Колумбы Вселенной (сборник)
Шрифт:
– Как можно узнать состав чего-то, до чего даже нельзя дотронуться? – удивилась Галатея.
– До девятнадцатого века учёные считали, что задача определения химического состава звёзд является неразрешимой проблемой. Но в 1814 году физик Фраунгофер разложил солнечный свет в детальный спектр и обнаружил в нём тёмные линии – признаки наличия в атмосфере Солнца таких известных химических элементов, как водород, кальций, натрий и железо. Позже учёные нашли на Солнце даже новый, неизвестный на Земле элемент, который назвали гелием в честь греческого бога Солнца Гелиоса.
К началу двадцатого века
Так полагал и Генри Рассел, крупнейший астроном и знаток эволюции звёзд, один из открывателей знаменитой диаграммы Герцшпрунга – Рассела, которая показывает как меняется яркость звёзд, когда они старятся.
В 1925 году к Расселу пришла молодая девушка Сесилия Пейн-Гапошкина, которая по солнечному спектру сумела рассчитать содержание различных элементов в нашем светиле. Она вежливо сообщила знаменитому астроному, что по её вычислениям получается, что химсоставы Земли и Солнца действительно похожи, но за одним исключением: на Солнце водорода в миллион раз больше, чем других элементов.
Если перевести эту мысль с вежливого языка на правдивый, то получится, что все теории Рассела и других астрономов насчёт Солнца – сущая ерунда. На самом деле Солнце – это не раскалённый камень, а горячий газовый шар из водорода с небольшой примесью других элементов.
Знаменитый профессор ответил юной Сесилии что-то вроде: «Вы спятили, дорогая!» – и велел выбросить эту водородную глупость из её диссертации.
– Неужели Рассел проверил расчеты Сесилии и нашёл ошибку? – спросила сердито Галатея.
– Нет. Просто знаменитые люди полагают, что они и без всяких расчетов знают истину. Истине приходится частенько их наказывать за это самомнение! Так случилось и с Расселом: спустя несколько лет он был вынужден публично признать, что юная Сесилия права: звёзды состоят в основном из водорода.
Астрофизик Эддингтон высказал предположение, что в звёздах водород превращается в гелий. То есть звёзды – это термоядерные реакторы, осуществляющие синтез водорода в гелий.
Стало понятно, что основным строительным элементом Вселенной является водород, который собрался в звёзды, термоядерно «загорелся» в них и стал превращаться в гелий.
Ганс Бете первый детально исследовал протон-протонную термоядерную реакцию в звёздах, в ходе которой получается гелий, а также предложил, параллельно с Карлом Вайцзеккером, азотно-углеродный цикл термоядерного превращения водорода в гелий.
– Откуда же на водородно-гелиевом Солнце появилась примесь элементов тяжелее гелия? Например, откуда взялись химические элементы, из которых состоит человек? – спросил внимательно слушавший Андрей.
– Какой ты молодец! – Никки уважительно посмотрела на Андрея. – Ты задал очень хорошие, точные вопросы.
Но ответов на твои вопросы долго не могли найти. Физик Георгий Гамов полагал, что все химические элементы, включая тяжёлые, возникли в момент зарождения Вселенной, во время Большого взрыва.
Астроном Фред Хойл высказался против теории Гамова и в 1946 году предположил, что тяжёлые элементы образовались гораздо позже – внутри водородных звёзд. Он считал, что в звёздах может быть достигнута такая температура, при которой будет «гореть» даже гелий – и три ядра гелия смогут соединиться в одно ядро углерода! Такую гипотезу высказывал и физик Ганс Бете, но обосновать её удалось лишь Хойлу с соавторами, которыми стали астроном-наблюдатель Маргарет Бербидж, её муж астроном-теоретик Джеффри Бербидж и физик-ядерщик Уильям Фаулер. В 1957 году они вместе с Хойлом опубликовали знаменитую статью «Синтез элементов в звёздах», которую по инициалам авторов (и с учетом очевидной формулы Б x Б = Б2) стали обозначать и упоминать как статью Б2ФХ.
Б2ФХ показали, что в массивных звёздах не только гелий превращается в углерод и кислород, но и углерод может термоядерно «гореть» и превращаться в неон, натрий и магний. С ростом температуры центра звёзды с обычных десяти – двадцати миллионов градусов (примерно такую температуру имеет середина нашего Солнца) до трёх миллиардов начинают «гореть» всё более тяжёлые химические элементы – и каждый такой процесс добавляет звезде энергии. При «горении» кремния возникают самые прочные атомные ядра – ядра железа. Они уже не могут «гореть», и в звезде начинает накапливаться железная сердцевина.
Давление внутри звезды достигает такой величины, что один кубический сантиметр звёздного железа начинает весить целую тонну. И в какой-то момент ядра железа не выдерживают и начинают крошиться: снова распадаться на ядра гелия. Этот обратный процесс идёт с затратой энергии, но ведь энергии у звезды накопилось очень много. Железное сердце звезды теряет прочность и рушится внутрь светила под действием самогравитации. От обрушения железной звёздной сердцевины высвобождается огромное количество не термоядерной, а гравитационной энергии – и звезда, после падения сама в себя, немедленно взрывается!
С гигантским ускорением – в десятки тысяч раз больше, чем развивают при старте космические корабли землян, – звезда сбрасывает верхнюю оболочку, одновременно сжимая свою раскалённую железную сердцевину в нейтронную звезду или чёрную дыру.
При взрыве светимость звезды вырастает настолько, что на земном небе зажигается новая звезда – а вернее, сверхновая, как называют астрономы такие взрывающиеся светила. В нашей Галактике каждые несколько десятилетий вспыхивает такая сверхновая, и она настолько ярче обычных звёзд, что может быть видна даже днём!
В момент взрыва сверхновой в ядра железа «вбиваются» дополнительные элементарные частицы: так образуются ядра тяжелее железа – вольфрам, золото, уран и другие.
Сброшенная оболочка звезды движется в космосе со скоростью в тысячи километров в секунду. Она наталкивается на водородные облака, которые ещё не успели стать звёздами, и рассеивает в них тяжёлые химические элементы – от углерода до урана. Одновременно ударная волна звёздного взрыва сжимает холодное водородное облако – и оно начинает сжиматься, разогреваясь и рождая юную звезду. В результате такого космического оплодотворения и рождения у умирающих светил появляются дети.