Портал создан при поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям.

Сказка о Б2ФХ, доказавших что мы — инопланетяне

Ник. Горькавый.

(Другие научные сказки Ник. Горькавого см. «Наука и жизнь» № 11, 2010 г., № 12, 2010 г., № 1, 2011 г., № 2, 2011 г., № 3, 2011 г. и № 4, 2011 г.)

Крабовидная туманность спустя 950 лет после взрыва сверхновой, вспышку от которого заметили на Земле в 1054 году.
Авторы статьи «Синтез элементов в звёздах», именуемые Б<sup>2</sup>ФХ. Слева направо: Маргарет Бербидж (год рождения 1919) — первая женщина-астроном, бывшая в 1972—1974 годах директором Гринвичской обсерватории. Получила вместе с мужем Джеффри Бербиджем з
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 карл
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.
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.

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.

— 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 Б2ФХ. 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 прин-ципе 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.

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.

— 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: Б2ФХ.

Б2ФХ 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.

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 Нобе-левскую 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!

***

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.


Случайная статья


Другие статьи из рубрики «Рассказы о науке»

Детальное описание иллюстрации

Авторы статьи «Синтез элементов в звёздах», именуемые Б<sup>2</sup>ФХ. 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.