Сергей Язев - Лекции о Солнце

Однако огромный выход энергии при радиоактивном распаде привел ученых к новой гипотезе. А что, если именно радиоактивные вещества на Солнце разогревают недра светила? Эта идея была выдвинута выдающимся английским астрофизиком Джеймсом Хопвудом Джинсом (1877–1946) в начале XX века.

Как указал В. А. Бронштэн, доводы Джинса строились на основе формул расчета коэффициента поглощения рентгеновских лучей атомами водорода и других элементов, опубликованных в 1923 году нидерландским физиком Хендриком Энтони Крамерсом (1894–1952). Джинс считал, что в недрах Солнца температура настолько высока, что энергия должна излучаться в виде коротковолновых рентгеновских лучей (это недалеко от истины, с той оговоркой, что длина волны излучения в солнечном ядре еще меньше – это не рентгеновские, а гамма-лучи). Согласно формулам Крамерса, коэффициент поглощения входил в соотношение, которое связывало светимость Солнца и его массу. Но светимость Солнца и его масса известны. Это означало, что можно было рассчитать величину коэффициента поглощения по этим известным данным и попытаться понять, какому веществу оно соответствует.

Результаты выглядели сенсационно. Получалось, что в недрах Солнца находятся элементы тяжелее урана, а значит, они, несомненно, радиоактивны! Казалось, что гипотеза Джинса блестяще подтверждалась.

К сожалению, эта версия вскоре рухнула. Вся теория Джинса строилась на формулах Крамерса, хотя никто не знал, насколько они точны для тяжелых элементов. Худшие предположения оправдались: выяснилось, что формулы верны только для легких водородоподобных элементов, а в случае более тяжелых они не работают, давая большие ошибки.

Кроме того, возникало сомнение и по другому поводу. В земной коре радиоактивных элементов мало. Сопоставление химического состава Солнца и земной коры показало, что если исключить самые легкие элементы (водород и гелий), то относительное количество других химических элементов оказывается сходным: чего больше на Земле, того больше и на Солнце. Это означало, что следует ожидать незначительного количества радиоактивных элементов и на Солнце. Но при этом выхода энергии за счет распада атомов радиоактивных элементов явно не хватает, чтобы обеспечить гигантскую светимость Солнца!..

Впрочем, сделаем оговорку. До сих пор неизвестно, сколько радиоактивных элементов находится не в коре, а в ядре Земли…

В первой половине ХХ века возникла еще одна гипотеза о возможных источниках энергии Солнца. Заметим, что все новые гипотезы немедленно возникали, как только делалось какое-либо новое физическое открытие: его немедленно пытались привязать к нашей звезде….

В 1928 году английский физик-теоретик, лауреат Нобелевской премии по физике 1933 года Поль Андриен Морис Дирак (1902–1984) открыл частицу, подобную электрону по массе, но с положительным электрическим зарядом ( позитрон ). Столкновение электрона и позитрона должно приводить к аннигиляции – полному превращению массы частиц в электромагнитное излучение. Стало ясно, что аннигиляция – это процесс, который может дать самый высокий выход энергии, который только можно вообразить: вся масса, согласно теории великого физика, еще одного нобелевского лауреата Альберта Эйнштейна (1879–1955), должна при этом превращаться в энергию излучения.

Американский астроном Генри Норрис Рассел (1877–1957) и английский астрофизик сэр Артур Стэнли Эддингтон (1882–1944) практически одновременно начали рассматривать гипотезу об аннигиляции частиц и античастиц в недрах звезд и, в частности, Солнца. В. А. Бронштэн заметил, что ученых в шутку называли соответственно отцом и отчимом гипотезы: Рассел опубликовал свою работу ровно на девять месяцев раньше Эддингтона…

Строгая теория аннигиляционного механизма выделения энергии в недрах Солнца так и не была создана. Трудно было объяснить, почему, например, все частицы и античастицы не проаннигилировали мгновенно и разом, сорвав газовую оболочку Солнца в момент чудовищного взрыва.

Это была последняя из опровергнутых гипотез, появившихся до того, пока не был наконец найден механизм энерговыделения в недрах Солнца, который считается правильным вот уже много десятилетий. Новая парадигма – термоядерный синтез элементов в ядре Солнца, о чем подробнее будет сказано ниже, – подтверждается множеством разнообразных следствий, которые предсказываются этой теорией. Основы указанной теории были разработаны в 1938–1939 годах выдающимся немецким физиком Хансом Бете (1906–2005). Начиная с 1933 года он работал в Англии, затем в США. Бете получил за свои достижения Нобелевскую премию по физике 1967 года.