Феликс Зигель - Вселенная полна загадок
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.
Процессы, совершающиеся в недрах Солнца, непохожи на то, что мы видим вокруг себя на Земле. При температуре 15 миллионов градусов атомная энергия выделяется из вещества почти с такой же легкостью, как пар из воды при температуре ее кипения.
Разными путями было установлено, что Солнце состоит наполовину из водорода и на 40 процентов из гелия с очень небольшой «примесью» других элементов. В недрах Солнца водород превращается или как бы «перегорает» в гелий. Процессы, при которых изменяется состав атомных ядер, называются ядерными реакциями.
Вряд ли стоит утомлять читателя подробным рассмотрением всех тех ядерных реакций, в результате которых водород в недрах Солнца постепенно превращается в гелий. Интересующимся этим вопросом рекомендуем прочесть книгу А. Г. Масевич[5]. Укажем лишь на главное — в процессе ядерных реакций один вид материи (вещество) превращается в другой (свет) с сохранением при этом как массы, так и энергии.
Для образования ядра атома гелия необходимо четыре протона, то есть четыре ядра атома водорода. Два из этих протонов в результате ядерных реакций теряют свой положительный заряд и превращаются в нейтроны. Но два протона и два нейтрона, взятые в отдельности, весят на 4,7 · 10-26 грамма больше, чем ядро гелия. Вот этот излишек, или «дефект массы», преобразуется в излучение, причем выделяемая при этом энергия равна 4· 10-5 эрг.
Не подумайте, что это очень мало. Ведь речь идет об образовании, синтезе одного атома гелия. Если же превращается в гелий 1 грамм водорода, то при этом выделяется энергия 6 · 1018 эрг. Такой энергии вполне хватило бы для поднятия груженого товарного поезда из пятидесяти вагонов на вершину высочайшей земной горы — Джомолунгмы!
Каждую секунду Солнце превращает в излучение 4 миллиона тонн своего вещества. Таким количеством веществ можно было бы нагрузить четыре тысячи поездов по пятьдесят вагонов в каждом. Значит, излучая свет, Солнце теряет свою массу, уменьшается в весе. Пока вы прочитаете эту фразу, Солнце «похудеет» на 12 миллионов тонн, а за сутки его масса уменьшится на треть миллиарда тонн.
И все-таки эта «утечка массы» для Солнца практически неощутима. Если даже Солнце всегда будет излучать свет и тепло так же интенсивно, как и в настоящую эпоху, то за всю свою жизнь (то есть за десятки миллиардов лет) его вес уменьшится на незначительную долю его теперешней массы.
Вывод ясен: ядерные реакции превращения водорода в гелий вполне объясняют, почему светит Солнце.
Кроме превращения водорода в гелий, есть еще одна ядерная реакция, возможно играющая в недрах Солнца такую же, если не большую роль. Речь идет об образовании тяжелого водорода (дейтерия) из атомов обычного водорода.
Как известно, в отличие от атома водорода, в котором ядром служит протон, атом дейтерия обладает ядром, состоящим из протона и нейтрона. При синтезе ядра дейтерия из двух протонов (один из которых превращается в нейтрон) избыток массы, как и в предыдущем случае, превращается в излучение. Исследования, проведенные в последнее время, доказали, что при такой, как ее называют, протон-протонной реакции энергии выделяется не меньше, чем при превращении водорода в гелий. Распределение ролей между описанными ядерными реакциями зависит от свойств звезды и главным образом от температуры ее недр. В одних звездах преобладает протон-протонная, в других — водородно-гелиевая реакции.
Таким образом, Солнце живет за счет собственных недр, как бы «переваривая» их содержимое. Энергия, поддерживающая жизнь на Земле, зарождается в глубинах Солнца. Не следует, однако, думать, что ослепительно яркий солнечный свет, которым мы любуемся в погожий день, и есть та световая энергия, которая зарождается в солнечных недрах.
Возникающий в результате ядерных реакций свет, или, точнее, электромагнитное излучение, обладает гораздо большей энергией и меньшей длиной волны, чем видимые нами солнечные лучи. Но, когда порции электромагнитного излучения, называемые квантами, пробираются из центральных областей Солнца к его поверхности, они много раз поглощаются, а затем вновь испускаются атомами во всевозможных направлениях. Поэтому путь луча из центра Солнца к его поверхности очень сложен и напоминает затейливую зигзагообразную кривую.
Это странствование может продолжаться сотни и тысячи лет, прежде чем луч вырвется на поверхность Солнца. Но сюда он доходит сильно «изнуренным» от непрерывных взаимодействий с атомами. Потеряв значительную долю своей первоначальной энергии, луч превратился из невидимого, напоминающего рентгеновы лучи излучения в ослепительно яркий и отлично воспринимаемый глазом солнечный луч.
Загадка свечения Солнца в основном разгадана. Речь идет теперь только об уточнении картины тех ядерных реакций, которые совершаются в недрах Солнца. То же можно сказать и о множестве других звезд, по своей природе близких Солнцу. Но среди великого многообразия звездного мира встречаются и такие звезды, свечение которых не может быть объяснено описанными выше реакциями. К их числу относятся, например, белые карлики. При массе, близкой к массе Солнца, некоторые из этих звезд уступают в своих размерах даже Земле. Поэтому плотность белых карликов исключительно велика — некоторые из них гораздо плотнее, чем центральные области Солнца. Источником же энергии таких звезд является, по-видимому, сжатие под действием сил собственного тяготения.
То, что свет некоторых звезд представляет собой для нас загадку, неудивительно. Не только чрезвычайная удаленность звезд, но и колоссальная продолжительность их жизни сильно затрудняют исследование. По сравнению с жизнью звезд, измеряемой десятками миллиардов лет, продолжительность существования человечества на Земле кажется мгновением. И все-таки за это мгновение мы уже очень многое узнали о мире звезд. Вот это удивительно!
СОЛНЦА И ЗЕМЛИ
Любите ли вы природу? Заставала ли вас теплая, ясная июльская ночь где-нибудь на лугу или в поле?
Почти стихшие земные звуки не тревожат слух, а глаза лишь еле различают в темноте очертания далекого леса. Пряный запах скошенной травы и легкий ветерок кажутся ласками родной земли, и над всем господствует усеянный искорками звезд исполинский шатер ночного неба.
Земля и звезды! Забываемые днем, когда мы, занятые своими делами, менее всего склонны предаваться размышлениям о загадках Космоса, звезды ночью невольно приковывают к себе нашу мысль. Земля тогда не кажется самой главной частью природы. Мы начинаем не только сознавать, но и чувствовать все бесконечное многообразие и неисчерпаемость окружающей нас Вселенной.
Мы понимаем, что перед нами не «светильники», украшающие земной мир, как думали древние, а множество солнц и каждое из них с большим основанием, чем Земля, может быть названо миром.
И тогда наша мысль невольно останавливается перед вопросом: если солнц так много, то неужели Земля одна?
Вокруг бесчисленных солнц, как и вокруг нашего Солнца, кружатся земли, многие из которых населены человечествами, подобными земному, — эту мысль защищали лучшие представители человеческого рода. Они, как Джордано Бруно, шли на костер, не желая отказываться от своих взглядов; язвительной насмешкой, как Вольтер, опровергали доводы противников. Вопреки всему, не страшась угроз церкви, они, как Михаил Ломоносов, смело заявляли, указывая на небо:
Уста премудрых нам гласят:Там разных множество светов,Несчетны солнца там горят,Народы там и круг веков.
Некоторым из сторонников идеи о многочисленности обитаемых миров казалось, что жизнь есть почти на каждом небесном теле. Романтически настроенные и склонные к идеализму, они утверждали, что даже на Солнце и звездах могут быть существа, в организмах которых роль углерода выполняет не боящийся высокой температуры кремний.
Невидимая планета искривляет путь звезды.
К сожалению, все это ничем не обоснованное фантазерство принесло вред науке. Здоровая в своей основе материалистическая идея о многочисленности обитаемых миров была завуалирована идеалистическим туманом.
До самого последнего времени все разговоры о «небесных землях» носили отвлеченный характер, так как единственной известной и доступной изучению планетной системой была наша солнечная система.
