Феликс Зигель - Вселенная полна загадок
Главная загадка короны — ее необычайно высокая температура — пока не нашла общепризнанного объяснения.
Вероятно, прав московский астроном профессор И. С. Шкловский, который считает, что разогрев короны вызван электрическими силами, возникающими при изменении магнитных полей на Солнце. Общеизвестно, что электрический ток способен нагреть проводник до очень высокой температуры. Весьма возможно, что солнечная корона в некоторой степени похожа на проводник, разогреваемый электрическими токами.
Как показали недавние исследования американских астрономов, хромосферные вспышки оказывают существенное влияние на процессы, происходящие в солнечной короне. По-видимому, вспышки сильно подогревают корону и увеличивают внутри нее количество свободных электронов.
В целом же можно считать, что Солнце остается непонятным. Природа главных, основных явлений, наблюдаемых на Солнце, как, например, пятен или протуберанцев, далеко еще не разгадана. Не случайно поэтому на изучение Солнца брошены сейчас основные силы огромной армии астрономов. Оно и понятно: жизнь на Земле тесно связана с Солнцем, с процессами, на нем происходящими. Изучение главного для нас небесного тела имеет не только теоретическое, но и большое практическое значение.
ПОЧЕМУ СВЕТЯТ ЗВЕЗДЫ
Удивительные процессы, происходящие на Солнце, имеют своим источником его внутреннюю энергию. То же можно сказать и о других солнцах — далеких звездах. Тихое, ласкающее наш взор сияние звезд и ослепительный блеск Солнца имеют одну природу, одно происхождение.
Людям, далеким от современной астрономии, может показаться, что свечение звезд, в том числе и Солнца, объясняется просто. Все эти космические тела необычайно сильно раскалены — неудивительно поэтому, что они испускают мощные потоки света.
Простота такого объяснения только кажущаяся. Оно оставляет невыясненным главное: что именно заставляет звезды быть самыми горячими из всех небесных тел и почему температура их, как правило, остается практически неизменной в течение колоссальных промежутков времени.
В поисках ответа на эти вопросы были высказаны различные предположения. Попытались сначала допустить, что свечение Солнца вызвано его горением. Этим общеизвестным словом называют процесс соединения молекул горящего вещества с молекулами кислорода, в результате чего выделяется тепло и образуются более сложные молекулы.
Легко понять, что гореть Солнце не может. Во-первых, в окружающем Солнце безвоздушном пространстве нет кислорода. Во-вторых, при температурах, существующих на Солнце, молекулярные соединения не образуются, как при горении, а, наоборот, разлагаются на атомы. Наконец, в-третьих, если бы Солнце состояло целиком из самого лучшего угля, то и в таком случае оно полностью бы «сгорело» за несколько тысяч лет. Между тем возраст Земли измеряется несколькими миллиардами лет и, как доказывают факты, в течение всего этого времени Солнце светило почти так же, как и теперь. Значит, продолжительность жизни Солнца и звезд, то есть, иначе говоря, продолжительность их свечения, измеряется десятками, а может быть, и сотнями миллиардов лет.
Одно время думали, что Солнце непрерывно подогревается падающими на его поверхность метеоритами. Подсчеты показали, что в этом случае нагретыми были бы только поверхностные слои Солнца, а его недра остались бы холодными. Да и энергии выделялось бы несравненно меньше, чем наблюдается. К тому же падающие на Солнце метеориты быстро увеличивали бы его массу, что, однако, не замечается.
Пришлось отбросить и гипотезу сжатия Солнца. Ее сторонники утверждали, что газовый шар, называемый Солнцем, непрерывно сжимается, а при сжатии газы разогреваются. Но, как показывают расчеты, тепла, выделяемого при сжатии, не хватит для того, чтобы объяснить продолжительность жизни Солнца и звезд. Если бы Солнце даже первоначально было бесконечно большим, то, выделяя наблюдаемую энергию, оно должно было сжаться до современного состояния всего за двенадцать миллионов лет. Признать Солнце таким молодым — значит не считаться с фактами.
Правда, как выяснилось в последнее время, на некоторых этапах развития звезды сжатие может играть роль основного источника энергии. Именно таким способом, по-видимому, поддерживают свою жизнь очень молодые и очень старые звезды.
В конце прошлого века была открыта радиоактивность. Выяснилось, что при радиоактивном распаде урана, радия и других веществ выделяется значительное количество энергии. Впервые человечество познакомилось с мощью атомной энергии и естественно, что некоторые астрофизики попытались объяснить загадку свечения Солнца и звезд радиоактивными процессами.
Атомы урана и радия распадаются крайне медленно.
Для распада половины данного количества атомов урана требуется четыре с половиной миллиарда лет, а для радия — тысяча пятьсот девяносто лет. Поэтому, распадаясь, уран и радий в единицу времени выделяют очень мало энергии. Если бы Солнце целиком состояло из урана, то и в таком случае «урановое» солнце светило бы гораздо слабее настоящего.
Есть радиоактивные элементы, распадающиеся очень быстро — за сутки, часы или даже минуты. Но эти элементы не годятся в качестве источников энергии Солнца и звезд по другим причинам: они не объясняют необычайную продолжительность жизни космических тел.
Но все-таки «радиоактивная» гипотеза принесла пользу науке. Она убедила астрофизиков в том, что причиной свечения Солнца и звезд может быть только атомная энергия.
Недра Солнца скрыты от наших глаз. Несмотря на это, можно высказать некоторые совершенно достоверные утверждения о состоянии солнечных недр.
Температура газа, как известно, неразрывно связана с его давлением. Сжимая газ, мы увеличиваем его температуру, и если сжатие очень велико, то и температура газа становится весьма высокой.
Как раз это и происходит в недрах Солнца. На центральные части солнечного шара с колоссальной силой давят его вышележащие слои. Этой силе противостоит упругость газа, выражающая его стремление к неограниченному расширению.
В каждой точке внутри Солнца упругость, или, иначе говоря, давление внутренней массы газов, уравновешивается тяжестью или весом вышележащих газовых слоев. Каждому такому состоянию равновесия соответствует некоторая температура газа, вычисляемая по сравнительно несложным формулам. С их помощью и получен тот несомненный вывод, что чудовищному давлению в центральных областях Солнца соответствует температура 15 миллионов градусов!
Если бы из солнечных недр удалось извлечь кусочек вещества величиной с булавочную головку, то этот крошечный кусочек Солнца испускал бы такой жар, который бы мгновенно испепелил вокруг него все живое в радиусе многих километров! Может быть, этот пример даст хотя бы отчасти почувствовать читателю, что такое температура 15 миллионов градусов.
В недрах Солнца царит невообразимая «толчея» из движущихся атомов. Сохранить полностью свою электронную «одежду» им не удается. При взаимных столкновениях, а также при ударе о мощные «порции» света — кванты — атомы лишаются части своих электронов и продолжают беспорядочно «толкаться» уже в сильно «обнаженном» виде.
Когда человек снимает с себя одежду, его внешние размеры почти не изменяются. Иное происходит при разрушении, или, как говорят, ионизации, атомов. Электронные оболочки занимают огромное пространство по сравнению с атомным ядром, и, потеряв свою электронную «одежду», атом сильно уменьшается в размерах. Естественно поэтому, что газ, состоящий из ионизированных атомов, можно сжать гораздо сильнее, чем газ из неразрушенных, нейтральных атомов. Отсюда следует, что газы в центре Солнца не только очень горячи, но и необычайно плотны.
Давление в центральных областях Солнца достигает нескольких биллионов[4] атмосфер, и потому извлеченная из недр Солнца крупица вещества была бы в пять раз плотнее платины!
Газ, более плотный, чем сталь. Не правда ли, это звучит абсурдно? Но необычные количества (колоссальные давления) рождают и непривычное в земных условиях качество.
Вещество солнечных недр при всей его необычайной плотности все-таки остается газом. Отличие твердых тел от газообразных заключается вовсе не в плотности, а в другом. Газ обладает упругостью: сжатый до некоторого объема, он затем будет стремиться вновь расшириться и обязательно это осуществит, если ему не помешают внешние силы. Твердые тела ведут себя иначе. Сильно сжатое твердое тело (например, кусок свинца) после снятия нагрузки останется в деформированном, измененном состоянии. Именно в этом состоит главное отличие твердых тел от газов.
Несмотря на большую, кажущуюся фантастической, плотность, газы в недрах Солнца не теряют своей упругости. Они, как показывает изучение других звезд, могут быть сжаты еще сильнее и, конечно, освобожденные от давления внешних слоев Солнца, сразу бы расширились. Значит, вещество солнечных недр можно считать газом.
