ИСКАТЕЛЬ ПРИНИМАЕТ ГОСТЕЙ
Человек стремится в космос. Он хочет ступить на другие планеты, познать их природу, разгадать процессы, происходящие во вселенной. Он мечтает заглянуть в недра звезд.
Возможно ли это? Ведь температуры там измеряются многими миллионами градусов. Есть ли способ установить, какие реакции протекают внутри звезд, что происходит в этих гигантских огнях вселенной?
Мы беседуем об этом с нашим гостем, известным советским ученым, профессором Давидом Альбертовичем Франк-Каменецким.
— Звезды — настоящие фабрики химических элементов, — говорит ученый. — В их пламенных недрах более тяжелые атомы свариваются из легчайших. Все известные ныне 103 элемента таблицы Менделеева зарождаются там.
— Расскажите, пожалуйста, об этом подробнее.
— В начале прошлого столетия английский врач Вильям Праун высказал предположение, что все существующие химические элементы построены из водорода. Любопытно, что современная физика в известном смысле подтвердила эту догадку. Недавно ряд исследователей пришел к выводу, что вся обозримая астрономическими приборами вселенная состоит по весу на 76 процентов из водорода и на 23 процента из гелия. Только чуть больше одного процента приходится на все остальные элементы таблицы Менделеева. По-видимому, водород является своеобразным сырьем, из которого под влиянием высоких температур внутри звезд получается гелий, а при определенных условиях — и другие элементы.
— Ответьте, пожалуйста, еще на два вопроса, — просим мы ученого. — Нет ли в наши дни непосредственной возможности «заглянуть» в недра звезд, получить информацию из их глубин так же, как мы получаем ее с поверхности небесных тел при помощи оптических и радиотелескопов? И какие проблемы, связанные с процессами внутри звезд, в данное время вас больше всего интересуют?
— Представьте, на оба вопроса у меня один ответ! — сказал Давид Альбертович. — Больше всего меня в данный момент интересует проблема получения непосредственной информации из звездных недр. Именно этой проблеме были посвящены со общения члена-корреспондента Академии наук Б. М. Понтекорве и мое, сделанные недавно на расширенном заседании Комиссии по космогонии Астросовета Академии наук СССР. Я говорю о принципах нейтринной астрономии.
…Есть, оказывается, лучи, которые пробивают звездные оболочки. Они представляют собой поток особых элементарных частиц — нейтрино. Это частицы-призраки: их ничто не задерживает. Нужны миллиарды солнц, поставленных друг за другом, чтобы поглотить нейтрино!
Вот эти-то нейтрино и их близнецы — антинейтрино вырабатываются во время звездных процессов. Если подсчитать их долю в числе других частиц, можно получить довольно отчетливое представление о процессах, происходящих внутри звезд. Звезды как бы становятся прозрачными, астрономы получают возможность их изучать так же, как врачи — человека перед рентгеновским аппаратом.
Мы попросили Д. А. Франк-Каменецкого рассказать об энергии звезд поподробнее.
ЭНЕРГИЯ ЗВЕЗД
Д. А. ФРАНК-КАМЕНЕЦКИЙ,
профессор, доктор физико-математических наук
Вероятно, многим из вас приходилось по вечерам любоваться звездами. А задумывались ли вы, почему они светят? Такой вопрос не был бы проявлением праздного любопытства!
Звезда — гигантская силовая станция. Она непрерывно излучает в мировое пространство колоссальные количества энергии В общем энергетическом балансе мира энергия звезд стоит на первом месте.
Мы на Земле ищем новых источников энергии. Но важно поинтересоваться и тем, каковы ее основные источники за пределами нашей планеты: ведь изучение природы всегда указывает пути к развитию техники. Постараемся же проникнуть в суть тех таинственных процессов, которые рождают энергию звезд.
Заметим сразу же, что эта энергия имеет к нам, к жизни на Земле, прямое отношение. Самая близкая к нам звезда — наше Солнце. И вдумайтесь: все растения строят свое живое вещество за счет его энергии, поглощаемой хлорофиллом. Животные питаются растениями и получают с пищей эту накопленную солнечную энергию. Ископаемое топливо — каменный и бурый уголь, торф, нефть — остатки вымерших растений или животных. В них запасена для нас та же солнечная энергия, полученная Землей миллионы лет назад. Гидроэлектростанции тоже работают «за счет Солнца»: оно испарило воду в морях и океанах, вода сгустилась в облака и тучи, пролилась дождем, собралась в ручьи и реки и пришла к плотинам гидростанций. Даже энергия ветра рождена тем, что Солнце неравномерно нагревает разные участки земной поверхности.
Сейчас начинается эра атомной энергии. И вот ученые убеждаются: внутренним источником энергии Солнца оказывается та же атомная… Таким образом, техника движется к тому, чтобы воссоздать на Земле под контролем человека те самые процессы, которые рождают энергию в Солнце и других звездах.
Наше Солнце — всего лишь рядовая звезда. Но если перевести мощность этой космической силовой станции в технические единицы, то получится у нас умопомрачительная цифра — около трехсот тысяч миллиардов миллиардов киловатт. На Землю попадает лишь одна двухмиллиардная доля излучаемой Солнцем энергии. Но и это больше ста тысяч миллиардов киловатт!
Откуда же она берется? Пятьдесят лет назад это было неразрешимой загадкой. Классическая физика XIX века могла указать в данном случае только один источник энергии — нагревание от сжатия силой тяжести. Но этого источника Солнцу Хватило бы только на тридцать миллионов лет, а оно освещает и греет нашу планету несколько миллиардов лет.
Итак, классическая физика становилась в тупик. Выход из него указала новая — атомная — физика.
Теперь мы знаем, что мельчайшая частица вещества — атом — состоит из ядра и окружающих его электронов. Ядра одних атомов обладают большим, других — меньшим запасом энергии. Первые могут превращаться во вторые, и при этом выделяются громадные количества энергии. Ядерные реакции — вот источник энергии звезд.
Какое же именно вещество играет роль ядерного горючего в звездах? Спектральный анализ показал, что самым распространенным во вселенной веществом является легчайший элемент — водород. Ядро атома водорода — это простейшая ядерная частица — протон. Если четыре протона соединятся в ядро гелия, то выделится около двадцати восьми миллионов электроновольт энергии. Много это или мало? Чтобы сравнить теплотворную способность ядерного и обычного горючего, заметим, что при сгорании атома углерода выделяется всего около четырех электроновольт энергии. Теплотворная способность ядерного горючего в миллионы раз больше, чем у обычного.
Что нужно, чтобы четыре протона соединились в ядро гелия?
Они должны встретиться между собой, обладая при этом достаточно высокой скоростью. Маловероятно, чтобы четыре человека, не сговариваясь, встретились случайно все в одном месте. Не так часты были бы и встречи частиц вещества… Но реакция образования гелия в звездах идет не прямо, а в несколько актов. В каждом акте участвуют по две частицы. Несколько актов образуют так называемую цепочку. Простейшая цепочка — водородная. Она начинается с соединения двух ядер водорода (протонов) в ядро тяжелого водорода — дейтон. Дейтон, сталкиваясь еще с одним протоном, дает ядро легкого гелия (гелия-3). А если два ядра гелия-3 столкнутся между собою, то получится обычный гелий-4 и два протона отщепятся.
