De energie van de zon blijft nog zeker 100.000 jaar constant

De energie afkomstig van de zon zal de komende 100.000 jaar constant blijven. Dat blijkt uit een vergelijking tussen deeltjes die in een fractie van een seconde vanuit het binnenste van de zon naar het oppervlak reizen met andere straling die daar ruwweg 100.000 jaar over doet. Dit schrijft een internationale onderzoeksgroep donderdag in Nature.

Zowel de snelle deeltjes (neutrino’s) als de andere straling ontstaan tijdens kernfusiereacties die verantwoordelijk zijn voor de kolossale hoeveelheden energie die de zon uitzendt.

Volgens het ‘standaardmodel’ van de zon komt 99 procent van deze energie van de zogeheten proton-protoncyclus. Via deze reactiecyclus worden steeds vier waterstofkernen (protonen) tot één heliumkern gefuseerd. Naast energie komen hierbij neutrino’s vrij. Deze bijna ondetecteerbare deeltjes botsen bijna nooit met ‘normale’ materie. Dat maakt dat ze vrijwel ongehinderd met bijna de lichtsnelheid uit het zonsinwendige ontsnappen.

Volgens berekeningen wordt elke vierkante centimeter van onze planeet per seconde door ruwweg 60 miljard zonneneutrino’s getroffen. Daar merken we bar weinig van: ook de aarde vormt geen onoverkomelijke hindernis. Desondanks botst een neutrino heel soms met een elektron. In een met een speciale vloeistof gevulde detector, zoals de Borexino, die op een diepte van bijna anderhalve kilometer onder de Italiaanse Apennijnen staat, veroorzaakt zo’n botsing een lichtflitsje dat zich met een gevoelige sensor laat registreren.

Deze detector telt de neutrino’s van de zon en meet hun energieën. Daaruit kan worden afgeleid hoeveel neutrino’s er bij de verschillende fusiereactiereeksen van de proton-protoncyclus vrijkomen.

Omdat de neutrino’s er maar acht minuten over doen om de aarde te bereiken, geven ze een actueel beeld van wat zich in het hart van de zon afspeelt. De energie die – in de vorm van gammastraling – bij de fusiereacties vrijkomt moet zich moeizaam een weg naar buiten banen en bereikt het zonsoppervlak pas na ruwweg 100.000 jaar.

Door de informatie van de neutrino’s te vergelijken met die van de straling, kan de actuele energieboekhouding vergeleken worden met die van 100.000 jaar geleden. Die twee blijken goed overeen te komen.

Uit de gemeten aantallen neutrino’s concluderen de wetenschappers dat onze zon per seconde 3,89 x 10²⁶ joule aan energie produceert, met een onzekerheid van tien procent. Dat is in goede overeenstemming met de gemeten hoeveelheid energie die de zon in de vorm van licht en andere soorten straling uitzendt: 3,86 x 10²⁶ joule per seconde. (Ter vergelijking: de 453 kerncentrales op aarde leveren tezamen duizend biljoen keer zo weinig.)

De hoeveelheid energie die de zon uitstraalt zal de komende 100.000 jaar dus niet of nauwelijks veranderen. Zo lang zal de momenteel geproduceerde energie er immers over doen om te ontsnappen.

Het Borexino-team hoopt de komende jaren ook inzicht te krijgen in de reactiecyclus die verantwoordelijk wordt gehouden voor de resterende één procent van de zonne-energie: de zogeheten CNO-cyclus. Ook daarbij komen neutrino’s met specifieke energieën vrij, en door die te detecteren hopen de wetenschappers het gehalte aan elementen zwaarder dan helium in de zon te kunnen vaststellen.