Нейтрино та моделі Сонця

Як перевірити, наскільки вірними є наші уявлення про джерела енергії Сонця? Поверхневе випромінювання не може розповісти про процеси у сонячному ядрі, для цього треба зазирнути безпосередньо у ядро. «Побачити» його допомагають нейтрино — частинки, які випускаються при термоядерних реакціях у центрі Сонця. На відміну від фотонів, нейтрино мають сильну проникаючу здатність: вони пронизують світило, зовсім не поглинаючись.

Звісно, «бачити» має тут метафоричний зміст. Насправді йдеться про реєстрацію одиничних актів поглинання нейтрино у детекторі. Однак виявити нейтрино виявляється набагато важче, ніж знайти голку в копиці сіна.

Детектори не зареєстрували жодного сонячного нейтрино. Це дозволило встановити, що потік нейтрино від Сонця, принаймні, у 6 разів менший за мінімальне значення потоку, що передбачається теорією. Інакше висловлюючись, результати експериментів вказують нижчу температуру у центрі Сонця, ніж випливає з теорії. Звісно, розбіжність теорії зі спостереженнями стривожила астрофізиків. Були зроблені спроби усунути протиріччя, трохи підправляючи стаціонарну модель Сонця. Але вони нічого не привели.

Тоді американський астроном В. Фаулер звернув увагу на те, що при побудові моделі сонячного ядра використовується сучасна світність Сонця, яка відображає стан джерел енергії із запізненням майже на 10 млн. років — стільки часу поширюється тепло із центру до поверхні. Нейтрино ж дають практично миттєву картину процесів у сонячному ядрі, бо досягають Землі за 8 хвилин. Тому, якщо в ядрі відбулася деяка перебудова, наприклад, на якийсь час виникла конвекція, то світність Сонця може не відповідати нейтринному потоку.

Англійські астрофізики Ф. Ділі та Д. Гуф запропонували конкретний механізм нестійкості, що породжує тимчасову конвекцію у сонячному ядрі. Через різницю швидкості ядерних реакцій у центрі і периферії ядра, його хімічний склад, зокрема розподіл гелію-3, може бути неоднорідним. Коли неоднорідність стає значною, розвивається конвекція, що веде до перемішування ядра. На початку додавання свіжого гелію-3 в центральну частину ядра збільшує темп реакцій і температуру, але потім ядро розширюється і охолоджується, а нейтринний потік падає.

Зовнішні шари Сонця швидко входять у стан механічної рівноваги з ядром; Сонце теж трохи розширюється і охолоджується. Світність його зменшується на кілька відсотків. Теплова хвиля від ядра, що розігрівається, досягає сонячної поверхні через 8 млн. років, а до рівноважного стану Сонце повертається через 250 млн. років. Таким чином, описана картина може повторюватись через 250 млн. років.

Можливо, таке зниження світності Сонця було причиною сильного заледеніння Землі близько 250 млн років тому. Останній мінімум світності Сонця, як вважають англійські астрофізики, теж припадав на заледеніння, що трапилося 3 млн років тому.