В просторы космоса, в глубины атома [Пособие для учащихся]

Сворень Рудольф Анатольевич

В галлиево-германиевом детекторе (его предложили и обосновали советские физики) в принципе происходит то же, что и в хлор-аргоновом: нейтрино превращает атом галлия-71 в атом германия-71 обычным своим приемом — превратив один из нейтронов атомного ядра в протон, т. е. увеличив на единицу положительный заряд ядра (рис. 6); германий-71 выделяют подобно тому, как раньше выделяли аргон; подсчитывают все атомы германия и узнают таким образом число пойманных нейтрино. Но вот что очень важно — порог «срабатывания» у галлия примерно 0,2 МэВ, т. е. значительно ниже, чем у хлора. И практически все виды солнечных нейтрино, в том числе и нейтрино от рр– реакции, могут быть зарегистрированы галлиево-германиевым

детектором — лишь несколько человек в мире могут перепрыгнуть через двухметровый барьер, но перешагнуть через полуметровый барьерчик сумеет любой из нас. Очень может быть, что именно этот инструмент внесет ясность в нынешнюю, мягко говоря, запутанную картину солнечных циклов.

Эпилог.Каждый, кто когда-нибудь пытался отвернуть большой проржавевший болт перочинным ножичком, понял, наверное, что такое инструмент. Хороший, совершенный инструмент — это первая мечта и первая забота токаря, монтажника, хирурга. И конечно, ученого, исследователя — как часто он видит путь к великому открытию и только ждет инструмента, без которого невозможно продвинуться от драматичного «я так думаю» к спокойному «я это знаю».

Физики связывают немало надежд с созданием уникальных научных инструментов Баксанской нейтринной обсерватории. Вот лишь несколько строк из последних научных публикаций:

— новые нейтринные телескопы помогут понять важные детали процессов, которые происходят в центре Солнца, определить структуру его глубинных областей, получить точные данные о давлении и температуре;

— могут появиться новые данные для прогнозов солнечной активности;

— могут выясниться подробности эволюции звезд, такие, например, как образование массивного железного ядра, взрыв сверхновой или катастрофическое сжатие звезды в «черную дыру»;

— скорее всего только нейтринная астрономия поможет выяснить, осциллируют ли нейтрино: нейтрино от ускорителей слишком быстро попадают в детектор, заметные изменения свойств нейтрино за такое короткое время, возможно, и не успеют произойти;

— нейтринные телескопы, возможно, обнаружат некоторый остаточный нейтринный фон, нейтрино гигантских энергий, блуждающие в космосе миллиарды лет и хранящие сведения о далеком прошлом Вселенной — об эпохе формирования галактик и звезд.

И еще одна возможность, в последнее время о ней часто напоминают зловещие слова «энергетический кризис».

Сейчас, как медные пятаки на ладони, мы считаем оставшиеся на Земле запасы угля и нефти, в то время как где-то в наших карманах лежит банкнота миллионного достоинства. Вот несколько цифр: если бы Солнце светило за счет сжигания химического топлива и целиком состояло из чистого кислорода и лучших сортов угля, то всей солнечной массы хватило бы лишь на 1500 лет горения. В то же время термоядерные реакции, израсходовав лишь 1 % солнечной массы, могли бы поддерживать нынешнюю яркость нашей звезды на протяжении 10 млрд. лет.

Изучение солнечного термояда, проникновение в недра других звезд, в их термоядерные реакторы — это не только прорисовка важнейших деталей в нашей картине мира. Вполне вероятно, что это еще и шаги к решению первейшей житейской задачи — к изысканию новых источников энергии.

Экспедиция за короной

Природа как будто специально по заказу астрономов подогнала размеры Солнца и Луны, открыв тем самым возможность важных исследований во время солнечных затмений.

Мы всегда торопимся, люди атомного века. Мы всегда торопимся, нам всегда некогда. Мы годами не можем выкроить нескольких минут, чтобы поднять голову и взглянуть на звездное небо — на эту бесконечную арену, где Миры разыгрывают свой фантастический спектакль, или чтобы проводить взглядом уходящий за горизонт огненный шар — пылающую звезду Солнце,

которая дает нам жизнь. Только сенсационные сообщения о грозных шутках природы — о кометах, о столкновении галактик, о падении гигантских метеоритов на какое-то мгновение отодвигают в нашем сознании земные дела на второй план и заставляют вспомнить о большом космосе, в котором песчинкой несется планета Земля.

Удобный, во всяком случае, необременительный повод для обращения к космической тематике — солнечные затмения. Необременительный потому, что полное солнечное затмение в данном географическом районе — явление довольно редкое. Даже для такой огромной страны, как наша, перерывы между затмениями достаточно велики — на территории Советского Союза полные затмения наблюдаются обычно лишь раз в несколько лет.

Если для большинства людей затмение — это красивое зрелище и повод к размышлениям, то для астрономов оно хотя и очень редкий, но зато очень и очень удачный объект исследований. Несколько слов об этом самом «очень и очень».

Когда вам понадобится пример поразительного случайного совпадения, можете смело обратиться к схеме солнечного затмения. Хорошо известно, что затмение происходит тогда, когда Луна становится между Землей и Солнцем и закрывает для земного наблюдателя солнечный диск. Луна в этом случае напоминает картонную заслонку, которую вы держите недалеко от глаз для того, чтобы прикрыть очень далекий яркий источник света. И вот что поразительно: сам этот источник (Солнце) и прикрывающая его картонка (Луна) видятся вам одинаковыми, хотя в действительности они резко различаются по размерам. Диаметр Солнца d_с составляет примерно 1,4 млн. км, диаметр Луны d_л— всего около 3,5 тыс. км, т. е. соотношение d_с:d_л примерно равно 400. Приблизительно таким же получается соотношение между средними расстояниями Земля — Солнце (l_зс ~= 150 000 000 км) и Земля — Луна (l_зл ~= 380 000 км). В том-то и состоит поразительное, почти неправдоподобное совпадение, что в процессе эволюции Солнечной системы все перечисленные величины непонятно почему оказались связанными равенством

d_с:d_л = l_зc:l_зл

Итак, Солнце примерно в 400 раз больше Луны (по диаметру), но во столько же раз дальше от Земли, и поэтому оба объекта видятся нам одинаковыми. Именно поэтому Солнце во время затмения очень и очень удачный объект исследований: Луна аккуратно закрывает его, оставляя в чистом виде лишь корону. (Здесь необходима оговорка: расстояния l_зc и l_зл в некоторых пределах меняются. Поэтому в ряде случаев наблюдается так называемое кольцеобразное затмение, когда Солнце закрыто Луной не полностью и видно узкое — толщиной не более 2 % от закрытой части — яркое кольцо солнечного диска.)

Как видите, в отношении «согласования» размеров Солнца и Луны и расстояний до них природа неплохо поработала на астрономов. Но она явно не довела своего дела до конца, не совместила плоскости вращения Луны вокруг Земли и Земли вокруг Солнца. Если бы Земля и Луна вращались в одной плоскости, то мы наблюдали бы полное солнечное затмение каждый месяц. Пока же ученые имеют возможность наблюдать это интересное явление, как правило, с перерывами в несколько лет, и практически каждое затмение привлекает большое число научных экспедиций.