Сергей Язев - Лекции о Солнце

Кроме того, существует еще одна цепочка реакций, происходящих в том случае, если в недрах Солнца окажутся еще и ядра атомов углерода-12. Они взаимодействуют с протонами, превращаясь последовательно в ядра азота и кислорода. Замечательно то, что на последнем этапе возникают альфа-частица и снова атом углерода. Получается, что сам углерод ни во что в конечном итоге не превращается, и работает как катализатор так называемого углеродного цикла.

Существующая теория утверждает, что в ядре Солнца основную роль играет протон-протонный цикл, а на углеродный приходится всего 1–2 % от общего количества выделяемой энергии. Тем не менее, эти реакции приводят к появлению в ядре Солнца новых типов атомов. Из ядер атомов водорода (протонов), как из кирпичиков, под действием царящих там высоких давлений и температур, в ядре Солнца, как на фабрике, развернут процесс производства более тяжелых элементов (гелия, бериллия, азота, кислорода и других), которых ранее там не было! При этом параллельно процессам образования новых элементов идет непрерывный процесс выделения энергии в виде самого энергоемкого коротковолнового электромагнитного излучения – гамма-квантов.

Нетрудно сообразить, что процесс энерговыделения Солнца будет продолжаться до тех пор, пока на нем есть топливо – ядра водорода. Спектральный анализ показывает, что пока что водорода на Солнце хватает – во всяком случае, в фотосфере его примерно в десять раз больше, чем гелия.

Разумеется, в центре Солнца, где непрерывно идет процесс преобразования водорода в гелий, относительное количество последнего выше, чем в поверхностных слоях (согласно расчетам, гелия там уже около двух третей (63 %) от общего содержания вещества). Тем не менее, теория утверждает, что на поддержание относительно стабильного режима энерговыделения на Солнце водорода хватит, по крайней мере, еще на 4–5 миллиардов лет, другими словами, еще на столько же, сколько Солнце уже существует (на основе множества различных данных считается, что Солнцу и Солнечной системе примерно 4,5–4,6 миллиарда лет).

Развитие науки в целом и ядерной физики в частности привело, между тем, к еще одному ошеломляющему выводу. Соотношение количества разных типов химических элементов в фотосфере Солнца очень близко к такому же соотношению в космических газопылевых облаках. Примерно такое же соотношение обнаруживается в самых распространенных метеоритах – хондритах. Все это может означать, что все в Солнечной системе, включая и Солнце, и планеты, сформировалось из единого протопланетного газопылевого облака. Небольшие компактные планеты земной группы (Меркурий, Венера, Земля, Марс) предположительно утратили (не смогли удержать в процессе формирования) свои легкие элементы – водород и гелий. Массивные объекты – Солнце и планеты-гиганты (Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун) – смогли захватить и сохранить их. Таким образом, соотношение элементов на Солнце и на Земле (исключая водород и гелий) приблизительно сходно. Особенно впечатляющим выглядит это совпадение, если мы сравним состав морской воды и вещества Солнца.

Но нужно учитывать, что термоядерные реакции в недрах Солнца не способны произвести самые тяжелые элементы таблицы Менделеева! Расчеты показывают, что даже в звездах, которые существенно массивнее Солнца, где температура и давление в центре гораздо больше солнечных, невозможно путем термоядерного синтеза получить атомы химических элементов тяжелее железа. «Собрать» атомы железа в отдельных случаях еще можно, но кобальта – уже нельзя! Для этого требуется слишком много энергии, и условия в ядрах обычных звезд обеспечить протекание таких процессов не могут.

Тем не менее, наличие тяжелых элементов и на Земле, и на Солнце налицо. На нашей планете золото, уран, платину мы обнаруживаем непосредственно, на Солнце – косвенным, но надежным методом спектрального анализа. Но термоядерные реакции на самом Солнце не могли породить эти элементы. Откуда же они взялись?

Очевидно, они присутствовали изначально в газопылевом протопланетном диске, породившем Солнечную систему. Других вариантов нет. Гравитационные силы собрали в его центре гигантский шар протосолнца, который своим огромным тяготением «натянул» на себя большое количество вещества из окружающего облака. Когда растущие температура и давление в центре увеличивающегося газового шара достигли критических значений, там вспыхнули термоядерные реакции, и Солнце загорелось как звезда.