Виновато Солнце - страница 12

С точки зрения химии, Солнце предельно просто. Два самых простых химических элемента составляют почти всю его массу: на 85 % Солнце состоит из водорода, на 13 % — из гелия.

В этом водородно-гелиевом шаре все остальные элементы участвуют лишь в качестве примесей, в общей сложности составляющих лишь 2 % солнечной массы.

Легко понять, что с углублением в солнечный шар давление непрерывно растет. Внешние слои давят на внутренние, и в центре Солнца давление достигает 10 миллиардов атмосфер! При этом, не теряя основных свойств обычного газа, вещество в центре Солнца тем не менее в десятки раз плотнее платины (его плотность близка к 100 г /см3).

Когда долго качаешь автомобильный насос, он заметно нагревается. Удивительно ли после этого, что температура в центре Солнца измеряется 15 миллионами градусов?

Заметим, что и эта величина может быть получена в результате несложных расчетов. Куда труднее разгадать, какие процессы совершаются в глубинах Солнца, в его центральных областях. Совсем не прост вопрос, почему светит Солнце.

Давно уже признано, что ни механическая энергия (сжатие Солнца), ни обычные химические реакции (скажем, горение) не могут обеспечить чрезвычайно длительной жизни Солнца (по меньшей мере миллиарды лет!).

Единственный возможный источник солнечной энергии — ядерные реакции. Скорее всего, в недрах Солнца осуществляется так называемый протон-протонный цикл, в итоге которого водород медленно «перегорает» в гелий. Протон-протонный цикл можно представить себе так:

Этап первый: два протона (обозначим их Я1 и Я1), взаимодействуя, превращаются в ядро дейтерия D2 — изотоп водорода. При этом образуется также позитрон («положительпый электрон») |^>3+ и знаменитое нейтрино v — частица неуловимо малой массы, лишенная электрического заряда.

Всю эту цепочку превращений можно записать так:

Этап второй: дейтерий, реагируя, или, точнее, как бы «сливаясь», с новым протоном, образуют изотоп гелия Не^>3 и гамма-квант γ, то есть элементарно малую порцию электромагнитного излучения. Символически запишем:

И, наконец, этап третий, окончательный. Два ядра изотопа гелия 2Не^>3 превращаются в ядро обычного гелия Не^>4 и два новых протона 2Н^>1. Вот соответствующая запись:

Кому показались сложными все эти рассуждения и формулы, пусть обратит внимание на главное, самое существенное. Исходным материалом в протон-протонном цикле служит водород или, точнее, протоны — ядра атомов водорода. Все начинается со «слияния» двух протонов — отсюда и название цикла. Конечный же новый продукт — ядра атомов гелия. Итак, в ходе непрерывно действующих ядерных реакций водород в недрах Солнца преобразуется в гелий.

Ядерные реакции в недрах Солнца.

Остается уточнить одну важную деталь. В недрах Солнца, в условиях почти непредставимых давлений и температур атомы водорода лишены электронных оболочек.

Электроны, покинувшие свои атомы, и ядра атомов водорода и гелия (то есть протоны и альфа-частицы) — все это сплошь перемешано и образует электрически нейтральную смесь— солнечную плазму. Толчея и неразбериха там полная. Но это только с первого взгляда. А если приглядеться (конечно, глазом теоретика), увидишь постоянно совершающийся, направленный в одну сторону процесс — превращение протонов в альфа-частицы, то есть ядра атомов гелия.

Вот теперь можно пояснить, почему светит Солнце.

Напомним азы ядерной физики.

Ядро атома гелия состоит из двух протонов и двух нейтронов. Такое ядро в недрах Солнца может возникнуть из четырех протонов, причем два из них превратятся в нейтроны.

Но вот что важно. Возникшее в этом процессе ядро гелия, или альфа-частица, несколько легче, чем взятые вместе четыре протона — те самые, которые ее породили. Куда же делась остальная масса вещества? Оказывается, она превратилась в свет, в излучение, то есть в иную форму материи. Именно так и создается электромагнитное излучение Солнца — источник жизни на нашей Земле.

«Дефект массы», то есть избыток массы вещества, превратившийся в излучение, для каждой возникшей альфа-частицы, конечно, ничтожно мал. Но, во-первых, таких частиц неимоверно много, и, во-вторых, превращение вещества в излучение подчиняется знаменитой формуле Эйнштейна