Виктор Вайскопф - Наука и удивительное [Как человек понимает природу]

Рис. 57. Орбиты и символы планет .

Происхождение этих маленьких клочков материи очень важно для нас, так как мы живем на одном из них. Мы имеем очень неясные представления о механизме создания этих планет. Один способ их возможного образования таков. При сжатии газового облака и его превращении в звезду остались маленькие кусочки облака. Они уплотнились под действием силы тяготения и образовали сгустки, которые обращаются вокруг Солнца как планеты. Вначале эти сгустки состояли, конечно, из того же материала, что и все остальное, т. е. из водорода, слегка загрязненного более тяжелыми элементами. Когда же они собирались в планеты, началось разделение элементов. Планеты, в особенности самые маленькие, состоят главным образом из более тяжелых элементов и содержат мало водорода и гелия. Это объясняется двумя причинами. Во-первых, тяжелые атомы притягиваются сильнее легких; так как сила притяжения в маленьких сгустках была невелика, легкие элементы, такие, как водород, ускользнули из этого поля тяготения и рассеялись. Во-вторых, вследствие малого размера сгустков их гравитационное сжатие не вызывало сильного нагревания, как в звездах. Поэтому атомы образовали молекулы, и большинство молекул объединилось в жидкости и твердые тела. Газообразные элементы частично улетучились, а частично образовали газовые слои на поверхности планет — атмосферы. Планеты (в особенности меньшие из них) состоят главным образом из веществ, встречающихся в виде твердых тел (например, железо и горные породы).

Иными словами, при образовании меньших планет, таких, как Земля, большая часть водорода улетучилась и осталось главным образом вещество, примешанное к исходному водороду в результате предыдущего взрыва звезды. Состав нашей Земли обусловлен заражением исходного газового облака солнечной системы. Процесс возникновения Земли освободил большую часть водорода и удержал тяжелые элементы, образовавшиеся в центре какой-то ранее существовавшей звезды. Это не значит, что на Земле совсем не осталось водорода. С нашей планеты улетучился только газообразный водород. Те водородные атомы, которые образовали с другими атомами молекулы жидкостей и твердых тел, остались. Например, множество водородных атомов соединилось с кислородом, давая молекулы воды, и осталось на Земле в виде жидкой воды или льда.

Теперь мы можем набросать историю вещества, составляющего Землю, от его возникновения в чисто водородном облаке до современного состояния.

Исходное водородное облако превратилось в звезды, и по крайней мере одна из них должна была взорваться. Вещество, образовавшееся при взрыве, рассеялось по другим водородным облакам, из которых тоже возникли звезды; одна из них — наше Солнце. Во время образования Солнца малые количества вещества в непосредственной близости от Солнца превратились в сгустки и образовали планеты, которые удержали главным образом тяжелые элементы. Поэтому все, что мы видим вокруг себя — углерод бумаги, графита, карандаша, кремний горных пород, железо инструментов и машин, — пришло из центра взорвавшихся горячих звезд и через миллиарды лет собралось на нашей планете — Земле.

Эти объекты — бумага, горные породы, машины— возникли из простого газообразного водорода, состоявшего только из протонов и электронов. Гравитационное сжатие устанавливает в центрах звезд такие условия, при которых протоны втискиваются в конфигурации квантовых состояний атомных ядер, после того как часть протонов в результате радиоактивного процесса превращается в нейтроны. Создаются новые и более дифференцированные единицы — ядра. Они представляют какое-то упорядоченное устройство, в противоположность хаотическому движению в газообразном водороде. Большинство таких единиц образуется во время взрыва звезд.

Позднее, когда ядра изгоняются в холодное пространство, они собирают вокруг себя электроны, которые после этого уже не движутся беспорядочным образом. Эти электроны образуют конфигурации, характерные для тех атомов, вид которых определяется данным ядром. Создается больший порядок, появляется больше специфических единиц — атомов различных элементов. На этой стадии атомы распределены в пространстве беспорядочно. Они представляют только небольшую долю всех атомов газа, беспорядочно движущихся в пространстве. Большая часть этого газа — водород.