Гимн Небес
Шрифт:
В процессе термоядерных реакций синтеза силы гравитационного сжатия уравновешиваются силами внутреннего давления плазмы. Первоначально в центре звезды водород превращается в гелий, затем термоядерное горение водорода продолжается на периферии гелиевого ядра. В этот период структура звезды начинает заметно меняться. Когда всё возрастающая масса её изотермического гелиевого ядра становится значительной, оно не выдерживает собственного веса и начинает сжиматься; при этом сверхвысокая температура стимулирует термоядерное превращение гелия в более тяжёлые элементы. С образованием ядер железа, никеля и более тяжёлых элементов, гравитационное сжатие звезды заканчивается огромным взрывом. В результате взрыва часть массы звезды разлетается в пространстве. Этот взрыв сопровождается столь мощным излучением, что некогда тусклую звезду становится
Важнейшим параметром звезд является масса. Изучая свечение звезд, их спектры, установлено, что атмосферы звезд состоят из водорода, гелия и примеси некоторых других элементов. Именно в звездах имеются условия для формирования более тяжелых элементов, чем гелий. Температуры и светимости звезд заключены в очень широких пределах, но эти параметры не являются независимыми. Светимость звезд сравнивают со светимостью Солнца. Существуют звезды, в сотни тысяч раз более яркие и в сотни тысяч раз более слабые, чем Солнце. Звезды главной последовательности – это нормальные звезды, похожие на Солнце, в которых происходит сгорание водорода в термоядерных реакциях под воздействием первородной энергии. Дальнейшая эволюция звезды зависит от ее массы.
Красные сверхгиганты и гиганты – это стадия звездной эволюции после образования протяженной конвективной оболочки, при которой растет светимость звезды. При этом звезда уходит с главной последовательности вправо. Начинается рост температуры в центре звезды.
Нейтронные звезды образуются при некоторых вспышках сверхновых звезд, если первоначальная масса звезды была 10–40 солнечных масс. Они быстро вращаются вокруг своей оси и обладают сильным магнитным полем. Движущиеся заряженные частицы генерируют электромагнитные волны, которые излучаются узким быстровращающимся пучком. Нейтронные звезды отождествляются с пульсарами.
Если конечная масса звезды слишком велика, то звезда становится черной дырой. Гравитационное поле столь массивной звезды так сильно сдавливает ее вещество, что звезда не может остановиться на стадии нейтронной звезды и продолжает сжиматься вплоть до гравитационного радиуса. Предполагают, что количество черных дыр в нашей Галактике около десяти миллионов.
Особый научный интерес представляет сверхновая звезда или вспышка сверхновой (Рис. 9) – феномен, в ходе которого звезда резко меняет свою яркость на 4–8 порядков (на десяток звёздных величин) с последующим сравнительно медленным затуханием вспышки. Этот феномен является результатом катаклизма, возникающего при взрыве поверхности звёзд и сопровождающегося выделением огромной энергии. Как правило, сверхновые звезды наблюдаются, когда событие уже произошло и его излучение достигло Земли. Поэтому природа сверхновых долго была неясна. Но сейчас предлагается довольно много сценариев, приводящих к подобного рода вспышкам.
Взрыв сопровождается выбросом значительной массы вещества из внешней оболочки звезды в межзвёздное пространство, а из оставшейся части вещества ядра взорвавшейся звезды, как правило, образуется компактный объект – нейтронная звезда, если масса звезды до взрыва составляла более 8 солнечных масс (M), либо черная дыра при массе звезды свыше 20 M. При массах звёзд менее 5 M происходит критическое накопление нового вещества, вызывающего взрыв поверхности и их обновление. Тогда они образуют остаток сверхновой. Выбрасываемое в ходе вспышки вещество в значительной части содержит продукты термоядерного синтеза. Именно благодаря сверхновым Вселенная в целом и каждая галактика в частности, химически эволюционирует.
Разновидности остатка следующие:
1. Возможный компактный остаток; обычно это пульсар, но возможно и чёрная дыра.
2. Внешняя ударная волна, распространяющаяся в межзвёздном веществе.
3. Возвратная волна, распространяющаяся в веществе выброса сверхновой.
4. Вторичная, распространяющаяся в сгустках межзвёздной среды и в плотных выбросах сверхновой.
Вместе они образуют следующую картину: за фронтом внешней ударной волны газ нагрет до температур TS >= 107 К и излучает в рентгеновском диапазоне с энергией фотонов в 0,1–20 кэВ, аналогично газ за фронтом возвратной волны образует вторую область рентгеновского излучения. Линии высоко ионизированных Fe, Si, S и т. п. указывают на тепловую природу излучения из обоих
Обычно взрыв сверхновой сопровождается вихревыми выбросами в виде волокон. Волокна сами по себе свидетельствуют, что происхождение сгустков вещества может быть двояким. Так называемые быстрые волокна разлетаются со скоростью 5000–9000 км/с и излучают только в линиях O, S, Si – то есть это сгустки, сформированные в момент взрыва сверхновой. Стационарные конденсации же имеют скорость 100–400 км/с, и в них наблюдается нормальная концентрация H, N, O. Вместе это свидетельствуют, что это вещество было выброшено задолго до вспышки сверхновой и позже было нагрето внешней ударной волной.
Глава 3. Солнце на Земле
Известно, что распад ядер сопровождается выделением огромной энергии. В настоящее время многие учёные считают, что и в процессе их синтеза также выделяется значительная энергия. Считается, что такие реакции синтеза идут в недрах Солнца и в других звёздах, что, однако, противоречит закону сохранения энергии. Многочисленные попытки учёных воспроизвести реакции синтеза ядер в земных условиях непременно показывают, что полученная энергия в таких условиях синтеза ядер требует затрат значительно большей энергии. Откуда же берётся необходимая дополнительная энергия на Солнце и в других звёздах? Мы полагаем, что в каждой из них сохраняется какая-то часть первородной энергии, достаточная для свершения жизненного цикла этих космических объектов. Только после исчерпания в энергоёмких космических объектах первородной энергии и присущего ей излучения, прекратится расширение Вселенной и начнётся её сжатие. Как казалось многим учёным, обнаруженное в 1952 году в СССР и США излучение нейтронов при разрядах в дейтерии якобы обусловлено ядерными реакциями D+D=He3+n.
Однако, вопрос о механизме протекания реакций ядерного синтеза можно ставить только после того, как будет установлено, что в мощных газовых разрядах действительно протекают экзотермические реакции синтеза. А чтобы утверждать о наличие реакций синтеза необходимо обнаружить не только нейтроны, но ещё и ядра гелия. Дело в том, что нейтроны могут образоваться и в результате фотоядерных реакций или в результате столкновений ускоренных электронов и ионов. В этом случае ядерные реакции протекают без образования ядер гелия и не являются экзотермическими, как реакции ядерного синтеза. Однако, исследователям до настоящего времени не удавалось доказать это экспериментально. Поэтому нет оснований утверждать о том, что в газовых разрядах протекают реакции ядерного синтеза. Не было сообщений об обнаружении гелия и в тороидальных газовых разрядах в 1968 году на установке ТОКАМАК-3. Тем не менее, Л. А.Арцимович сообщил, что ему первому удалось осуществить длительную термоядерную реакцию ядерного синтеза: «…в описываемых экспериментах впервые зарегистрировано длительное термоядерное нейтронное излучение устойчивого плазменного витка». Л. А.Арцимович. «Письма в ЖЭТФ» 1969, том.10, стр.130–133. С тех пор весь мир считает, что управляемая термоядерная реакция была осуществлена в СССР: «Мы горды тем, что первая физическая термоядерная реакция была осуществлена в конце 1960-х – начале 1970-х годов в нашей стране, на наших токамаках». Однако это было заблуждение, которое направило науку по ложному пути поиска рукотворного Солнца.
Надо отметить, что многие учёные пытались с помощью косвенных методов и созданием гипотез убедить себя и общественность в том, что произведённые нейтроны родились в реакциях ядерного синтеза. Но, тем не менее, все эти попытки, могут быть опровергнуты экспериментальным фактом отсутствия гелия в плазме мощных газовых разрядов. Однако этот чрезвычайно важный для исследователя вопрос до сих пор не подымался и не исследовался. Очевидно, что в данной ситуации, отсутствие сообщений об обнаружении гелия в прямых газовых разрядах и в тороидальных токамаках, позволяет утверждать, что в таких случаях желаемое выдаётся за действительное. Так появился миф о возможности осуществления реакций ядерного синтеза в мощных газовых разрядах. По сути ставилась задача «зажечь» на Земле рукотворное Солнце с неиссякаемым запасом полезной энергии.