Техника - молодёжи 1960-05, страница 9

ВОПРОС: Можно ли определить распространенность в природе тех или иных химических элементов и как это сделать?

ОТВЕТ: Существует по меньшей мере пять источников информации о химическом составе окружающего нас мира. Прежде всего это, разумеется, наша собственная планета. Мы можем проанализировать состав коры, океанов и атмосферы и, учтя утечку газов в мировое пространство и перераспределение материалов в земных недрах, вычислить пропорции, в которых находились элементы в начальном периоде образования Земли. Затем, это метеориты, особенно так называемые хондритовые (хондры — мелкие каменные шарики). Им придается особенно большое значение, так как состав их более однообразен, чем тот, который встречается в земной коре. Далее, это атмосферы звезд, о химическом составе которых мы судим при помощи такого изумительного метода исследования, как спектральный анализ. Потом, мы слышим «песню водорода» — ловим с помощью антенн радиотелескопов радиоволны длиною 21 см, идущие к нам из межзвездного пространства. Наконец, мы исследуем космические лучи, бомбардирующие Землю. Эти лучи также снабжают нас образчиками той материи, которая находится за пределами нашей планеты.

ВОПРОС: Не считает ли современная наука, что все химические элементы произошли из какого-то простейшего первичного вещества? ОТВЕТ: Английский врач Вильям Праут в начале прошлого столетия высказал предположение, что все существующие химические элементы построены из водорода. Современная физика в некотором смысле возвращается к этой точке зрения.

Для того чтобы атомное ядро превратилось в ядро другого атома, оно должно вступить во взаимодействие с ядерными частицами, большинство из которых заряжено положительно. Подобное взаимодействие возможно лишь тогда, когда частицы сойдутся на близкое расстояние. Но для этого они должны обладать огромной энергией — достаточной для преодоления сил электрического отталкивания. Откуда они могут получить такую энергию?

Один путь — разгон частиц в электромагнитном поле. Так осуществляют ядерные реакции в лабораториях, с помощью специальных машин — ускорителей. Другой путь — высокие температуры. Если нагреть вещество до очень высокой температуры, то заряженные ядерные частицы становятся способными к ядерным — точнее. термоядерным реакциям.

Впрочем, можно осуществлять ядерные реакции и без сообщения частицам больших энергий — за

Единственным местом, где в природе встречаются такие высокие температуры, являются недра звезд—область, находящаяся около самого их центра. Заглянуть внутрь звезды невозможно. Однако в этом отношении очень многое может дать расчет: можно с достаточной точностью определить температуру внутри звезд.

В самом деле, для того чтобы звезда не увеличивалась в объеме или, наоборот, не сжималась, в ней должно существовать равновесие между направленной изнутри наружу силой давления, которая стремится расширить звезду, и силой тяжести, стремящейся ее сжать. В этом смысле звезда напоминает резиновый шар, надутый воздухом, давление воздуха стремится его раздуть, а упругость резины — сжать. В результате устанавливается некоторое состояние равновесия, при котором шар имеет определенный объем. Однако если воздух внутри шара нагреть, то шар расширится, ибо с пб-вышением температуры давление газов возрастает. Условия равновесия зависят от температуры.

Рассмотрение аналогичных условий равновесия для звезд дает возможность оценить их температуру. Правда, сразу возникает очень серьезный вопрос: какое внутреннее строение мы будем приписывать звездам? Если сделать наиболее про-

появились эле менты?

Наши читатели в письмах и лично иа читательских конференциях неоднократно задавали редакции вопрос: как произошли химические алементы? На эти вопросы мы попросили ответить известного физика профессора Давида Альбертовича ФРАНК-КАМЕНЕЦКОГО

Сравнивая полученные данные между собою, исследователи пришли к выводу, что обозримая нашими астрономическими приборами вселенная состоит примерно на 76•/• (по весу) из водорода и на 23*/» из гелия. Лишь чуть побольше 1«/е приходится на все остальные элементы таблицы Менделеева.

У подавляющего большинства звезд соотношение между тяжелыми элементами такое же, как в среднем на Земле и у метеоритов. Правда, существуют звезды, в химическом составе которых обнаружены заметные, а порой и неожиданные отклонения. В одних много лития, в других — бария, в третьих — титана, циркония и т. д. Но число их невелико — всего около !•/• от изученных звезд.

счет нейтрона. Эта частица не имеет электрического заряда, поэтому может быть подведена к ядру сколь угодно близко.

ВОПРОС: Какие температуры нужны для термоядерных реакций и где в природе можно встретить такие температуры?

ОТВЕТ: Минимальная температура, которая необходима для взаимодействия ядер при термоядерных реакциях, составляет примерно 10 млн. градусов. Два десятка лет назад физики Г. А. Бете и К. Ф. Вейцзеккер показали, что при такой температуре могут взаимодействовать между собою ядра самого легкого элемента — водорода — с образованием гелия.

стое предположение: считать, что строение звезды везде одинаково, а состав и свойства вещества внутри нее меняются плавно (такие звезды называются гомогенными, то есть однородными), — то, как показывает расчет, температура в центре звезды не должна превышать 10—20 млн. градусов.

В таких звездах могут происходить упомянутые выше водородные ядерные реакции, при которых выделяется огромное количество энергии. Однако тяжелые ядра атомов образовываться здесь не могут: температура для этого недостаточна.

ВОПРОС: Как же тогда «рождаются» тяжелые элементы?

ОТВЕТ: Известно, что сущест вуют так называемые звезды-гиганты, которые по размерам могут быть в тысячи раз больше нашего Солнца. Как показывают расчеты, температура в центре звезды должна быть пропорциональна отношению ее массы к радиусу. Если считать, что звезды-гиганты построены так же, как и обычные звезды, то получается странный результат: масса у них превышает массу Солнца всего в десятки раз, а радиусы — в сотни и тысячи раз. Температура в центре такой звез

На вкладке изображены возможны* пути образования элементов. При температурах порядна 10 млн. градусов в нвдрах обычных зввзд типа Солнца водород • выгорает» в гелий (I). В процессе сложной реанции из двух ядвр водорода — протонов — «выбиваются» по позитрону (е+ ) и по нейтрино (*) и протоны превращаются в нейтроны. В конечном счете четыре ядра водорода преобразуются в ядро гелия, состоящее из двух протонов и двух нейтронов. По мере «старения» зввзда расширяется и утрачивает свою однородность. Вещество в центре ее сжимается, и температура там повышается до 150 млн. градусов и выше. При этом становятся возможными реанции образования из трех ядер гелия одного ядра углерода (И). Ядра четырех легних элементов — дейтерия, лития, бериллия, бора — образуются, нан предполагают, в процессах холодного уснорения ядерных частиц в электромагнитных полях (III).

б