Рождение миров
Шрифт:
Например, половина всех атомов тория распадается за 18 миллиардов лет. Уран распадается наполовину через 4,4 миллиарда лет. Время полураспада атомов протактиния равно 32 тысячелетиям.
Радий распадается сравнительно быстро. Половина всех атомов радия исчезнет за 1590 лет. В следующие 1590 лет распадется половина остатка. Когда пройдет еще 1590 лет, от радия останется только 1/8 первоначального количества. Через 15 900 лет радия сохранится только 1/1024 доля современного количества.
Если бы запас радия непрерывно не пополнялся ураном, — он давно бы исчез из минералов земной коры.
Распад радиоактивных веществ сопровождается
Уж не тут ли кроется тайна солнечной кочегарки! Может быть, недра Солнца богаты радиоактивными элементами. Распадаясь, они подогревают Солнце. А сроки распада таковы, что радиоактивные элементы безусловно могут снабжать Солнце энергией в течение миллиардов лет.
Эту догадку стали проверять. Вычисления давали как будто благоприятный результат. В самом деле, допустим, что всего лишь 0,378 % всей массы Солнца состоит из смеси урана и радия. Урана 75·1023 тонн и радия 23·417 тонн. Этого, сравнительно с общей массой Солнца, ничтожного количества радия и урана вполне достаточно, чтобы обеспечить выработку энергии в 546,1·1022 килокалорий в минуту. Причем главным поставщиком энергии будет именно радий. Уран же служит для того, чтобы непрерывно пополнять убыль радия и поддерживать его количество неизменным. При этом условии Солнце начнет ослаблять свое излучение только когда минет 4,4 миллиарда лет.
Фотография кошелька, сделанная лучами радия.
Если предположить, что источником солнечной энергии служит распад тория, то значит на Солнце тория должно быть 0,95 % всей его массы, и Солнце уменьшит излучение вдвое через 18 миллиардов лег.
Такие расчеты казались бы убедительными, если бы не одно существенное возражение. Еще в прошлом столетии было установлено, что каждый газ или пар в раскаленном состоянии испускает лучи строго определенного цвета. Это важное открытие послужило основой спектрального анализа, то есть позволило по составу света определить, какие химические элементы находятся на Солнце и на звездах.
Солнечный свет пропускают через трехгранный стеклянный клинышек — призму, луч в призме преломляется и разворачивается веером цветных лучей. На экране спектроскопа получается радужная полоска — спектр.
По присутствию в спектре тех или иных линий судят, какие химические элементы находятся на Солнце и звездах. Натрий докладывает о себе в спектре двумя линиями в желтой части спектра. Водород представляется оранжево-красной, голубой и фиолетовой линиями, гелий — желтой; железо дает 3800 линий в разных частях спектра.
По густоте этих линий, темнеющих на ярком радужном фоне солнечного спектра, ученые определяют количество тех или иных элементов.
Схема спектроскопа и спектры. На верхней полоске изображена часть спектра Солнца, на нижних — спектры натрия,
С помощью этого могущественного разведчика далеких миров астрономы весьма уверенно установили состав газов, образующих солнечную атмосферу. Больше всего там водорода. Этот газ составляет 81,76 % объема солнечной атмосферы. Гелия 18,17 %, кислорода 0,03 %, магния 0,02 %, азота 0,01 %, и на долю всех остальных химических элементов приходится только одна сотая процента.
Нельзя думать, что тяжелые элементы скрываются в недрах Солнца и не показываются на поверхность. На Солнце непрестанно бушуют огненные вихри, взлетают гигантские фонтаны раскаленных паров, мощные взрывы и извержения выбрасывают на поверхность пары многих металлов.
В 1950 году на Солнце было обнаружено 66 химических элементов, среди них тяжелые металлы, такие, как золото, свинец, платина, осмий, но урана и радия там до сих пор не замечено.
Если допустить, что на Солнце распад урана и радия уже успел завершиться — они уже полностью исчезли, то должен был бы остаться их потомок — свинец. Но свинца на Солнце обнаружили очень мало. Значит распад радиоактивных элементов тоже не является источником солнечной энергии. И это наиболее правдоподобное предположение оказалось несостоятельным, наблюдения его не подтвердили.
Правда, в последние годы на Солнце обнаружили присутствие тория. Но его там чрезвычайно мало. Мало и других радиоактивных элементов — калия, самария и рубидия. Они несомненно подогревают Солнце, но только частично.
Главным поставщиком солнечной энергии служит что-то иное.
Урановые часы
Ученые продолжали свои поиски.
Превращение урана, актиноурана и тория протекает по-разному, но заканчивается одинаково — образованием свинца. Этот последней отпрыск трех семейств радиоактивных элементов устойчив и дальше не распадается. По своим химическим свойствам все три разновидности свинца — урановый, актиниевый и ториевый — друг от друга не отличаются. Но все же они не одинаковы, а разнятся атомным весом. Урановый свинец имеет атомный вес — 206, актиниевый — 207 и ториевый — 208. Это их «фамильная» особенность.
Поэтому, обнаружив в какой-либо горной породе присутствие свинца, по его атомному весу можно определить из какого семейства он произошел.
И вот эта-то особенность свинца привела ученых к важному открытию.
Физики изучают распад радиоактивных элементов уже свыше полувека. Доказано, что ни высокая температура, ни большое давление и никакие другие условия, возможные на Земле, не могут ускорить или замедлить распад радиоактивных элементов.
В земных условиях атомы радиоактивных элементов распадаются с одинаковой скоростью. И скорость радиоактивного распада известна.
В 1902 году П. Кюри посоветовал геологам взять кусок какой-либо горной породы, содержащей уран, тщательно исследовать его химический состав и определить, сколько в нем сохранилось урана и сколько накопилось свинца.
Очевидно, когда-то, очень давно, в этой породе совсем не было уранового свинца.
Но прошел миллиард лет, и от каждого грамма урана осталось 0,863 грамма, и одновременно образовалось 0,116 грамма свинца.
Затем минул еще миллиард лет. Урана уцелело 0,747 грамма, а свинца накопилось 0,204 грамма.