremas.

É só por meio de uma pressão a esse nível que você consegue chegar em velocidades e forças tão grandes que as partículas se tocam. Naturalmente elas tendem a se repelir.

Apesar de entendermos a física quântica do brilho do Sol, ainda não conseguimos reproduzir experimentalmente de forma tão eficiente quanto o Sol. Entretanto, com a crescente demanda energética, uma hora ou outra podemos precisar. Até lá, admiramos esta maravilha do acaso chamada de estrela.