Страница 3 из 13
Считается, что обогащают Вселенную тяжелыми элементами от натрия до германия (включая железо) звезды с массами от 12 до 25 солнечных. Звезды поменьше, с массами в 8—12 солнечных элементов группы железа образуют мало. Зато появляются более тяжелые элементы. Когда чудовищные силы гравитации сжимают ядро звезды, ядра атомов буквально спрессовываются друг с другом. Электроны, оказавшись в ловушке, вдавливаются в ядра и сливаются с протонами, превращая их в нейтроны. При этом выделяются нейтрино – трудноуловимые частицы, которые обычно легко пронизывают всю толщу звезды и уходят в космос. Возникает так называемый нейтринный ветер. Подобно тому, как давление света в массивных звездах приводит к истеканию вещества в виде звездного ветра, нейтрино увлекают протоны и нейтроны. В веществе образуется избыток нейтронов, которые могут проникать в ядра, формируя все более и более тяжелые изотопы. Из-за огромного потока нейтронов ядра ими буквально переполняются, отчего становятся крайне нестабильными и начинают очень быстро избавляться от избыточной нейтронизации – нейтроны в них превращаются в протоны. Но едва только это происходит, как новые волны нейтронов опять доводят ядра «до предела». Такое превращение получило название r-процесса (от англ. rapid – «быстрый»). Ее итогом становятся ядра всех масс вплоть до самых тяжелых. В r-процессе образуются, например, платина и актиноиды – тяжелые радиоактивные элементы, к которым относится, в частности, уран. Относительное содержание изотопов последнего, равно как и тория, часто используют для оценки возраста звезд. Также в ветре новорожденной нейтронной звезды могут идти реакции с участием заряженных частиц – протонов и ядер гелия, – увлеченных потоком нейтрино. Так образуются цирконий, серебро, йод, молибден, палладий и многие другие элементы. Теория всех этих процессов очень сложна и не однозначно признана. Причем речь тут не только об астрофизических эффектах, но и о неопределенностях в рамках ядерной физики – далеко не все параметры идущих на данном этапе реакций точно определены. Продолжаются и споры ученых относительно того, может ли этот сценарий претендовать на полноту: способен ли он объяснить рождение тяжелых элементов в наблюдаемых нами пропорциях. «Мир рвался в опытах Кюри огромной ядерной бомбой…» Эти слова поэта Андрея Белого оказались пророческими. Первый шаг в освобождении ядерной энергии был сделан в опытах Фредерика и Ирен Жолио-Кюри. Было установлено, что все элементы тяжелее висмута (атомный номер 83) радиоактивны, и они распадаются. Можно достаточно точно оценить, каким периодом полураспада должен обладать изотоп, чтобы «дожить» до наших дней. Изотоп можно считать исчезнувшим, если с момента его рождения прошло более 10 периодов полураспада. При этом его количество уменьшается в 210 ≈ 1000 раз; его останется менее 0,1% от исходного. Возраст Земли оценивается в 4,6 миллиардов лет, или ≈ 1,5 · 1017секунд. Шансы уцелеть с момента образования нашей планеты имеют только торий с периодом полураспада 4,5 · 1017 секунд и уран с периодом полураспада 2,2 · 1016 секунд. Космическая пыль не могла быть источником возникновения Солнечной системы, так как она возникает при истечении плазмы из атмосфер звезд, а также при взрывных процессах на звездах и бурном выбросе газа из ядер галактик. Она в космическом пространстве существует миллиарды лет, а потому в ней не могут сохраниться радиоактивные вещества. Этого достаточно для опровержения гипотезы образования Солнечной системы из газопылевой туманности.
Радиоактивные элементы показывают, что на Земле сейчас не было бы даже их следов. Вместе с тем, их распространённость в земной коре близка к распространённости свинца, бериллия и других элементов, отнюдь не считающихся редкими. Уран – довольно распространённый, но очень рассеянный элемент. В двадцатикилометровом слое Земли содержится 1014 тонн урана. Энергия его распада эквивалентна 2,36 · 1024 кВт · ч, что во много миллионов раз превышает теплосодержание всех разведанных горючих ископаемых и возможности гидроэнергетики.
Кроме того, в морской воде содержится 0,034 грамма на 1 м3, то есть в водах Мирового океана содержится около 4 миллиардов тонн урана. Торий, как и уран, рассеянный элемент. При этом если урановые руды практически не содержат тория, то примесь урана в ториевых рудах бывает значительной. Поэтому эти руды называются ураноториевыми. Высокая распространённость радиоактивных элементов в природе свидетельствует о том, что запасы радиоактивных элементов со временем пополняются. По этой же причине остро встал вопрос о происхождении радиоактивных элементов. Выше приведённые аргументы вынудили Джинса создать теорию, согласно которой планеты Солнечной системы образовались потому, что несколько миллиардов лет тому назад сблизились две звезды. Под действием приливного течения значительная часть вещества одной из звёзд была оторвана от неё и выброшена в космическое пространство. Сама же звезда превратилась в наше Солнце, а выброшенный сгусток звёздной плазмы раздробился на несколько кусков, из которых при постепенном охлаждении образовались современные планеты и их спутники.
Джинс Джеймс Хопвуд был близок к истине. Он показал, что в результате эволюции быстро вращающегося массивного жидкого тела либо должно происходить деление этого тела на две части и таким образом могут образовываться двойные звезды, либо тело принимает очень уплощенную чечевицеобразную форму и вещество срывается с его острых экваториальных краев. Последний процесс Джинс связывал с образованием спиральных туманностей. Он пришел к заключению, что планетная система не может образоваться из вращающейся сжимающейся массы газа. На этом основании он отвергал космогонические теории И. Канта и П. С. Лапласа и предложил приливную теорию образования Солнечной системы, которая явилась дальнейшей разработкой теории Т. К. Чемберлина и Ф. Р. Мультона; она была очень популярна в 20-30-е годы. Согласно приливной теории планеты образовались из вещества, вырванного из Солнца гравитационным притяжением близко проходившей звезды. Джинс показал, что из отделившейся при такой катастрофе массы могло образоваться несколько небольших тел с достаточным количеством тяжёлых элементов. Так как близкое прохождение двух звезд – явление маловероятное, это означало, что планетные системы встречаются очень редко. Космогоническая теория Джинса была подвергнута критике Н. Н. Парийским, Л. Спитцером, В. Лёйтеном, которые показали ее несостоятельность.
Исходя из этой гипотезы следовало, что большинство звезд в галактике не испытывают таких сближений ни разу за всё время своего существования. Тем более, что доказано всеобъемлющее и ускоренное расширение Вселенной. Экспериментальные данные показывают, что удельный момент количества движения, заключенный в Солнце на порядок меньше, чем таковой для планет. Расчеты Н.Н. Парийского подтвердили, что вещество, вырванное из Солнца должно было либо упасть обратно на него, либо увлечься вырвавшей его звездой. В этой связи естественно предположить, что поверхность всех звёзд типа нашего Солнца может взрываться.
К сожалению, устройство Вселенной и нашей Солнечной системы значительно сложнее, чем это представлялось ранее. В Солнечной системе действуют недостаточно изученные разрушительные и созидательные силы. Закончилось формирование базальтовой оболочки земной коры окончанием “лунной эры” развития Земли. Лунная эра или «эра раннего существования земной коры» отличалась грандиозным развитием вулканических явлений на Земле. Целые моря лав изливались на земную поверхность. В это время закончилась структурная дифференциация Земли. В истории Земли имели место многочисленные угрозы жизни. Самое грозное из них было в период венерианского периода развития нашей планеты. Тогда микроорганизмы сохранились только в верхних слоях атмосферы. За последние 500 миллионов лет жизнь на Земле испытала, по крайней мере, шесть массовых вымираний.
Приведём лишь крупнейшие вымирания. 440 миллионов лет назад – ордовикско-силурийское вымирание – исчезло более 60 % видов морских беспозвоночных; 364 миллионов лет назад – девонское вымирание – численность организмов сократилась на 50 %; 251,4 миллионов лет назад – «великое» пермское вымирание, самое массовое вымирание из всех, приведшее к исчезновению более 95 % видов всех живых существ; 199,6 миллионов лет назад – триасовое вымирание – в результате которого вымерла, по меньшей мере, половина известных сейчас видов, живших на Земле в то время; 65,5 миллионов лет назад – мел-палеогеновое вымирание – последнее массовое вымирание, уничтожившее шестую часть всех видов, в том числе и динозавров. 33,9 миллионов лет назад – эоценолигоценовое вымирание. В эти периоды резко падало содержание кислорода в атмосфере, что свидетельствует о грандиозных катастрофах космического масштаба. Изучение их движущих сил поможет нам в прогнозировании подобных катастроф в будущем.