Водородное «отопление» Солнца

 

Что же все‑таки питает Солнце? Там несомненно происходят превращения одних химических элементов в другие. Но какие именно? Распад тяжелых элементов – урана, радия, тория – мало вероятен. Их на Солнце мало. Незаметно и признаков такого распада.

Ученые, стремившиеся проникнуть в тайну солнечной кочегарки, сделали противоположное предположение. Атомы на Солнце не распадаются, а, наоборот, создаются. В недрах Солнца, где царит температура в миллионы градусов и давление в миллиарды атмосфер, происходит «упаковка» атомов, там из легких веществ образуются более тяжелые элементы. При таких превращениях в некоторых случаях выделяется большое количество энергии.

В своих лабораториях физики выполняют много подобных превращений.

Еще в 1919 году удалось «столкнуть лбами» атом азота с ядром атома гелия, и в результате получился атом кислорода и ядро атома водорода. Из алюминия таким же путем был приготовлен кремний, из бериллия – углерод.

За 20 лет напряженной работы физиков всех стран к 1939 году, было найдено 600 различных реакций между ядрами атомов. Сейчас таких реакций известно гораздо больше. Возникла новая отрасль науки – ядерная физика, которая изучает превращения элементов.

Физики научились не только переделывать атомы, существующие в готовом виде, но и создавать новые. К 1951 году в лабораториях получили десять новых химических элементов, которых до этого не было среди минералов земной коры.

При ядерных реакциях выделяется энергии в тысячи и сотни тысяч раз больше, чем при обычных химических реакциях. Например, при превращении одного грамма алюминия в кремний выделяется энергии в 700 тысяч раз больше, чем при сгорании одного грамма угля.

И ученые пришли к согласному решению, что в недрах Солнца происходит слияние атомов – из нескольких легких атомов образуется один, но более тяжелый атом. Оставалось проверить это предположение и найти – какие именно химические элементы участвуют в этих превращениях.

Если в каком‑либо помещении окажется много мешков с мукой, то можно подумать, что там либо мельница, либо пекарня, то есть на этом предприятии или муку мелют, или из нее пекут хлеб.

Примерно в таком же положении оказались астрономы, когда с помощью спектроскопа заглянули на Солнце. Там обнаружено поразительно много водорода и гелия. В атмосфере Солнца почти 82 % объема занимает водород, а остальные 18 % – гелий. На долю остальных элементов приходятся сотые доли процента.

Возможно, что недра Солнца более богаты тяжелыми элементами, но все же водород и гелий на Солнце преобладают. Тоже самое наблюдается и на звездах. Эти газы, видимо, самые главные строительные материалы в мире звезд.

И очень может быть, что один из этих газов является «топливом», а другой «золой» или «дымом».

Опыты, поставленные в лабораториях, показали, что атомы водорода могут сливаться друг с другом и образовывать атомы гелия. При этом выделяется 162 миллиона килокалорий на каждый грамм израсходованного водорода или в 20 миллионов раз больше, чем дает грамм горящего угля.

По предположению ученых, в недрах Солнца царит жара в 20 миллионов градусов. При такой температуре атомы движутся с громадными скоростями. Они постоянно и с большой силой сталкиваются друг с другом. Соударения не проходят для атомов бесследно. Их ядра сливаются и образуются новые атомы.

Так, например, в бешеной сутолоке атомов солнечных газов может происходить такая реакция: атом углерода сталкивается с ядром атома водорода, которое называется протоном. Ядра столкнувшихся атомов сливаются в одно целое, и образуется атом нового вещества – радиоактивного азота.

Радиоактивный азот неустойчив. Он, как и все другие радиоактивные элементы, распадается. Развалившийся атом радиоактивного азота превращается в атом тяжелой разновидности углерода.

Этот новорожденный атом углерода при очередном столкновении с протоном поглощает его и становится атомом обычного азота.

Атом азота, в свою очередь встретившись с протоном, сливается с ним и превращается в атом радиоактивного кислорода.

В том, что все атомы сталкиваются обязательно с протонами, ничего необычного нет: водородных ядер в Солнце больше всего. При встрече с ядром атома гелия никаких превращений не происходит – у гелия очень прочные ядра. Они не вступают в реакции и при столкновениях с другими атомами отскакивают, как мячики; жертвой всех столкновений становятся преимущественно протоны.

Радиоактивный кислород, получившийся при последнем превращении, неустойчив. С течением некоторого времени он распадается и становится атомом разновидности азота – тяжелого азота.

В результате очередного столкновения с протоном – четвертого по счету – протон проникает в ядро тяжелого азота, и оно распадается на две неравные части – на атом гелия и на атом углерода.

Вся эта цепь превращений атомов, по расчетам физиков, длится пять миллионов лет. В результате же «гибнет» четыре протона, из которых постепенно складывается ядро атома гелия, а атом углерода из всех этих переделок выходит невредимым. При первом же столкновении с протоном он начинает новую цепь превращений.

Каждое слияние ядер, распад неустойчивых радиоактивных атомов, все их преобразования сопровождаются выделением энергии. И эта энергия подогревает Солнце, поддерживая его жар и светимость.

Такова последняя гипотеза, объясняющая почему светит и греет Солнце.

 

Строительные леса науки

 

Гипотеза преобразования водорода в гелий при содействии посредника‑углерода разработана американским физиком Бете. Она проверена несколькими лабораторными опытами. Некоторые астрономы принимают ее как истинную, но большинство считает гипотезу Бете только временной, рабочей гипотезой.

Когда строится дом, его обносят лесами. Постройка заканчивается, и леса снимают. Они больше не нужны. Рабочие гипотезы в науке – те же леса. Они дают временную опору исследованиям.

Осторожность ученых объясняется тем, что науке в этой области еще многое неясно, многое неизвестно. Никто пока не может сказать – возобновляются ли каким‑либо образом запасы водорода на звездах или в межзвездном пространстве. Нет также никаких сведений и о дальнейшей судьбе гелия. Сомнительно, что он не способен якобы ни к каким ядерным реакциям. Ведь не случайно же и на Земле, и в метеоритах, и на Солнце преобладают элементы с атомным весом кратным четырем: углерод, атомный вес которого – 12, кислород – 16, кальций – 20, магний – 24, кремний – 28, железо – 56 и так далее. Ядра атомов этих элементов явно сложены из гелиевых ядер, так как атомный вес гелия – 4.

Навряд ли, в ядерных реакциях участвуют только 8 «избранных» элементов: водород, гелий, литий, бериллий, бор, углерод, азот и кислород, а остальные 90 присутствуют в недрах звезд только в качестве безразличных свидетелей.

Непонятно почему на некоторых звездах, непохожих на Солнце, кроме водорода и гелия наблюдается избыток других элементов. Есть, например, звезды, накопившие в своем составе много азота, есть также звезды богатые углеродом. Известно несколько звезд с обильным содержанием титана. Найдены «железные», «циркониевые», «стронциевые» звезды.

Наконец, наблюдения, которые непрерывно ведутся за солнечной деятельностью, показывают, что энергия в недрах Солнца вырабатывается не спокойным, равномерным процессом, а отдельными вспышками или взрывами, причина которых пока еще не раскрыта.

По всей вероятности в недрах Солнца и звезд происходит не одна ядерная реакция, а самые разнообразные. В них участвуют не только восемь наиболее легких элементов, а все химические элементы, какие только существуют в природе. Одни из них создаются, другие – распадаются; одни при своих реакциях выделяют энергию, другие – участвуют в реакциях, которые протекают с поглощением энергии.

В зависимости от условий в каких формировалась звезда, то есть от того, как быстро она накапливала массу в период своего роста, и от того, какое количество вещества ей удалось собрать, одна из разнообразных ядерных реакций становится преобладающей и поставляет наибольшее количество энергии, остальные реакции занимают второстепенное положение. На Солнце и солнцеподобных звездах, возможно, такой главенствующей реакцией является образование гелия из водорода.

 

Возрождение порочной теории

 

Некоторые американские и западноевропейские астрономы стараются на основании гипотезы Бете сделать желательные для них выводы.

По мысли Бете, в недрах Солнца и большинства звезд водород гибнет безвозвратно. Он превращается в инертный, «ленивый» газ – гелий, который уже не способен к дальнейшим превращениям. На Солнце, таким образом, ежесекундно исчезает 564 миллиона тонн водорода и взамен образуется 560 миллионов тонн гелия.

Солнце очень велико, но оно не бесконечно. Через двадцать миллиардов лет, запас водорода на Солнце уменьшится более чем вдвое. Рано или поздно, но водороду на Солнце придет конец.

Тоже самое происходит и на звездах. И они подогреваются водородом. Всюду якобы исчезает водород и образуется гелий. Когда прогорают дрова, костер тухнет. Когда иссякнут запасы водорода, в звездном мире наступит «топливный голод». Звезды, задушенные избытком гелия, одна за другой начнут угасать, наша Галактика превратится в кладбище потухших светил. При тусклом красноватом свете догорающих звезд в пространстве, как темные призраки, будут носиться холодные шары мертвых солнц. Так американские ученые толкуют о неизбежности «водородного истощения» Вселенной, о неминуемости конца света.

В этой гипотезе снова оживает старая реакционная «теория» немецкого физика Клаузиуса о «тепловой смерти» Вселенной.

Клаузиус рассуждал так: все виды энергии могут преобразовываться в теплоту: свет, падая на какое‑либо тело, нагревает его; электрический ток, протекая по проводнику, тоже превращается в теплоту, механическое движение всегда сопровождается выделением тепла. Теплота – непременный участник всех переходов из одного вида энергии в другой.

Но когда надо преобразовать теплоту в какой‑либо иной вид энергии, возникает непреодолимое затруднение – в свет, в электричество, в механическое движение теплота целиком не переходит. Некоторая ее часть неизбежно теряется без всякой пользы. Рассеяние составляет как бы неотъемлемое свойство теплоты. Она всегда стремится от нагретого тела к более холодному.

Это положение совершенно справедливо для паровых машин, всякого рода двигателей, печей. Но Клаузиус распространил его на Солнце, звезды, на всю Вселенную.

Звезды светят, потому что они раскалены. Свою теплоту они расходуют на излучение. Потоки света устремляются в холод и мрак космического пространства. Звезды остывают, их запас энергии истощается, теплота бесследно рассеивается. В конце концов температура во всей Вселенной выравняется. Звезды погаснут. Наступит «тепловая смерть» Вселенной, конец света, мир погибнет.

Все, что имеет конец, имеет и начало. Следовательно, – утверждал Клаузиус, – было время, когда некая сверхъестественная сила создала неравенство температур, зажгла Солнце и звезды – завела пружину мировых часов. Часы пошли и будут идти до тех пор, пока не придут в равновесие, и тогда только чудо может вывести их из этого состояния и снова пустить в ход.

«Теория» Клаузиуса была придумана для того, чтобы доказать бытие бога, внушить людям, что мир создан богом и предсказанный библией конец света неизбежен. «Теория» Клаузиуса – одна из наиболее ядовитых и реакционных произведений буржуазной науки.

Фридрих Энгельс в «Диалектике природы» писал по поводу «теории» Клаузиуса:

«Вопрос о том, что делается с потерянной как будто бы теплотой, поставлен, так сказать, в чистом виде лишь с 1867 г. (Клаузиус). Неудивительно, что он еще не решен; возможно, что пройдет еще немало времени, пока мы своими скромными средствами добьемся решения его. Но он будет решен; это так же достоверно, как и то, что в природе не происходит никаких чудес и что первоначальная теплота туманности не была получена ею чудесным образом из внемировых сфер».[12]

Предвидение Энгельса полностью оправдалось. Действительно, прошло немало времени, пока ученью нашли выход из тупика. Доказано, что свет и вообще всякое излучение материальны. Вещество в результате ядерных реакций преобразуется в излучение. Излучение в определенных условиях превращается в частицы вещества. И ничто не пропадает.

Под ударами науки «теория тепловой смерти» Вселенной рухнула. Теперь на смену ей выдвигают гипотезу «водородного истощения», разработанную американскими физиками одновременно и попутно с изобретением и изготовлением человеконенавистнического оружия – атомной бомбы.

Американские астрономы уже «нашли» несколько десятков звезд, якобы лишившихся водорода и умирающих на наших глазах. В популярных книжках по астрономии уже нарисованы красочные картины последних звезд. Звезда, исчерпав последние крохи водорода, ярко вспыхивает. Вспышка умирающей звезды в последний раз озаряет мир своими лучами.

Это «открытие» приводит к мысли о сотворении мира. Бог будто бы создал Солнце и звезды, снабдил их водородом и дал им способность упаковываться в гелий. Бог сказал: «да будет свет» – и водородные шары‑звезды вспыхнули, как фонари на улице, когда их включает диспетчер электротока.

Так под научными расчетами ядерных реакций скрывается старая обветшалая сказка о сотворении мира и конце света.

Повторяя слова Фридриха Энгельса, можно сказать, что мы еще не знаем, как и где возобновляются запасы водорода и других видов атомного топлива, не знаем, куда исчезает гелий. Пройдет немало времени прежде чем ученые добьются решения этих вопросов. Но они будут решены. Это так же достоверно, как и то, что в природе не бывает чудес.

И Солнце и видимые нами звезды не вечны, но на смену погибшим возникают новые солнца, новые звезды. Вселенная вечна. И никакое «водородное истощение» или «гелиевое удушье» не может погубить Вселенную.

И в этом вопросе, как и во всех остальных, единственно правильный ответ дает диалектический материализм: «…круговорот, в котором каждая конечная форма существования материи – безразлично, Солнце или туманность, отдельное животное или животный вид, химическое соединение или разложение – одинаково преходяща и в котором ничто не вечно, кроме вечно изменяющейся, вечно движущейся материи и законов ее движения и изменения. Но как бы часто и как бы безжалостно ни совершался во времени и в пространстве этот круговорот; сколько бы миллионов солнц и земель ни возникало и ни погибало…

…у нас есть уверенность, что материя во всех своих превращениях остается вечно одной и той же, что ни один из ее атрибутов[13] никогда не может быть утрачен».[14]

Все, что нам пока еще неизвестно, в конце концов настойчивым трудом ученых будет раскрыто и объяснено. Подлинная, передовая советская наука выбьет из рук религии оружие, которое ей предложили американские физики.

 

Смена атомного топлива

 

Разрабатывая и совершенствуя гипотезу Бете, ученые решили, что Солнце и другие звезды не всегда поддерживали свою температуру истреблением водорода, звезды меняли свое «топливо».

По мысли этих ученых звезды возникают в виде огромных газовых шаров, подобных инфракрасному сверхгиганту – эпсилону Возничего. Температура в центре будущей звезды не может быть высокой, и никаких ядерных реакций там не происходит.

Под влиянием тяготения газовый шар медленно сжимается. Вещество будущей звезды уплотняется, а с уплотнением вещества температура возрастает.

Когда недра звезды разогреются до 400 тысяч градусов, начинается первая простейшая ядерная реакция. Тяжелая разновидность водорода, так называемый дейтерий, вступает в соединение с обычным водородом. Атом дейтерия сливается с протоном, и получается атом легкой разновидности гелия.

Несколько десятков тысяч лет звезда поддерживает свою температуру за счет дейтерия, но в конце концов его запас истощается. Звезда, лишившись притока энергии из ее недр, съеживается, как мячик, из которого выпустили воздух.

Уменьшение объема звезды, ее уплотнение влечет за собой повышение температуры. Звезда разогревается. Когда температура ее недр достигает двух миллионов градусов, становится возможной другая ядерная реакция. Звезда начинает «сжигать» литий.

Ядра атомов лития, сталкиваясь с протонами, поглощают их, и возникают атомы гелия.

За счет лития звезда светит еще несколько тысячелетий. Его запасы иссякают. Звезда снова съеживается, а это приводит к еще большему разогреву недр звезды. Температура достигает 9 миллионов градусов.

Очередной жертвой звездной кочегарки становятся атомы бериллия и бора. Атомы бериллия и бора, встречаясь с протонами, сливаются с ними и преобразуются опять‑таки в атомы гелия.

На бериллиевом питании звезда существует еще несколько миллионов лет. Запасы топлива исчерпываются. Звезда сжимается, а температура недр на этот раз повышается до 20 миллионов градусов. Начинается главная ядерная реакция. Атомы водорода при содействии углерода упаковываются по четыре и превращаются в атомы гелия.

На водородном «топливе» звезда существует несколько миллиардов лет. По расчетам московского астронома А. Г. Масевич, Солнце в течение десяти миллиардов лет будет светить, почти не уменьшая свою яркость.

Если признать эту гипотезу, то звезда на первых ступенях своего развития несколько раз меняет «топливо», и после периодов сравнительного покоя звезда быстро сжимается и ее недра разогреваются.

Идея смены атомного топлива и скачкообразного, стадийного развития молодых звезд вошла составной частью в космогоническую гипотезу, которую разрабатывал академик В. Г. Фесенков.

В основу своей гипотезы В. Г. Фесенков положил мысль, что образование планет является неизбежным следствием развития самого Солнца без участия посторонних помощников, вроде проходившей мимо звезды или какого‑либо другого небесного тела.

В. Г. Фесенков считает, что Солнце значительно старше Земли, что Солнце вращалось раньше гораздо быстрей, чем сейчас, и планеты образовались во время смены атомного топлива.

Происходило это так. Солнце прожило большую часть своей молодости. Оно уже израсходовало все запасы дейтерия, лития, бериллия и бора. Лишенное притока теплоты из недр, Солнце быстро сжалось, его объем резко уменьшился, а скорость вращения столь же резко возросла.

Каждая точка на экваторе Солнца пробегала тогда в секунду свыше 400 километров. При такой бешеной скорости Солнце потеряло устойчивость, оно утратило форму шара и стало грушевидным телом.

Грушевидное тело не может долго сохранять свою форму. Оно должно либо разорваться, либо вернуться к прежней шарообразной форме. Солнце разорвалось.

Выступ солнечного вещества был отброшен центробежной силой за предел Роша, и из него образовались планеты.

Солнце, избавившись от излишней массы и от избытка момента количества движения, стало вращаться медленнее. Корпускулярное излучение и свет унесли большую часть момента количества движения, и это затормозило вращение Солнца.

Из расчетов В. Г. Фесенкова следует, что первоначально наша планетная система была очень маленькой, она имела всего лишь несколько миллионов километров в поперечнике, и вся помещалась внутри орбиты Меркурия. Со временем планетные орбиты расширились, и планеты разошлись на современные расстояния.

Эта гипотеза встретила многочисленные возражения и к настоящему времени до конца не разработана.

 

 

Глава седьмая

МОБИЛИЗАЦИЯ ФАКТОВ

 

 

 

Температура земных недр

 

Геологи спускали термометры в глубочайшие буровые скважины, обследовали шахты и рудники, собирали сведения у горных инженеров, строивших туннели и другие подземные сооружения. Таким образом, еще в прошлом столетии установили, что по мере углубления в Землю температура неуклонно повышается – чем глубже, тем жарче. Есть на Земле места, где температура с глубиной возрастает быстрей, есть места – где медленнее, но в среднем на каждые 100 метров температура подымается на 2,5–3 градуса.

Это, казалось бы, совершенно естественное и понятное явление приводило к неестественным и непонятным выводам. Какова же должна быть жара на глубине 6378 километров, то есть в центре Земли? Самый простой арифметический подсчет показывает, что уже на 2500 километре ниже поверхности Земли температура достигает 6000°. Но ведь это же температура солнечной поверхности! При такой жаре ни одно вещество не может оставаться ни в твердом, ни в жидком состоянии. Неужели же мы живем на бомбе, начиненной раскаленными газами и ежеминутно готовой взорваться.

Это казалось невероятным. Но в науке тогда господствовала гипотеза Лапласа. Ученые думали, что Земля произошла из клубка раскаленных газов; при своем рождении она светилась, как маленькая звездочка; с течением веков постепенно остыла, покрылась твердой корой, но внутри сохранила прежний жар.

Поэтому большинство ученых считало, что вещество в земных недрах, если не газообразно, то, во всяком случае, огненно‑жидкое. И в доказательство они указывали на вулканы, которые извергают лаву с температурой до 1400°.

Это мнение было общепризнанным.

По мере углубления в Землю температура повышается.