Гипотеза радиоактивного «топлива»

 

Передовые ученые не поддались теориям реакционной философии, продолжали исследовать строение атомов радиоактивных веществ и постепенно проникали в суть явлений, происходящих при их распаде.

Было установлено, что с течением времени излучение радиоактивных элементов ослабевает, так как уменьшается количество их атомов. Распад атомов происходит очень медленно, поэтому‑то Кюри и не могли заметить уменьшения веса ампул. Срок наблюдения был слишком мал. Атомы разрушаются, подчиняясь строгому закону: половина всего наличия атомов радиоактивного вещества распадается в течение определенного срока.

Например, половина всех атомов тория распадается за 18 миллиардов лет. Уран распадается наполовину через 4,4 миллиарда лет. Время полураспада атомов протактиния равно 32 тысячелетиям.

Радий распадается сравнительно быстро. Половина всех атомов радия исчезнет за 1590 лет. В следующие 1590 лет распадется половина остатка. Когда пройдет еще 1590 лет, от радия останется только 1/8 первоначального количества. Через 15 900 лет радия сохранится только 1/1024 доля современного количества.

Если бы запас радия непрерывно не пополнялся ураном, – он давно бы исчез из минералов земной коры.

Распад радиоактивных веществ сопровождается выделением энергии. Грамм радия выделяет в час 140 калорий. Грамм тория–0,000018 калории.

Уж не тут ли кроется тайна солнечной кочегарки! Может быть, недра Солнца богаты радиоактивными элементами. Распадаясь, они подогревают Солнце. А сроки распада таковы, что радиоактивные элементы безусловно могут снабжать Солнце энергией в течение миллиардов лет.

Эту догадку стали проверять. Вычисления давали как будто благоприятный результат. В самом деле, допустим, что всего лишь 0,378 % всей массы Солнца состоит из смеси урана и радия. Урана 75·10²³ тонн и радия 23·4¹⁷ тонн. Этого, сравнительно с общей массой Солнца, ничтожного количества радия и урана вполне достаточно, чтобы обеспечить выработку энергии в 546,1·10²² килокалорий в минуту. Причем главным поставщиком энергии будет именно радий. Уран же служит для того, чтобы непрерывно пополнять убыль радия и поддерживать его количество неизменным. При этом условии Солнце начнет ослаблять свое излучение только когда минет 4,4 миллиарда лет.

Фотография кошелька, сделанная лучами радия.

 

Если предположить, что источником солнечной энергии служит распад тория, то значит на Солнце тория должно быть 0,95 % всей его массы, и Солнце уменьшит излучение вдвое через 18 миллиардов лег.

Такие расчеты казались бы убедительными, если бы не одно существенное возражение. Еще в прошлом столетии было установлено, что каждый газ или пар в раскаленном состоянии испускает лучи строго определенного цвета. Это важное открытие послужило основой спектрального анализа, то есть позволило по составу света определить, какие химические элементы находятся на Солнце и на звездах.

Солнечный свет пропускают через трехгранный стеклянный клинышек – призму, луч в призме преломляется и разворачивается веером цветных лучей. На экране спектроскопа получается радужная полоска – спектр.

По присутствию в спектре тех или иных линий судят, какие химические элементы находятся на Солнце и звездах. Натрий докладывает о себе в спектре двумя линиями в желтой части спектра. Водород представляется оранжево‑красной, голубой и фиолетовой линиями, гелий – желтой; железо дает 3800 линий в разных частях спектра.

По густоте этих линий, темнеющих на ярком радужном фоне солнечного спектра, ученые определяют количество тех или иных элементов.

Схема спектроскопа и спектры. На верхней полоске изображена часть спектра Солнца, на нижних – спектры натрия, гелия и водорода. Каждой светлой линии в спектре элемента соответствует одна из темных линий солнечного спектра.

 

С помощью этого могущественного разведчика далеких миров астрономы весьма уверенно установили состав газов, образующих солнечную атмосферу. Больше всего там водорода. Этот газ составляет 81,76 % объема солнечной атмосферы. Гелия 18,17 %, кислорода 0,03 %, магния 0,02 %, азота 0,01 %, и на долю всех остальных химических элементов приходится только одна сотая процента.

Нельзя думать, что тяжелые элементы скрываются в недрах Солнца и не показываются на поверхность. На Солнце непрестанно бушуют огненные вихри, взлетают гигантские фонтаны раскаленных паров, мощные взрывы и извержения выбрасывают на поверхность пары многих металлов.

В 1950 году на Солнце было обнаружено 66 химических элементов, среди них тяжелые металлы, такие, как золото, свинец, платина, осмий, но урана и радия там до сих пор не замечено.

Если допустить, что на Солнце распад урана и радия уже успел завершиться – они уже полностью исчезли, то должен был бы остаться их потомок – свинец. Но свинца на Солнце обнаружили очень мало. Значит распад радиоактивных элементов тоже не является источником солнечной энергии. И это наиболее правдоподобное предположение оказалось несостоятельным, наблюдения его не подтвердили.

Правда, в последние годы на Солнце обнаружили присутствие тория. Но его там чрезвычайно мало. Мало и других радиоактивных элементов – калия, самария и рубидия. Они несомненно подогревают Солнце, но только частично.

Главным поставщиком солнечной энергии служит что‑то иное.

 

Урановые часы

 

Ученые продолжали свои поиски.

Превращение урана, актиноурана и тория протекает по‑разному, но заканчивается одинаково – образованием свинца. Этот последней отпрыск трех семейств радиоактивных элементов устойчив и дальше не распадается. По своим химическим свойствам все три разновидности свинца – урановый, актиниевый и ториевый – друг от друга не отличаются. Но все же они не одинаковы, а разнятся атомным весом. Урановый свинец имеет атомный вес – 206, актиниевый – 207 и ториевый – 208. Это их «фамильная» особенность.

Поэтому, обнаружив в какой‑либо горной породе присутствие свинца, по его атомному весу можно определить из какого семейства он произошел.

И вот эта‑то особенность свинца привела ученых к важному открытию.

Физики изучают распад радиоактивных элементов уже свыше полувека. Доказано, что ни высокая температура, ни большое давление и никакие другие условия, возможные на Земле, не могут ускорить или замедлить распад радиоактивных элементов.

В земных условиях атомы радиоактивных элементов распадаются с одинаковой скоростью. И скорость радиоактивного распада известна.

В 1902 году П. Кюри посоветовал геологам взять кусок какой‑либо горной породы, содержащей уран, тщательно исследовать его химический состав и определить, сколько в нем сохранилось урана и сколько накопилось свинца.

Очевидно, когда‑то, очень давно, в этой породе совсем не было уранового свинца.

Но прошел миллиард лет, и от каждого грамма урана осталось 0,863 грамма, и одновременно образовалось 0,116 грамма свинца.

Затем минул еще миллиард лет. Урана уцелело 0,747 грамма, а свинца накопилось 0,204 грамма.

В конце третьего миллиарда лет урана сохранилось 0,646 грамма, а свинца стало 0,306 грамма. (Недостающие 0,048 грамма составляют массу той порции гелия, которая выделилась при радиоактивном распаде, и массу, израсходованную ураном на излучение).

С каждым миллиардом лет урана на Земле становится все меньше и меньше, а количество уранового свинца соответственно увеличивается.

Следовательно, радиоактивные элементы, указывал П. Кюри, могут послужить превосходными геологическими часами. Они равномерно отсчитывают время в течение многих миллиардов лет. Надо только правильно истолковать их показания.

Ученые незамедлили воспользоваться замечательными часами природы.

Из всех горных пород, какие только найдены до сих пор учеными, самыми древними являются некоторые породы, например, канадские граниты. Чтобы накопилось то количество уранового свинца, какое обнаружено в этих минералах, должно было пройти около 1850 миллионов лет.

Тогда – почти два миллиарда лет назад – через какую‑то расщелину в земной коре из глубины на поверхность вытекла расплавленная магма.

На Земле, в отдельных местах, и сейчас существуют очаги огненно‑жидкой магмы. Над такими очагами образуются огнедышащие горы‑вулканы или даже лавовые озера, в которых бурлят и пузырятся расплавленные минералы.

Пока горные породы находятся в огненно‑жидком состоянии, они непрерывно перемешиваются. Из них выделяются пары и газы. Они не оставляют лаву в покое, и, следовательно, свинец, образующийся из урана, неминуемо разлучается со своим «родителем».

Но как только изверженная лава начнет окаменевать, свинец уже не может покидать места своего рождения. Он остается рядом с ураном. В охлажденной изверженной породе начинается накопление свинца.

Так руды, содержащие уран, становятся геологическими часами.

1850 миллионов лет – это не возраст Земли и даже не возраст земной коры. Это только возраст древних гранитов, и он указывает геологам на то, что земная кора не может быть моложе 1850 миллионов лет.

Ученые продолжали свои исследования и стали определять возраст Земли не только по урану, но и по актиноурану и торию; сопоставляли количество актиниевого свинца с урановым и ториевым; совершенствовали приемы определения малых количеств свинца и гелия.

Так к концу 1948 года геологи и астрономы пришли почти к единогласному решению, что наш земной шар возник примерно три с половиной или четыре миллиарда лет тому назад.

Возраст Земли, который установили геофизики, совпал с возрастом Луны, который определили астрономы.

Важный, многозначительный вывод.

Два различных исследования привели к одному и тому же результату. Это подтверждает его безусловную правильность.

 

«Взвешивание» солнечного света

 

В первые десятилетия нашего века физики одержали несколько крупных побед. Они научились в своих лабораториях создавать искусственные радиоактивные элементы, раскалывать атомы, один элемент превращать в другой и освобождать энергию, скрытую в недрах атомов.

Эти успехи убедили всех здравомыслящих ученых, что свет, излучение является только одной из форм проявления движущейся материи. Свет, теплота, так же как и всякий иной вид материи, обладают совершенно определенной массой. Так же как различные виды энергии могут переходить друг в друга, так и вещество может преобразоваться в излучение, а излучение – в вещество.

В недрах Солнца, где царит жара в несколько миллионов градусов, а давление достигает миллиардов атмосфер, происходит выделение энергии, скрытой в ядрах атомов.

Вещество в солнечных недрах преобразуется в свет, теплоту, в излучение. Какое или какие именно вещества служат на Солнце атомным «топливом» – еще окончательно неизвестно. Но энергия Солнца – атомная энергия.

Тогда ученые поняли, что можно «взвесить» солнечный свет, то есть определить сколько вещества тратится на Солнце для поддержания его излучения.

Солнце расходует ежеминутно 546,1·10²² килокалорий.

Каждая калория составляет 4,67·10¹¹ грамма массы. Следовательно, Солнце теряет в минуту в виде излучения 254,8 миллиона тонн своего вещества. Но это расход одной минуты. В сутках 1440 минут. Значит каждый раз, когда восходит Солнце, мы видим его уменьшившимся на 367 миллиардов тонн.

Чудовищно огромное число.

Солнце тратит на излучение ежесекундно количество вещества, равное пяти самым большим египетским пирамидам.

 

Вещества, которое составляет Уральский хребет, хватило бы Солнцу на несколько недель. Однако такой расход вещества только кажется нам огромным. Он велик по нашим земным масштабам.

Зачерпнув из Ладожского озера кружку воды, не следует думать, что озеро от этого обмелеет. Не «худеет» и Солнце, теряя в сутки по 367 миллиардов тонн.

За время существования Земли, то есть за 3,5 миллиарда лет, Солнце истратило на излучение всего лишь одну четырехтысячную долю своей массы.

Столь незначительная убыль не могла изменить температуру и светимость Солнца.

 

Замедление вращения Солнца

 

Академик Г. А. Шайн доказал, что звезды вращаются и скорость их вращения можно измерить. При этом Г. А. Шайн установил, что все горячие белые и голубоватые звезды вращаются гораздо быстрее Солнца.

Каждая точка на солнечном экваторе пробегает в секунду всего лишь около двух километров, а на одном из наших соседей – звезде Альтаир из созвездия Орла – экваториальная скорость достигает 200 километров в секунду. Альтаир вращается в 100 раз быстрее Солнца. Есть еще более горячие голубоватые звезды – они вращаются так, что каждая точка на их экваторе пробегает до 400 километров в секунду!

Невольно напрашивается вывод, что наше Солнце, когда оно было моложе, тоже вращалось очень быстро.

Иначе говоря, распределение момента количества движения между планетами и Солнцем тоже было иное.

Ленинградский астроном профессор В. А. Крат нашел причину, почему горячие звезды вращаются быстрей Солнца. Они массивнее к, может быть, немного моложе Солнца. С возрастом они теряют массу и приобретают важную медлительность.

В. А. Крат доказал, что у Солнца и у солнцеподобных звезд, кроме излучения света, есть еще одна статья расхода: они выбрасывают в пространство частицы своего вещества – отдельные атомы и осколки атомов, условно называемые корпускулами. Выброс частичек в пространство стал называться корпускулярным излучением.

Частицы, извергнутые Солнцем, разлетаются во все стороны. Потоки корпускулярного излучения нередко достигают Земли, и мы видим их действие: над полюсами полыхают полярные сияния, нарушается нормальная работа компасов и других магнитных приборов, прерывается на время радиосвязь.

Как велика потеря Солнца на корпускулярное излучение в точности неизвестно. Она, повидимому, невелика – не больше того, что уносит излучение света. Но в прошлом она могла быть очень чувствительна для Солнца. Чем горячей звезда, тем больше она расходует вещества на разные виды излучения.

В прошлом, когда Солнце было массивной и очень яркой молодой звездой, этот выброс частичек имел характер грандиозного истечения газа из звезды.

Член‑корреспондент Академии наук СССР В. А. Амбарцумян, профессор Б. А. Воронцов‑Вельяминов определили, что есть звезды, которые за один месяц теряют вещества больше, чем современное Солнце за 10 миллионов лет.

Свет и корпускулярное излучение уносят с собой часть массы звезд. Вместе с утраченной массой уходит и момент количества движения. Звезды замедляют свое вращение.

Ведь и потоки света и корпускулярное излучение вырываются из наружных слоев Солнца и звезд, а наружные слои вращаются гораздо быстрее внутренних. Они несут больший момент количества движения. Поэтому даже небольшая потеря массы из внешних слоев Солнца сильно сказывается на скорости его вращения.

Нет ничего удивительного, что планеты сохранили свой момент количества движения; они не светятся, не излучают, не теряют вещество, их запас количества движения остается неприкосновенным. Солнце же растрачивает его, и соотношение изменяется в пользу планет.

Это исследование В. А. Крата опровергло одно из самых серьезных возражений против гипотезы Лапласа. Он объяснил странное распределение момента количества движения между Солнцем и планетами. Но спасти гипотезу это уже не могло.