Текст книги "Свет невидимого"
Автор книги: Юрий Фиалков
Жанры:
Химия
,сообщить о нарушении
Текущая страница: 5 (всего у книги 10 страниц)
Разговор о распространенности элементов во Вселенной затеян здесь, на страницах книги о радиоактивности, не случайно. Потому что нам в высшей степени важно понять, почему химические элементы встречаются в природе так неравномерно; почему одних элементов много, а других мало; почему много именно одних и почему мало именно этих других; почему соотношение между различными элементами именно такое, а не какое-нибудь другое. А понять все это можно, только познав законы превращения одних элементов в другие, законы радиоактивности.
* * *
В газетах и журналах часто можно встретить полюбившееся журналистам выражение: «событие века». Например, «матч века», «сенсация века», «преступление века» и т. д. Так вот, реакцию, о которой сейчас пойдет речь, очень хочется назвать «реакцией века». Но эта внешне простая и незамысловатая реакция – безусловно самая важная из всех, секреты которых удалось раскрыть.
* * *
Говорят, что однажды гениального астронома и математика Лапласа спросили:
– Как вы создаете выдающиеся теории?
– Очень просто, – усмехнулся ученый. – Записываю первую пришедшую мне в голову мысль, а затем опровергаю ее по частям.
(Рассказывают также, что задавший этот вопрос любознательный обыватель, услышав ответ Лапласа, страшно обрадовался и побежал домой записывать первую пришедшую ему в голову мысль с тем, чтобы затем «опровергать ее по частям». Вот как просто создавать научные теории! Но сколько бедняга ни сидел, кроме фразы: «Сегодня за обедом было чудное жаркое!» – ничего придумать не мог. А опровергнуть эту мысль даже по частям было трудно, потому что кухарка у незадачливого претендента в Лапласы действительно была хорошей.)
Шутка шуткой, но в научном творчестве очень важна бывает первая, пусть даже не всегда верная, предпосылка. Не беда! Постепенно накапливая подробности, сопоставляя факты, отбрасывая неверное и примиряя противоречия, ученый в конце концов выведет теорию на правильную дорогу.
Так вот, когда заходила речь о том, почему светит и греет Солнце, ученые не могли воспользоваться советом Лапласа! И прежде всего потому, что тут никакие мысли не возникали. Никакие!
Уже в середине прошлого века в науке прочно утвердился закон сохранения энергии. Каждому ученому-естественнику было ясно, что энергия не может возникать из ничего и не может исчезать бесследно. Оставались еще идеалисты-путаники, которые никак не могли примириться с тем, что это и есть самый главный, всеобщий закон природы. Всюду им мерещились нарушения этого закона. Но с этими горе-учеными окончательно разделался Владимир Ильич Ленин еще в начале нашего века.
Представьте себе ученого, скажем, прошлого века. Он отлично понимает, что Солнце – колоссальнейший источник энергии. Но откуда эта энергия берется?
Предположить, что на Солнце идет непрекращающаяся реакция горения, то есть соединения углерода с кислородом? Нет, такая бредовая идея не посетит даже последнего неуча. Ясно, если бы Солнце целиком состояло из лучших березовых дров или нефти высшей кондиции, если бы там даже имелся в избытке кислород (хотя чего там нет в сколько-нибудь заметных количествах, так именно этого элемента; да и других элементов, за исключением водорода и гелия, на Солнце, можно считать, нет вовсе), даже тогда, учитывая массу нашего светила, можно было бы подсчитать, что Солнце горело бы 100 тысяч лет, ну, миллион.
А ведь и тогда науке – настоящей науке – было совершенно ясно, что возраст Солнца гораздо солидней.
Однажды я заинтересовался, какие споры велись век назад вокруг проблемы происхождения солнечной энергии. Мне пришлось перевернуть кучу пожелтевших журналов, пересмотреть десятки старых книг, но, как это ни странно, я почти ничего не нашел. Три-четыре статьи, с полдесятка заметок, три изданных на средства авторов брошюры с явно завиральными идеями – пожалуй, и все.
Ситуация, в общем, понятная. В те времена проблема происхождения солнечной энергии просто пугала своей безнадежностью. А за такие проблемы браться никому не охота.
Но вот проник в астрономию и стал одним из основных ее методов спектральный анализ – и все чаще замелькало в астрономических книгах и статьях слово «водород».
Стало ясно, что этот элемент занимает во всех отношениях исключительное место во Вселенной. Оказалось, что Солнце и многие другие звезды – не что иное, как громадное скопление водорода.
К тому времени, когда все это выяснилось – к 30-м годам нашего столетия, – наука о строении атома продвинулась уже достаточно далеко, чтобы, сопоставив все факты, выдвинуть теорию, пояснявшую тайну неисчерпаемости источника солнечной энергии. Вот тогда-то и родилось предположение о реакции, которая позже будет названа «реакция века», – реакция, о которой спустя 30 лет будет написано и говорено больше, чем о любом ином физико-химическом процессе.
Теория исходила из очень простой предпосылки: водорода много, гелия поменьше, остальных элементов совсем мало. Следовательно, на Солнце и на других звездах (потому что Солнце наше – самая обыкновенная звезда) водород превращается в гелий:
4H = He.
Простая реакция, не правда ли?
– Подозрительно простая! – скажет иной неверующий. – Предположить можно что угодно. Да и более сложную реакцию написать (написать!) не стоит большого труда. Докажите, что все это правда.
Доказательство вручим в руки самого беспристрастного из судей – расчета. Атомная масса водорода 1,008. Следовательно, если уравнение, написанное выше, верно, то атомная масса должна быть вчетверо больше атомной массы водорода, а именно: 1,008 × 4 = 4,032. Смотрим в таблицу атомных масс: почти верно. Но только – почти. Атомная масса гелия равна 4,003. Разница 0,029. Иными словами, это означает, что из 4,032 граммов водорода получается не такое же количество гелия, а приблизительно на три сотых грамма меньше.
Подумаешь, три сотых грамма! Велика ли величина? Велика! Чудовищно громадна! Потому что благодаря этим трем сотым грамма при взаимодействии каждых 4 граммов водорода с образованием гелия высвобождается энергия в несколько миллиардов килоджоулей.
Не пытайтесь представить себе эту величину. Бесполезная затея. Здесь может помочь лишь сравнение. Этим количеством тепла можно нагреть до кипения 10 тысяч тонн воды. Впрочем, того, кто знает суть одного из самых важных уравнений современного естествознания – уравнения Эйнштейна, связывающего величину массы с эквивалентным ей количеством энергии, этим числом не удивишь.
Когда же обращаешься к тому, что происходит на Солнце, то удивления и восхищения не сдержит даже умудренный знаниями и годами седобородый профессор.
Пока вы читали эту фразу об убеленном сединами профессоре, наше светило потеряло в массе примерно 10 миллионов тонн. Может быть, и больше, но никак не меньше.
Ежесекундно на Солнце 570 миллионов тонн водорода превращается в 566 миллионов тонн гелия. Каждую секунду Солнце теряет примерно 4 миллиона тонн массы, уносящейся в виде световой и тепловой энергии. Если подсчитать, какому количеству тепла отвечает эта масса, получается число, с которым в физике и даже астрономии не каждый день приходится встречаться: 4·1025 килоджоулей. Постигнуть грандиозность этого числа не поможет и самое броское сравнение. Впрочем, читатель, июльским полднем изнывающий под немилосердно палящими лучами Солнца и с ужасом думающий, что на планете имеются места, где жара куда более суровая, вспомни, что на Землю падает всего одна двухмиллиардная доля солнечной радиации.
Рассуждения об источнике солнечной энергии привели нас в дебри ядерной физики. Хотя какие это дебри? Сегодня – это уже вдоль и поперек исхоженный перекресток, вроде Столешникова переулка в Москве. Нынче в физике есть разделы, которые действительно следовало бы назвать джунглями. Хотя физики-теоретики неплохо в этих зарослях ориентируются.
Солнечную реакцию научились осуществлять на Земле. Правда, поначалу процесс слияния ядер атомов водорода нашел достаточно мрачное применение: именно процесс слияния ядер водорода осуществляется в термоядерных бомбах, названных поэтому водородными, в бомбах, о чудовищной разрушительной и губящей силе которых написано столько, что вспоминать об этом без особой нужды не хочется.
Нельзя не подивиться тому факту, что водородная реакция – второе в истории науки явление, какое вначале было обнаружено на Солнце, а потом уже осуществлено на Земле. Первым было нашумевшее в свое время открытие «солнечного газа» – гелия.
Для нас здесь важно другое – тот факт, что в результате слияния ядер водорода образуется более «крупный» элемент гелий. Более крупный…
А ведь при радиоактивном распаде происходит уменьшение атомной массы и порядкового номера; а если при бета-распаде порядковый номер и увеличивается (при неизменной массе), то всего на единицу. Здесь же, при термоядерном синтезе, увеличиваются и порядковый номер и атомная масса. Причем, как мы увидим далее, увеличиваются весьма значительно. Так сказать, радиоактивность в зеркальном отображении.
* * *
Вам предстоит пройти тяжелый и сложный путь в 100 километров длиной. А вы прошли только один километр. Можно ли сказать, что путешествие закончено? Нет, конечно. Еще ждут впереди крутые горные перевалы, опасные переправы, да редкие передышки. А надо спешить.
Вот так и здесь, в проблеме происхождения элементов. Выяснено, как образуется гелий. Один элемент из сотни. Мало. Очень мало.
Но не зря говорят: хорошее начало – половина успеха. А начало – выяснение роли водородно-ядерной реакции – и впрямь как будто бы неплохое.
* * *
Науке точно известны условия, при которых в звездах происходит слияние ядер водорода с образованием ядер гелия. Условия эти выражаются тремя словами: 20 миллионов градусов. Кратко, но… очень сложно.
Сложно потому, что извилистым и подчас изнурительным путем пришли ученые к выяснению этой величины.
Сложно потому, что нелегко было доказать и исчезновение водорода, и образование гелия.
Сложно потому, что 20 миллионов градусов – это все-таки громадная, чудовищная температура. И надо было обладать незаурядной по тому времени научной смелостью, чтобы предположить возможность существования таких температур, и добротной научной эрудицией, чтобы доказать справедливость этих предположений.
20 миллионов градусов! Много? Очень много. Тем не менее очень скоро мы поведем речь о таких температурах, по отношению к которым 20 миллионов градусов – то же, что студеная вода горного потока в сравнении с кипящим маслом.
Итак, выгорает на звезде водород. Он не горит, конечно, в прямом смысле этого слова. Горение – процесс соединения элементов с кислородом. Вот почему «выгорает» – сказано здесь не совсем точно, но, по-видимому, достаточно образно. В звезде образуется гелиевое ядро. При этом гелий оказывается сильно сжатым по сравнению с исходным водородом. Оболочка звезды – небольшое количество оставшегося водорода – напротив, сильно расширяется.
Что же при этом происходит? А то же, что в нашем домашнем холодильнике. Расширение фреона в испарительной камере сопровождается охлаждением газа, ожижение фреона приводит к выделению тепла, к разогреванию.
Таких «холодильников» во Вселенной столько, «сколько звезд на небе». Вероятно, эта поговорка никогда не была так к месту. Потому что здесь ее следует понимать буквально. Каждая звезда – «холодильник» с «холодильной камерой» – оболочкой и «поршневой камерой» – ядром.
Вот почему в гелиевом ядре температура сильно повышается, а водородная оболочка звезды значительно остывает. Это слово надо понимать, конечно, относительно. Водородная оболочка имеет температуру 3000–4000 градусов; при такой температуре не озябнешь!
Тут, разумеется, возникает вопрос: как об этом узнали? Как раз это оказалось сравнительно несложным. Обратили внимание на то, что те звезды, в которых мало водорода, но много гелия, имеют на поверхности более низкую температуру. Определять температуру звезд, хотя и не очень простая, но, в общем, вполне посильная задача: чем белее звезда, тем она жарче разогрета, чем краснее, тем она холоднее. (Вспомните: «Нагреть до белого каления».)
В гелиевом ядре таких звезд возникают условия, которые по нашим, земным, меркам и представить трудно: температура 100–150 миллионов градусов. (Лишнее подтверждение справедливости французской пословицы: «Всякое сравнение хромает». Вспомните сравнение, которое я приводил несколькими строками ранее; как видим, «масло» нагрето сильнее «воды» на сотню с лишним миллионов градусов…) Плотность вещества, образующего гелиевые звезды – несколько центнеров на кубический сантиметр. Плотность хорошая – такая, что одна щепоть этого звездного вещества потянула бы столько, сколько хорошо груженный КамАЗ.
Вот при таких условиях становится возможной реакция:
342He = 126C.
Из трех ядер гелия образуется одно ядро углерода. Эта реакция может идти и при «прохладной» температуре – доказательством служит то, что углерод обнаружен на Солнце. Но при такой низкой (сравнительно, конечно) температуре, как на нашем светиле, реакция образования углерода идет очень медленно; поэтому этого элемента так мало на Солнце.
А вот при 150 миллионах градусов образование углерода протекает очень быстро. Проходит каких-нибудь 10–100 миллионов лет – и гелия на звезде нет или, вернее, почти нет: выгорел.
«Дым» при этом «горении» получается очень увесистый. Дело в том, что при такой чудовищной температуре, которая повышается по мере выгорания гелия, образовавшийся углерод продолжает присоединять ядра атомов гелия. При этом происходит ряд последовательных реакций:
126C + 42He = 168O – образуется кислород;
168O + 42He = 2010Ne – образуется неон;
2010Ne + 42He = 2412Mg – образуется магний.
Астрономам известно несколько звезд, которые преимущественно состоят из магния. Так что приведенные уравнения ядерных процессов – отнюдь не досужий вымысел.
Из водорода – магний! Такое значительное увеличение атомного веса химических элементов, образующих звезду, не проходит для нее бесследно. Центральная область ее продолжает уплотняться, сжиматься. Температура звезды при этом, конечно, возрастает. Сейчас она выражается уже совершенно немыслимой величиной: 3 миллиарда градусов! При такой температуре возможны самые неожиданные процессы. Начинают соединяться друг с другом ядра углерода:
126C + 126C = 2412Mg.
Два углеродных ядра, сливаясь, могут давать и другие продукты:
126C + 126C = 2311Na + 11H.
При этой реакции образуются ядра атомов водорода – протоны. Но это уже совсем не тот «кроткий» водород, каким он был в начале цикла развития звезды, когда протекала тихая и мирная реакция образования гелия. Еще бы! Там ведь температура была каких-нибудь жалких 20 миллионов градусов – что это в сравнении с нынешними тремя миллиардами!
Такие «яростные» протоны начинают активно участвовать в ядерных реакциях, приводя к образованию различных элементов, расположенных в Периодической системе в районе магния – алюминия – кремния.
И уж совсем безудержными становятся при такой температуре еще не успевшие вступить в термоядерные реакции ядра атомов гелия – альфа-частицы. При взаимодействии альфа-частиц с тем уже достаточно широким набором элементов, какой уже имеется на звезде, круг элементов расширяется еще больше. Но главное то, что при этих реакциях образуются свободные нейтроны.
Коль скоро появились нейтроны, жди богатого урожая разнообразных химических элементов. Ведь незаряженная частица нейтрон – самый эффективный снаряд для осуществления ядерных реакций. Впрочем, с чудесными свойствами нейтрона мы познакомимся поближе в следующей главе.
С появлением нейтронов на звездах образуются разнообразные химические элементы, которые уже можно назвать тяжелыми: молибден, барий, вольфрам и многие другие.
О том, что развитие звезды сопровождается образованием все более тяжелых элементов, говорят прямые экспериментальные факты. Так, обнаружены звезды, в состав которых входит не существующий в природных условиях на Земле 43-й элемент технеций. Именно о такой звезде шла речь в упоминавшейся мною прежде аналитической лаборатории.
Технеций – очень неустойчивый элемент. Самый долгоживущий его изотоп имеет период полураспада два с половиной миллиона лет – ничтожный по масштабам жизни Вселенной отрезок времени. Вот почему существование технеция в звездах – неоспоримое доказательство того, что в них идет непрекращающийся процесс образования химических элементов. И если мы видим в спектре звезды линии технеция, это означает, что он вот-вот образовался, – так сказать, «с пылу горячий».
Участие в звездных реакциях нейтронов может привести к образованию самых тяжелых элементов. Ясно, однако, что на каком-то элементе этот процесс должен остановиться. Но на каком? И что после этого произойдет со звездой? Погаснет? Станет мертвой?
* * *
Идеализм отнюдь не всегда рядится в сутаны и ризы. И пропаганда идеализма идет отнюдь не только с соборных кафедр и амвонов. Более того, многие идеалисты даже не посещают церкви. А некоторые из них искренне почитают себя атеистами.
* * *
Сегодня церковь спорит с истинной наукой так же яростно, так же непримиримо, как и 300, как и 500 лет назад. Правда, по форме спор этот не похож на те, которые так пышно обставлялись в средневековье и неизбежно кончались усекновением головы у проигравшей в споре стороны или сожжением этой стороны на доброй куче хвороста. Надеюсь, не стоит указывать, что выигравшей стороной всегда бывала церковь.
Сегодня ни одному церковнику не придет в голову отстаивать, например, сказку о пророке Ионе, который «три дня и три нощи» провел «во чреве кита». Нет, церковник этот, если он умный, охотно согласится с вами, что такое вряд ли может быть даже при вмешательстве духа святого.
Но если зайдет речь об одном из основных вопросов, которые лежат в основе идеологии: было ли начало и будет ли конец мира, – здесь церковники будут спорить самозабвенно, до хрипоты, до посинения. Они не идут ни на какие компромиссы. Они уверенно отвечают: было и будет! Было и будет! Было и будет!
В чем дело? Что так взволновало почтенных отцов? О, у них имеются все причины для волнений! Ведь если начало мира было, значит, кто-то «начал» это начало. Кто же? Понятно кто – бог. Если предвидится конец мира, кто будет «задергивать занавес»? Понятно кто – бог.
Но хлопотно живется сейчас церковникам! Не знаешь, с какой стороны ждет тебя неприятность. На что бы уже, казалось, безобидна проблема развития элементов на звездах – всякие там протоны, нейтроны, дефект массы. А вот поди – стала эта проблема огненным разделом между идеализмом и материализмом.
Хочу подчеркнуть, что, говоря о расхождениях между истинной наукой и церковью, я далек от мысли давать оценку деятельности последней в целом. Это была бы задача, уж никак не вмещающаяся в узкие для нее рамки книги о радиоактивности. Здесь будет идти речь лишь о борьбе между современным естествознанием и современными теологическими (церковными) учениями.
Обычно рождение каждой крупной естественно-научной теории сопровождается не очень стройным, но зато очень громким хором хулы и проклятий. Первые голоса в этом хоре часто (а в прошлые века – всегда) принадлежат церкви. Но явственно различим и голос лженауки, обычно примыкавшей к церкви, либо объективно работающей на нее.
Вот какая интересная вещь получилась с теорией происхождения и развития химических элементов. На многовековую осаду, подобную той, что церковь устроила теории Коперника, у нее просто не было времени. Не было и тех десятилетий, на протяжении которых критиковалась теория строения атома. Здесь счет шел на месяцы. И вот уже теология показала, что она совсем не та, какой была три века назад, и не та, какой была в прошлом столетии. И даже не та, какой была тридцать лет назад.
Совершенно неожиданно теория происхождения и развития элементов на звездах привела теологов в состояние живейшего восторга. Более того, в теологической периодике осторожно, а после упоминавшегося в начале этой главы послания римского папы – настойчиво и навязчиво громко стали появляться утверждения, что теория эта для церкви – ну, просто находка, причем во всех отношениях великолепная!
И то сказать, обрадовались теологи не зря. Они усмотрели в этой теории научное, естественно-научное, доказательство того, что Вселенная имела начало и будет иметь конец.
При этом позиция теологов отличалась строгой логичностью. Именно логичностью, и именно строгой:
– Развитие звезды заключается в увеличении порядкового номера и атомной массы составляющих эту звезду элементов. Однако очевидно, что это укрупнение не может продолжаться бесконечно. Рано или поздно процесс укрупнения элементов должен завершиться. И тогда звезда погаснет. Таким образом, смерть звезды есть закономерный этап ее развития. И, следовательно, наступит момент, когда погаснут все звезды. И это будет означать конец, смерть Вселенной. А ведь материализм, диалектический материализм, учит: любое явление, имеющее начало, обязательно должно иметь конец. Все.
Да, действительно, все логично и стройно. Но ведь в самом деле, звезды должны гаснуть. Обидно? Еще бы!
* * *
Как автор, я даже рад, что создалась такая ситуация. По крайней мере, видно, что путь ученых не одни триумфальные открытия. Бывают и у них минуты недоумения и даже растерянности. Впрочем, все ли аргументы использованы в споре с церковниками? Видимо, сейчас самое время заняться явлением, о котором знали и раньше, но подробно изучать начали не так уж давно.
* * *
Известие о том, что открыта очередная сверхновая звезда, обычно вызывает сильнейшее возбуждение в среде астрономов. Обсерватории ощериваются трубами телескопов и хитроумных приборов, а астрономы, не успев отдохнуть от переживаний прошлой ночи, ждут не дождутся, когда же снова наступит темнота, тихонько ругая лентяйку Землю за то, что она так нестерпимо медленно крутится.
Уже давно люди обратили внимание на то, что иногда на том участке неба, где вчера еще ничего не было, сегодня вспыхивает яркая звезда. Правда, такое событие случается не часто. И обычно оно так поражает наблюдателей, что история сохранила для нас почти все случаи, когда за последние два тысячелетия наблюдались вспышки сверхновых звезд.
Так, в китайской летописи с длинным названием, перевод которого я так и не мог узнать, – «Вень-Сянь-Тин-Као» пишется: «В эпоху Чжун-пина, на второй год (185–186 год нашей эры) на десятую луну в день Квейхая появилась необыкновенная звезда Нан-Мана. Она была величиной с бамбуковую циновку и последовательно показывала пять цветов. Постепенно уменьшала она блеск к шестой луне следующего года, когда исчезла».
Что касается «бамбуковой циновки», то впечатлительный автор летописи, конечно, переборщил. Появись на небосклоне звезда такой величины, от живого на Земле не осталось бы ничего. Но это лишний раз показывает, как дивились люди необычности сверхновых звезд. А во всем остальном автор летописи был предельно точен. Действительно, самой характерной и, как мы убедимся дальше, самой важной для нас особенностью сверхновых звезд является то, что они сравнительно быстро уменьшают свою яркость и почти полностью гаснут за 9–10 «лун».
В летописях многих народов можно найти упоминание о самой мощной на памяти людей вспышке сверхновой звезды, которая произошла в 1054 году. Эта звезда была настолько ярка, что ее было видно даже днем. Астроном китайской обсерватории Большого Дракона в Пекине Ма Туанлинь оставил нам подробное описание сверхновой 1054 года, благодаря которому мы можем представить себе, как это происходило.
Звезда вспыхнула внезапно, и уже спустя несколько суток она могла поспорить по своей яркости с луной. Ночью каждый предмет отбрасывал две тени, и это так удивляло горожан, что даже мальчишки, которым давно полагалось спать, бегали по улицам, размахивая палками и распевая песни.
Ма Туанлинь дал звезде поэтическое имя «Гостья». Имя было выбрано удивительно точно: появившись внезапно, звезда «гостила» на небе недолго. Через год ее уже не было видно невооруженным глазом (до изобретения телескопа надо было ждать еще почти полтысячелетия).
Сегодня в созвездии Тельца – в том участке неба, где когда-то появилась Гостья, – в сильные телескопы можно видеть Крабовидную туманность, которая, несомненно, образовалась из Гостьи.
За последние 500 лет всего дважды вспыхивали сверхновые в нашей Галактике, так сказать, поблизости. И оба раза это было достаточно давно: в 1572 и 1604 годах. В других галактиках сверхновые вспыхивают не чаще. Но так как галактик много, то астрономам приваливает счастье открывать сверхновую звезду в среднем раз в год.
Теперь во многих обсерваториях мира организована служба сверхновых звезд. Ученые тщательно рассматривают фотографии различных участков неба, не появилось ли на негативе пятнышка сверхновой. И когда очередная сверхновая бывает обнаружена, весть об этом мгновенно распространяется во всем научном мире.
После пространного рассказа о сверхновых звездах читателю ясно, что автор повел о них речь не зря, что история развития химических элементов связана именно с этими диковинными астрономическими объектами. Как ни редки вспышки сверхновых, все же астрономы смогли усмотреть одну очень важную закономерность. Оказывается, яркость каждой сверхновой звезды уменьшается наполовину примерно за 60 суток. Вот, скажем, замерили яркость сверхновой сегодня. Спустя два месяца она будет светить вдвое тусклее, через четыре месяца яркость ее ослабнет вчетверо, через полгода – в восемь раз и так далее.
Дальше астрофизики и астрохимики рассуждали так. Отчего может уменьшаться да еще с такой закономерностью яркость звезды? Очевидно, там идет процесс распада какого-то элемента. Распад, конечно, радиоактивный. А раз так, то какой элемент может иметь период полураспада 60 суток?
Удивительно вовремя было сделано открытие о законе спадания светимости сверхновых! Возникни это открытие двумя десятилетиями раньше, – и ученым долго и, безрезультатно пришлось бы ломать голову над вопросом: какой-же все-таки радиоактивный элемент распадается в сверхновых? Но сегодня для ответа на этот вопрос не надо быть точным провидцем. Достаточно внимательным взглядом пройтись по «радиоактивному» участку Периодической системы Д. И. Менделеева – и виновник обнаружится сразу. Калифорний.
Не все слыхали о таком элементе? Посмотрите на таблицу Менделеева, в клетку № 98. Нашли? Именно эту квартиру занимает заурановый элемент калифорний.
Тому, кто об этом элементе ничего не слыхал, расстраиваться не стоит. Зазорного в этом ничего нет. До 1950 года в Периодической системе такой элемент вообще не значился. Именно в этом году он был изготовлен физиками. Странный глагол в применении к химическому элементу, не правда ли? Нет, совсем не странный. Уже говорилось, что элементы с порядковыми номерами, большими 92, на нашей планете не обнаружены и получены искусственно, с помощью ядерных реакций. Среди этих элементов, ряд которых уже расширен до 107-го элемента, значится и калифорний.
Когда калифорний был изучен, догадка о том, почему же он не существует в земных недрах, превратилась в уверенность: период полураспада 98-го элемента составляет всего 60 суток. Ясно, что если этот элемент и присутствовал в том первичном веществе, из какого образовалась Земля, то исчез до самого последнего атома задолго до того, как в первичном океане планеты закопошились первые одноклеточные. Исчез, чтобы спустя миллиарды лет появиться в лабораториях физиков. И чтобы быть открытым на звездах.
* * *
На основе рассказанного можно было бы выстроить поучительную притчу, которая строилась бы на поверхностно-поучительной аналогии между развитием элементов на звездах и карьерой человека. Дескать, рождается маленьким и ничтожным водородом, а завершает жизненный путь солидным и в чинах калифорнием. Но смертен человек, Вселенная же бессмертна.
* * *
Энергия взрыва сверхновых настолько велика, что не поддается переводу на язык сравнений. Да и какие могут быть сравнения, когда перед взрывом на звезде накапливается количество калифорния, составляющее по массе примерно 20 таких планет, как наша. Ясно, что такое количество «взрывчатки» приводит к взрыву, при котором и без того высокая температура повышается настолько, что элементы, образующие звезду, разлетаются на мелкие осколочки. Это обыденное слово в данном случае хорошо обрисовывает последствия взрыва. Потому что мельчайшие осколочки атома, атомного ядра – это протоны и нейтроны.
Протоны – ядра атомов водорода. А нейтроны, предоставленные сами себе (то есть не входящие в состав атомного ядра), очень быстро, за считанные минуты, превращаются в атомы водорода.
Итак, взрыв звезды дает жизнь водороду, тому самому водороду, с которого начинается жизнь каждой звезды. Не о смерти свидетельствует цикл развития элементов во Вселенной – о жизни!
Только малая часть элементов, образующих тело звезды, будучи разметенной взрывом в космическое пространство, выживает, не подвергаясь переплавке в горниле вспышки сверхновой. И именно эта малость – тот строительный материал, из которого природа конструирует планеты и вообще то, что астрономы называют холодной материей Вселенной (в отличие от горячей материи – звезд).
Теория, изложенная мною, конечно, в самых общих чертах, подтверждается многими экспериментальными фактами. О том, что обнаружены тяжелые элементы на звездах и установлена связь между химическим составом звезды и ее температурой, я уже говорил. Но оказывается, эта теория объясняет закономерности распространенности химических элементов во Вселенной, и становится понятным и очевидным, что всюду – не только на Земле – кислорода будет много, а золота – мало, потому что объективные законы природы обязательны для любой точки Вселенной, и для нашей Земли, и для Марса, и для во-о-он той далекой звезды, что тускло светит в созвездии Водолея.
Молодая, водородная, звезда возникает отнюдь не сразу после взрыва старой, калифорниевой. Водород, образовавшийся при взрыве, с фантастической скоростью выбрасывается в мировое пространство. А о значительной концентрации водорода (несколько атомов на кубический сантиметр – эта концентрация, которая по нашим земным меркам должна была бы называться ультрасверхвысоким вакуумом, по меркам космоса – довольно значительная) астрономы знали уже давно.
Силы тяготения собирают атомы водорода вначале в небольшие скопления, которые затем, объединяясь, становятся все большими и большими. Процесс этот очень долгий. Во всяком случае, счет идет на миллиарды лет. И рано или поздно образуется такое количество водорода, которое, сжимаясь под гравитационным действием собственной массы, приводит к возникновению таких громадных температур и чудовищных давлений, что сама по себе начинает идти термоядерная реакция: ядра водорода, сливаясь, образуют ядро атома гелия. Начинает жить новая звезда. Молодая – водородная. У которой все впереди: миллиарды лет развития от водорода до тяжелых элементов, от рождения к смерти. И затем снова к рождению, через смерть, через творящий жизнь взрыв[10]10
Теория происхождения и развития элементов во Вселенной, рассказанная здесь, отнюдь не претендует на объяснение общих проблем происхождения материи во Вселенной и происхождение и развитие Большой Вселенной. Нет, речь идет пусть об очень больших, даже громадных, но локальных участках Вселенной, в очень большие, но локальные же отрезки времени.
Отметим также, что представления о завершении цикла развития элементов на звездах именно на калифорнии не являются общепризнанными. Имеется ряд доводов в пользу того, что наиболее тяжелыми элементами, образующимися при термоядерных процессах на звездах, являются элементы семейства железа: железо, кобальт, никель. Однако основной принцип описанной теории – развитие элементов от легких к тяжелым – остается незыблемым.
[Закрыть].
