Ник. Горькавый

Сказка о Б2ФХ, доказавших, что мы — инопланетяне

РАССКАЗЫ О НАУКЕ

Ник. ГОРЬКАВЫЙ.

СКАЗКА О Б^2ФХ, доказавших, что МЫ — ИНОПЛАНЕТЯНЕ

Другие научные сказки Ник. Горькавого см.: «Наука и жизнь» № 11, 2010 г., с. 89; № 12, 2010 г., с. 81; № 1, 2011 г., с. 89; № 2, 2011 г., с. 89; № 3, 2011 г., с. 90 и № 4, 2001 г., с. 88.

Вы знаете, что звёзды могут «падать сами в себя»? Или, например, что мы — инопланетяне? Герои научных сказок и научно-фантастических романов писателя Ника Горькавого — королева Никки (она девочкой жила на астероиде, потеряв родителей в космической катастрофе), подруга Никки принцесса Дзинтара и любознательные дети Галатея и Андрей — знают ещё и не такое. Они находят ответы на самые каверзные вопросы, открывая бескрайний и увлекательный мир науки.

Авторы статьи «Синтез элементов в звёздах», именуемые Б^2ФХ. Слева направо: Маргарет Бербидж (год рождения 1919) — первая женщина-астроном, бывшая в 1972 -1974 годах директором Гринвичской обсерватории. Получила вместе с мужем Джеффри Бербиджем золотую медаль Королевского общества. Джеффри Бербидж (1925- 2010) — англо-американский астроном. В 1978 — 1984 годах — директор обсерватории Китт-Пик. Уильям Фаулер (1911 — 1995) — американский астрофизик, ядерщик. В 1983 году получил Нобелевскую премию за исследование ядерных реакций в звёздах.

Фред Хойл (1915 — 2001) — британский астроном и автор научно-фантастических романов. Выдвинул теорию звёздного нуклеосинтеза. Противник теории Большого взрыва и создатель модели стационарной расширяющейся Вселенной.

— Тут какая-то ошибка, — сказала Галатея, указывая на название сказки. — Как можно доказать, что мы — инопланетяне, если мы — земляне! Никки, которой сегодня выпала очередь рассказывать, усмехнулась и ответила:

— Ну что ж, давайте разберёмся в доказательстве Б^2ФХ. Но сначала нужно вспомнить кое-что из биологии и химии. Человек и животные на 15% состоят из водорода, а на 85% — из кислорода, углерода, азота, серы, фосфора, кальция, железа и других элементов. В почве, воде, растительности их можно найти около сотни. Эти элементы несложно проанализировать. А из чего состоят звёзды? Каким образом узнать их состав?

— Как узнать состав того, до чего нельзя даже дотянуться? — удивилась Галатея.

— До XIX века считали, что определить химический состав звёзд в принципе невозможно. Но в 1814 году немецкий физик Йозеф Фраунгофер обнаружил в спектре солнечного света тёмные линии — признаки наличия в атмосфере Солнца знакомых элементов

— водорода, кальция, натрия, железа

— и ещё одного, неизвестного на Земле. Этот элемент назвали гелием в честь греческого бога Солнца Гелиоса.

К началу ХХ века учёные считали, что химический состав Солнца и Земли похож. Так полагал и Генри Рассел, крупнейший астроном и знаток эволюции звёзд, один из создателей диаграммы Герцшпрунга-Рассела, которая демонстрирует изменение светимости и спектра звёзд с их возрастом.

Диаграмма Герцшпрунга-Рассела показывает зависимость светимости звезды от её температуры. Известные звёзды распределены в координатах «светимость — температура» неравномерно и образуют хорошо различимые области звёзд главной последовательности, белых карликов и «разноцветных» гигантов.

Сесилия Пейн-Гапошкина (1900-1979) — одна из первых в мире женщин — профессоров астрономии. Установила преимущественно водородный состав Солнца (1925), опубликовала пять книг о звёздах.

Генри Рассел (1877-1957) — американский астроном, директор обсерватории Принстонского университета с 1912 по 1947 год. Автор двухтомного учебника по астрономии.

В 1925 году к Расселу пришла молодая девушка Сесилия Пейн (в замужестве Пейн-Гапошкина). Ей удалось по спектру рассчитать количественный состав элементов Солнца. Она сообщила знаменитому астроному, что, по её вычислениям, на Солнце, в отличие от Земли, водорода в миллион раз больше, чем других элементов. Значит, на самом деле Солнце состоит в основном из водорода.

Профессор ответил Сесилии что-то вроде: «Дорогая, выбросьте эту глупость из головы!»

— Неужели Рассел проверил расчёты Сесилии и нашёл ошибку? — сердито спросила Галатея.

Крабовидная туманность спустя 950 лет после взрыва сверхновой, вспышку от которого заметили на Земле в 1054 году.

Пульсар в центре Крабовидной туманности. Снимок получен американским космическим телескопом «Чандра».

— Нет. Просто многие полагают, что они и без всяких расчётов знают истину, но им частенько приходится расплачиваться за самомнение. Так случилось и с Расселом: спустя несколько лет ему пришлось публично признать, что Сесилия права: звёзды состоят в основном из водорода.

К тому времени английский астрофизик Артур Эддингтон уже предположил, что из водорода в звёздах образуется гелий. То есть звёзды — термоядерные реакторы, работающие на водороде. А поскольку практически вся масса видимой Вселенной сосредоточена в звёздах, стало понятно, что основной её элемент — водород.

— Откуда же на водородно-гелиевом Солнце появились элементы тяжелее гелия, например те, из которых состоит человек? — спросил внимательно слушавший Андрей.

— Какой молодец! — Никки уважительно посмотрела на него. — Очень хороший и точный вопрос. Но ответа на него долго не могли найти. Физик Георгий Гамов полагал, что все без исключения химические элементы возникли в момент зарождения Вселенной. Астроном Фред Хойл высказался против теории Гамова и в 1946 году предположил, что образование тяжёлых элементов (нуклеосинтез) идёт внутри звёзд. Он считал, что в их недрах может быть такая высокая температура, при которой вступать в термоядерную реакцию станет даже гелий, и тогда три его ядра соединятся в одно ядро углерода. Обосновать свою гипотезу Хойлу удалось лишь с соавторами, которыми стали астроном-наблюдатель Маргарет Бербидж, её муж, астроном-теоретик Джеффри Бербидж, и физик-ядерщик Уильям Фаулер. В 1957 году они опубликовали ставшую знаменитой статью «Синтез элементов в звёздах», после которой их стали упоминать по первым буквам фамилий: Б^2ФХ.

Б^2ФХ показали, что в массивных звёздах не только из гелия получаются углерод и кислород, но и углерод превращается в неон, натрий и магний. С ростом температуры центра звезды от обычных десяти-двадцати миллионов градусов (примерно такая температура в середине нашего Солнца) до трёх миллиардов градусов начинают сливаться ядра более тяжёлых элементов, и каждая реакция добавляет звезде энергии. При «горении» кремния возникают самые прочные ядра железа. Они уже не горят, и в центре звезды начинает расти железная сердцевина. Давление внутри достигает такой огромной величины, при которой один кубический сантиметр сжатого звёздного железа весит целую тонну. И в какой-то момент его ядра не выдерживают и начинают «крошиться» — снова распадаться на ядра гелия. Обратный процесс идёт с затратой энергии, но у звезды её накопилось очень много. Ядро теряет прочность и под действием самогравитации «рушится» внутрь звезды. При этом высвобождается огромное количество уже не термоядерной, а гравитационной энергии — и звезда после «падения самой в себя» взрывается.

С гигантским ускорением — в десятки тысяч раз большим, чем испытывает снаряд при выстреле из пушки, — звезда сбрасывает оболочку, одновременно сжимая раскалённую железную сердцевину в нейтронную звезду или чёрную дыру. На небе вспыхивает новая звезда с колоссальной светимостью, или сверхновая — так астрономы называют взорвавшиеся светила. В нашей Галактике каждые несколько десятилетий вспыхивает очередная сверхновая. Она сияет настолько ярче обычных звёзд, что бывает видна даже днём! Оболочка, покинувшая сверхновую, образует расширяющееся облако — туманность. Так, сверхновая, засиявшая на небосводе в 1054 году, сегодня уже погасла, но осталась порождённая ею Крабовидная туманность.

В момент взрыва сверхновой в ядра железа вбиваются дополнительные протоны и нейтроны. Так образуются ядра элементов тяжелее железа: вольфрама, золота, урана и других.

Сброшенная оболочка звезды движется в космосе со скоростью в тысячи километров в секунду. Она наталкивается на водородные облака, которые ещё не успели стать звёздами, и рассеивает в них тяжёлые химические элементы — от углерода до урана. Одновременно ударная волна звёздного взрыва сжимает холодное водородное облако, и оно начинает разогреваться, рождая юную звезду.

Термоядерная реакция - ядерная реакция синтеза лёгких атомных ядер (легче ядер железа) в более тяжёлые. Протекает с выделением большого количества энергии.

Сверхновая - массивная звезда, взорвавшаяся из-за нестабильности реакции термоядерного синтеза. Взрыв сбрасывает внешнюю оболочку, оставляя на месте сверхновой нейтронную звезду или чёрную дыру.

Нейтронная звезда - тело размером в 20-30 км, состоящее из нейтронов и окружённое тонкой оболочкой из атомов железа и никеля. Средняя плотность нейтронной звезды в несколько раз превышает плотность атомных ядер.

Чёрная дыра - массивный объект, тяготение которого не даёт улететь с его поверхности никаким излучениям.

Так выглядит сброшенная оболочка сверхновой звезды Симеиз 147 спустя 40 тысяч лет после взрыва. Фото Микки Нобухико.

В результате у умирающих светил появляются «дети». Звёзды-«родители» сжигают свой водород и взрываются, порождая звёзды нового поколения. Звёзды-«дети» получают в наследство углерод, кислород, кремний и железо, а значит, они способны создавать твёрдые планеты и биологическую жизнь.

Наше Солнце — тоже звезда-«ребёнок» (звезда второго поколения). Его масса слишком мала, чтобы возникли кислород и металлы. Но они уже попали в Солнечную систему в виде подарка от массивных «родительских» звёзд.

— Постой, — Андрей уже давно ёрзал и хотел прервать рассказ. — Ты хочешь сказать, что всё вокруг нас и мы сами состоим из такого звёздного материала?

— Совершенно верно. За исключением водорода и гелия, остальные химические элементы, образовавшие и планеты, и наши тела, прилетели из других звёздных систем. Астрономы и космохимики, тщательно изучив тело человека, пришли к выводу, что мы — дети не одной звезды, а как минимум трёх. Они когда-то взорвались и выбросили так нужные нам химические элементы.

Галатея удивлённо ущипнула себя за ладонь.

— Звёзды — изумительные и полезные машины, они не только синтезируют нужные нам химические элементы, но и сами доставляют их на Землю. Потом звёзды второго поколения обогревают ту жизнь, которая закопошилась на твёрдых планетах.

— Трудно представить, — Андрей рассматривал свою руку и тёмно-синие жилки на сгибе кисти, — что железо в моей крови родилось в далёких звёздах и совершило долгое межзвёздное путешествие. В наших жилах течёт в буквальном смысле инозвёздная кровь!

— Да, атомы углерода и кислорода в мышцах, атомы кальция в костях и железо, делающее кровь красной, древнее не только пирамид, но и самого

Солнца. Они десятки тысяч лет летели к нам из других областей Галактики. Человеческое тело на 85% состоит из вещества других звёзд. Это означает, что мы почти инопланетяне, а вернее — пришельцы из космоса!

Галатея и Андрей переглянулись и торжественно пожали друг другу руки. Никки продолжала:

— За свои работы в области звёздного нуклеосинтеза американец Уильям Фаулер получил в 1983 году Нобелевскую премию по физике.

Андрей нахмурился:

— А почему Хойл и Бербиджи её не получили? Ведь Хойл первый догадался про синтез углерода.

— Ну… Хойл был необычным человеком — он не только учёный, но и писатель, автор фантастических романов. Кроме того, он не признавал теорию Большого взрыва. Возможно, независимая позиция Хойла помешала ему стать нобелевским лауреатом.

— И Сесилии тоже не дали Нобелевскую премию, а ведь она получила такой важный результат и утёрла нос всем мужчинам-астрономам! — рассердилась Галатея.

— Да, несправедливо, — согласилась королева. — Наука долго считалась мужским занятием. До ХХ века женщин, окончивших университет, было очень мало. Это практически лишало их возможности заниматься наукой и получать заслуженные награды наравне с мужчинами.

— А я поняла, почему про человека говорят: у него горячая кровь! — вдруг заявила Галатея. — Ведь железо в нашей крови было когда-то раскалённой сердцевиной звезды.

Андрей спросил:

— А мы полетим к другим звёздам? Ведь там наша космическая родина.

Никки уверенно кивнула:

— Конечно, полетим!

«Наука и жизнь» № 5,2011.

Content

Ник. Горькавый
Сказка о Б2ФХ, доказавших, что мы — инопланетяне

РАССКАЗЫ О НАУКЕ

СКАЗКА О Б2ФХ, доказавших, что МЫ — ИНОПЛАНЕТЯНЕ

Авторы статьи «Синтез элементов в звёздах», именуемые Б2ФХ. Слева направо: Маргарет Бербидж (год рождения 1919) — первая женщина-астроном, бывшая в 1972 -1974 годах директором Гринвичской обсерватории. Получила вместе с мужем Джеффри Бербиджем золотую медаль Королевского общества. Джеффри Бербидж (1925- 2010) — англо-американский астроном. В 1978 — 1984 годах — директор обсерватории Китт-Пик. Уильям Фаулер (1911 — 1995) — американский астрофизик, ядерщик. В 1983 году получил Нобелевскую премию за исследование ядерных реакций в звёздах.

Диаграмма Герцшпрунга-Рассела показывает зависимость светимости звезды от её температуры. Известные звёзды распределены в координатах «светимость — температура» неравномерно и образуют хорошо различимые области звёзд главной последовательности, белых карликов и «разноцветных» гигантов.

Генри Рассел (1877-1957) — американский астроном, директор обсерватории Принстонского университета с 1912 по 1947 год. Автор двухтомного учебника по астрономии.

Пульсар в центре Крабовидной туманности. Снимок получен американским космическим телескопом «Чандра».

Так выглядит сброшенная оболочка сверхновой звезды Симеиз 147 спустя 40 тысяч лет после взрыва. Фото Микки Нобухико.