Метеориты. Космические камни, создавшие наш мир - Тим Грегори

выделяются огромные количества энергии. Итак, причина свечения звезд – создание новых элементов. Именно поэтому Земля купается в теплом солнечном сиянии, а не осталась холодным мертвым миром. Солнце – ядерный реактор, дающий жизнь.

По мере того как водород в ядре звезды медленно расходуется, накопившийся гелий начинает тормозить реакции слияния ядер – как пепел и зола мешают гореть костру. В конце концов, водородное «топливо» заканчивается, и реакция ядерного горения прекращается. Генератор звездной энергии на короткое время «глохнет», и звезда, неспособная сдерживать гравитационный напор собственной массы, сжимается.

Свежий водород из внешних слоев звезды поступает в окрестности ее заполненного гелием ядра и, будто сухой хворост, сваленный на тлеющие угли, вновь загорается. Теперь звезда состоит из раскаленного гелиевого ядра, окутанного пылающей оболочкой водорода, в которой идет термоядерное горение. Не производящее больше энергии ядро сжимается еще сильнее, и температура в нем растет. Внешние слои звезды под действием мощных тепловых потоков, идущих из ее глубины, начинают расширяться в окружающее пространство, и звезда раздувается до размеров, в сотню раз превышающих первоначальные.

Такая судьба ждет наше Солнце. Примерно через пять миллиардов лет оно израсходует все водородное топливо в своем ядре и раздуется, заполнив собой всю нынешнюю внутреннюю Солнечную систему. Внутри него окажутся Меркурий, Венера, и даже Земля.

Между тем оболочка горящего водорода вокруг ядра неуклонно превращается в гелий, и горение снова начинает задыхаться под слоем гелиевого пепла. Заполненное этим пеплом ядро медленно увеличивается в размерах и из-за этого еще больше сжимается и разогревается. В конце концов температура гелия достигает такой величины, что в нем тоже происходит внезапная вспышка термоядерного горения. Теперь ядро излучает в миллиард раз больше энергии, чем раньше – в нем опять идут термоядерные реакции. Ядра элемента номер два, гелия, соединяются по три и по четыре, образуя элементы номер шесть и восемь – углерод и кислород.

И по мере того, как первые звезды Вселенной проходят эти стадии своего развития, в мире постепенно появляется химия.

Но наконец охваченное гелиевым горением ядро в свою очередь начинает задыхаться под слоем углеродного и кислородного пепла и снова затухает. Происходит второй коллапс. В неуклонно сжимающемся ядре средней по размерам звезды температура и давление так и не возрастают до критических точек, при которых загораются углерод и кислород, – такие ядра затухают навеки.

Яростный рост температуры в коллапсирующем углеродно-кислород-ном ядре приводит к тому, что внешние оболочки звезды сбрасываются в пространство. Кажется, что звезда со слабым вздохом разлетается в разные стороны. Реакции ядерного горения полностью прекращаются по всей толще звезды – и это конец ее длившейся десять миллиардов лет жизни. Мощные пульсирующие выбросы массы уносят светящиеся облака водорода и гелия в межзвездное пространство. Из них рождаются новые туманности, в которых газ рано или поздно снова собирается в уплотняющиеся коконы, а из них образуются новые звезды. В бесконечной череде космических возрождений вокруг некоторых из них возникнут новые солнечные системы.

После кислорода

Звезды, более массивные, чем Солнце, не гаснут, когда их ядра заполняются углеродом и кислородом. Масса этих звезд так велика – ее огромная тяжесть создает настолько высокое давление в центре звезды, что температура там обеспечивает дальнейшее термоядерное горение. Его реакции захватывают ядра все более и более тяжелых элементов, поднимаясь ко все более высоким номерам Периодической таблицы. Каждый раз, когда «горючее» в ядре звезды истощается и реакции затухают, коллапс ядра вновь повышает его температуру и давление – и термоядерный костер, в котором «зола» вдруг превращается в «хворост», вновь разгорается адским пламенем. В этом пламени друг за другом продолжают образовываться все более тяжелые элементы.

Гелиевые ядра сливаются с кислородом, образуя десятый элемент – неон. В центральной области звезды накапливается тяжелая неоновая «зола», происходит очередное сжатие, и начинается горение неона. Теперь ядра гелия соединяются с неоном и образуют элемент номер двенадцать – магний. В каждой отдельной термоядерной реакции выделяется очень малое количество энергии, но так как звезды – гигантские космические тела, общее число реакций в секунду огромно, и этой энергии хватает на разогрев всей массы звезды. Горение магния порождает элемент номер четырнадцать – кремний; кремний дает шестнадцатый элемент, серу; из серы получается элемент номер восемнадцать – аргон. Затем друг за другом идут элементы с номерами двадцать, двадцать два и двадцать четыре – кальций, титан и хром.[17]

К определенному моменту в недрах массивной звезды образуется целый букет различных элементов. Но весь этот химический коктейль – от водорода до хрома – заперт глубоко под поверхностью звезды и никак себя не проявляет. Для того чтобы свежесинтезированные элементы смогли образовать вещество – молекулы, минералы, метеориты, живых существ – они должны покинуть недра материнской звезды.

В самых массивных звездах – тех, что в восемь или более раз тяжелее Солнца – настолько огромные температуры и давления, что ядерное горение в них позволяет подняться по Периодической таблице до еще более тяжелых элементов. В конце концов, в ядре звезды начинается «кремниевое горение» и синтезируются элементы с номерами двадцать шесть и двадцать восемь – железо и никель. И это – начало конца. Ни один из этих элементов не вступает в реакции ядерного горения. Тепловая машина в сердце звезды постепенно останавливается. После яркого горения в течение нескольких миллионов лет, кремний напоследок вспыхивает с необыкновенной силой и яркостью. Но эта вспышка длится лишь один день. Сфера из свежесинтезированных железа и никеля в звездном ядре быстро вырастает до размера земного шара.

Затем происходит космический катаклизм – звезда взрывается.

Неустойчивое ядро больше не производит энергию, которая могла бы уравновесить колоссальную силу тяготения, стягивающую массу звезды к центру, и коллапсирует. Как при развивающемся в обратной последовательности ядерном взрыве, ядро звезды за одну секунду сжимается от размера Земли (примерно 13 000 километров в поперечнике) до какой-то сотни километров (размеры графства Йоркшир). Внешние слои звезды, которые теперь не имеют никакой опоры, тоже обрушиваются к центру.

В течение этой секунды, за которую звезда катастрофически сжимается, ее коллапсирующие слои ускоряются до четверти скорости света – 75 ООО километров в секунду. Это вряд ли возможно даже вообразить. А в центре звезды температура поднимается до 100 миллиардов градусов. И тогда происходит нечто почти абсурдное: падающие к центру слои вещества отбрасываются назад от схлопнувшегося ядра, порождая колоссальную ударную волну.

Такие катаклизмические звездные взрывы мы называем вспышками сверхновых. На короткое время эти вспышки могут становиться ярче целых галактик.

Массивная звезда, освобожденная от связывающих ее мощных сил собственного тяготения, разрывается на части. При