Химия звезд

Химия звезд

В недрах звезд, при немыслимых для Земли условиях, при температурах в сотни миллионов градусов и непостижимо огромных давлениях, протекает множество разнообразных ядерно-химических реакций.

В наши дни уже существует обширная об­ласть науки: увлекательная химия недоступ­ного — ядерная астрохимия. Она выясняет важ­нейшие для всей науки вопросы: как образо­вались во Вселенной элементы, где и какие элементы возникают, какова их судьба в веч­ном развитии мироздания.

Методы этой науки необычны. Она поль­зуется и наблюдением — изучает с помощью спектроскопии состав звездных атмосфер, и экспериментом — исследует реакции . быстрых частиц в земных ускорителях. Теоретические расчеты позволяют ученым заглянуть в недра звезд, где уже открыто немало интересного и кроется много загадочного.

Выяснено, например, что в центральных областях звезд, при сверхвысоких температурах и давлениях, где скорость «выгорания» водорода особенно велика, где количество его мало, а содержание гелия велико, возможны реакции между ядрами гелия. Там рождаются загадоч­ные ядра бериллия-8 (на Земле они совсем не могут существовать»), там возникают и самые прочные ядра: углерод-12, кислород-16, неон-20 и другие ядра «гелиевого» цикла.

Найдены в звездах и такие ядерно-химиче­ские реакции, при которых возникают нейтро­ны. А уж если есть нейтроны, то можно понять, каким путем появляются в звездах и почти все остальные элементы.

Но очень много загадок стоит еще перед наукой на этом пути. Непостижимо огромно многообразие звезд во Вселенной.

Вероятно, во всех доступных нашему наблю­дению звездах преобладает водород, но содер­жанием других элементов звезды очень сильно различаются: в некоторых звездах обнаружено такое высокое содержание отдельных элементов по сравнению с обычными звездами, что их даже так и принято называть в астрономии: «магние­вые», «кремниевые», «железные», «стронциевые», «углеродные» звезды. Недавно обнаружены даже «литиевые» и «фосфорные» звезды. Эти таинст­венные различия в составах звезд еще ждут объяснения.

Удалось проследить и удивительные механиз­мы образования новых ядер. Оказывается, что не только благодаря сверхвысоким темпера­турам ядра обладают настолько высокой энер­гией, что способны преодолевать электростатиче­ское отталкивание и реагировать между собой. Очень многие элементы таким путем вообще не могли бы образоваться.

Дейтерий, литий, бериллий, бор при вы­сокой температуре, существующей внутри звезд, очень быстро реагируют с водородом и мгно­венно разрушаются. Эти элементы в мирозда­нии «варятся» в холодных «кухнях», возможно, на поверхностях звезд в звездных атмосферах, где возникают мощные электрические и ма­гнитные поля, ускоряющие частицы до сверх­высоких энергий.

Звездные «фабрики», где создаются элементы, ставят перед учеными странные загадки, свя­занные с таинственными частицами нейтрино. Ученые начинают подозревать, что роль этих неуловимых частичек-призраков далеко не так безразлична, как это казалось совсем не­давно. Выяснилось, что возможны такие ядерно-химические процессы, при которых большая часть энергии, образующейся в звез­де, уносится не в виде излучения, а толь­ко с нейтрино.

Но для звезды это означает катастрофу. Звезда существует в состоянии равновесия благодаря давлению звездного газа и светово­му давлению, которые уравновешивают силы тяготения. Если же энергия начинает уносить­ся из внутренности звезды только с нейтрино, которые пронизывают толщи звездных тел без сопротивления, со скоростью света, то звезда больше не может поддерживать изнутри све­товым давлением, она мгновенно будет сжата силами гравитационного притяжения.

Быть может, так и образуются пока не­постижимые звезды — «белые карлики», плот­ность вещества в которых может достигать многих тысяч тонн на 1 см³. Быть может, такие процессы дают начало и тем гигантским катастрофам, при которых рождаются Сверх­новые звезды.

Но нет сомнения, что и эта одна из вели­чайших тайн природы будет разгадана. Мы узнаем и тайну запасов водорода в звездах и в мировом пространстве, будут найдены про­цессы, ведущие к его образованию и к образо­ванию «молодых» водородных звезд.

Вопрос о появлении сверхновых звезд в ми­роздании исключительно важен. Должна быть решена загадка, как рождается такое колос­сальное количество энергии, которое способно разметать звезду и превратить ее в туманность. Именно это произошло, например, в 1054 г. В созвездии Тельца вспыхнула сверхновая звез­да и, затухая, превратилась в Крабовидную туманность.

В наше время эта туманность уже про­стирается на сотни триллионов километров. Самое интересное — это то, что вспышка сверхно­вой звезды, постепенно угасая, теряет свою яркость так, как если бы она состояла из изо­топа калифорния-254. Его период полураспада — 55 суток — точно совпадает с периодом умень­шения яркости сверхновых звезд (см. ст. «Рож­дение, жизнь и смерть химических элементов»).

Но, пожалуй, главная задача астрохимии — выяснить, как возникает во Вселенной водород. Ведь в бесчисленном множестве звездных миров происходит непрерывное уничтожение водорода, и его общие запасы во Вселенной должны убывать.

И многие ученые на Западе пришли к тяжелому и мрачному выводу о «водородной смерти» Вселенной.

Они считают, что во Вселенной одна за другой гаснут звезды, исчерпавшие свои запа­сы водорода. И эти ранее ярко сиявшие свети­ла одно за другим превращаются в холодные мертвые миры, которым суждено вечно носить­ся в космическом пространстве.

Мрачный вывод о «водородной смерти» Все­ленной логически порочен и неверен. Он опро­вергается опытными фактами, достижениями науки наших дней — химии Вселенной.

Чудесные достижения науки, познакомившие нас с тайнами недоступных звезд, с их составом, с их природой, с таинственными процессами, происходящими в их недрах, ос­нованы на знаниях природы атома, его строе­ния. Эти знания воплощены в великом периоди­ческом законе Менделеева. Но не следует думать, что периодический закон навсегда ос­танется застывшим и неизменным. Нет, он и сам развивается, включая в себя все большее и большее содержание, все глубже и точнее отражая истину законов природы.

Закон периодичности свойствен и строению атомных ядер. Это позволяет надеяться на окончательное решение об относительной устой­чивости элементов в мире и о составе всех небесных тел.

Очень много работы вам предстоит, молодые наследники великого Менделеева.