Материалы для рассылки учащимся

В предыдущей статье «Кратеры планет и лун» сообщалось, что 3 ноября 1958 года в центре лунного кратера Альфонс был зафиксирован выброс газа. Спектральным анализом было установлено, что газ состоял из водорода и углерода. Но в какой пропорции неизвестно. В настоящее время уже можно утверждать, что основной составляющей выброса был водород. Основание для такого утверждения появилось недавно. На Земле стали регулярно наблюдать водородные выбросы (водородная дегазация Земли). Такие выбросы происходят из описанных в статье кратеров, а условия формирования кратеров, что на Земле, что на Луне примерно одинаковые.

Напрашивается вопрос, почему о водородных выбросах заговорили только сейчас. В популярной литературе и YouTube вдруг появилось много сообщений на эту тему. Разве раньше этого явления не было?  Ответ на этот вопрос дан в работе российского геолога, доктора геолого-минералогических наук Владимира Николаевича Ларина «Проблемы атомных станций в свете водородной дегазации Земли»:

«До недавнего времени это явление не было известно по следующим причинам. Во-первых, в рамках традиционных представлений о Земле, этого не должно быть в принципе. А кто будет искать то, чего не должно быть? Поэтому и не искали. Во-вторых, водород очень сложно отобрать в какую-нибудь емкость, чтобы затем доставить в лабораторию.
Однако в начале 2000-ных годов появились водородные газоанализаторы, которые позволяли  определять содержание водорода в подпочвенном воздухе непосредственно на месте (в полевых условиях). Мы приобрели эти приборы в 2006 году, отработали методику и стали изучать структуры, привязанные к выходам водорода, в различных регионах планеты».

Исследования обнаружили аномально высокие содержания водорода в подпочвенном слое Земли. Есть основание полагать, что это явление обусловлено дегазацией водорода из недр планеты, которая происходит прямо сейчас и имеет грандиозные масштабы.

У Акимова есть фильм о Ларине и его работе «Эфир (часть 11) Теория водородных струй В и Н Лариных» (https://www.youtube.com/watch?v=UDQOZRTzf-Q&feature=youtu.be). Фильм небольшой, на 27 минут. О Ларине в фильме рассказывается первые 4 минуты. Затем до 8:47 сын Ларина рассказывает о различных природных феноменах, подтверждающих теорию отца. К сожалению, на этом участке звук и изображения неважные.  Далее звук и изображение хорошие. А с 13:30 изображения не озвучиваются, и зрителю предоставляется возможность рассмотреть разновидности кратеров в различных частях планеты.

Таким образом, водородная дегазация Земли – явление, обнаруженное недавно. Геологи старой школы не могут это явление воспринять и пытаются его оспаривать, что делать становится всё труднее. Налицо появляющиеся то тут то там провалы, выпучивания, появление светлых колец и кругов в местах выходов водородных потоков и струй (рис. 1) и т.д.

Рис.1

Как всякое природное явление водородная дегазация имеет для человека как положительные, так и отрицательные стороны. К отрицательным сторонам следует отнести вред, наносимый растительному покрову и дополнительные трудности при проектировании новых сооружений. Оптимистически же настроенные учёные видят в этом явлении обнадёживающие признаки. Так, например, Акимов в резюме к названному выше фильму о Ларине пишет:

«В рамках традиционных представлений (ядро – железное, все остальное – силикатное), и появление нефти, и ее сохранение на протяжении геологического (!) времени следовало бы считать каким-то невероятным чудом. Но чудес в природе не бывает, если мы правильно понимаем, что в ней происходит в действительности. И в свете наших построений никаких чудес нет.

Во-первых, автоматически решается проблема источника водорода. По нашей модели, он истекает из глубоких недр планеты, и все время стремится собраться в струи. Там, где эти струи попадают в обогащенные углеродом толщи, идут реакции гидрогенизации, формируются нефтеносные провинции и месторождения природного газа. В данной связи, углерод может быть любой – и в виде растительных остатков в осадочных породах, и в виде графита в метаморфических сланцах кристаллического цоколя платформ. По этой причине не следует удивляться, если в районах, где отсутствуют "нефтематеринские бассейны", вдруг обнаруживаются месторождения с хорошим дебитом. Был бы приток водорода с глубины – основного химического элемента нефти и газа, остальное (углерод по пути следования, ловушка на выходе) приложится, не здесь, так где-нибудь рядом.
Во-вторых, нефть и газ, в нашем понимании, образуются только тогда, когда идет дегазация водорода из глубинных зон планеты. Судя по общей геодинамической ситуации, в настоящее время дегазация водорода происходит в широких масштабах. Соответственно, нефть и газ должны генерироваться прямо сейчас, и будут генерироваться завтра (здесь имеется в виду шкала времени человеческой цивилизации). Таким образом, углеводородное сырье, которое мы пользуем, скорее всего, образовалось совсем недавно и, скорее всего, его запасы продолжают пополняться и сегодня. Примечательно, что Бакинские нефтепромыслы, заложенные еще Нобелем, до сих пор продолжают давать нефть. А бывает и так, месторождение открыто, разбурено, подсчитанные запасы полностью выбраны, а нефть продолжает идти. В данной связи, следовало бы проводить тампонирование скважин на отработанных месторождениях в надежде на их восстановление в недалеком будущем.
В свете сказанного, представления экспертов о полном исчерпании запасов нефти и газа (якобы, не возобновляемых) к середине нынешнего столетия представляются "детской страшилкой". Согласно нашей концепции, эти ресурсы, во-первых, возобновляются, а во-вторых, их должно быть гораздо больше, чем предполагалось, и в ближайшем будущем нам не грозит энергетический голод».

Популярная пресса, разумеется, тоже включилась в прогнозирование последствий дегазации, преимущественно в форме страшилок: «водородная бомба в центре земли», «грядущий кислородный голод» и т.д.  Воспринимать любые страшилки нужно с такой позиции: это мы только сейчас узнали о водородной дегазации планеты, а она существовала ровно столько, сколько существовала сама планета. И, судя по обилию кратеров на всех телах солнечной системы (рис.2, спутники Сатурна), существовала не только на Земле.

Рис. 2

Остаётся ответить на самый трудный вопрос: откуда в недрах Земли берётся так много водорода в течение такого длительного времени? Если быть честными, то нужно признать, что ответа на этот вопрос нет. А есть две гипотезы – гипотеза В.Н. Ларина, открывшего явление дегазации через кратеры, и гипотеза О.Е. Акимова, начавшего интересоваться кратерами ещё до открытия дегазации.

Гипотеза Ларина: ранняя Земля состояла по большей части из гидридов металлов и сохранила их в составе ядра (во внешнем ядре — раствор водорода в металлах, во внутреннем — гидриды металлов).

Гипотеза Акимова: Истекающий из ядра Земли водород это космические струи. Космическая струя – понятие достаточно сложное, в двух словах объяснить невозможно. Единственное, что о ней можно сейчас сказать, она инициируется возбужденным эфиром - невидимой мировой средой, обладающей неограниченным количеством энергии.

Судя по интенсивности водородной дегазации и по длительности существования Земли (4,5 млрд. лет), никаких гидридных запасов во внешнем и внутреннем ядрах Земли не хватило бы. Поэтому предпочтение следует отдать гипотезе Акимова. Но всякую гипотезу нужно разрабатывать, а не только сформулировать. А для разработки гипотез нужны человеческие и материальные ресурсы. Сейчас же все ресурсы сконцентрированы на поиске тёмных сущностей теории относительности, категорически отрицающей существование эфира. И пока дело будет обстоять именно так, развеивание тёмного тумана в головах учёных будет делом энтузиастов-одиночек.

30.01.2019Туманности

На этом снимке космического телескопа “Хаббл” показана отражательная туманность NGC 1333 и связанные с ней объекты Хербига-Аро. Авторы и права: NASA / ESA / Hubble / K. Stapelfeldt.
Космический телескоп “Хаббла” (НАСА / ЕКА) обнаружил группу из пяти объектов Хербига-Аро – крошечных пылевых пятен, связанных с новорожденными звёздами – в NGC 1333, отражательной туманности, расположенной в созвездии Персея (Perseus), на расстоянии около 1000 световых лет от Земли.

Объекты Хербига-Аро впервые были обнаружены в 19 веке американским астрономом Шербурном Уэсли Бернхэмом (Sherburne Wesley Burnham), но они не были выделены как отдельный тип эмиссионных туманностей до 1940-х годов.

Первыми астрономами, которые подробно изучили их, были Джордж Хербиг и Гильермо Аро, в честь которых они и получили своё название.

Объекты Хербига-Аро – это временные явления: они, удаляясь от звезды, которая их создала, со скоростью до 250 000 км/час (155 000 миль/час) исчезают в небытие в течение нескольких десятков тысяч лет.

Молодая звезда, которая является источником объектов Хербига-Аро, пронумерованных с 7 по 11 (видимые синим цветом в верхней центральной части изображения “Хаббла”), называется SVS 13, и все пять объектов движутся от звезды к верхнему левому краю.

Текущее расстояние между HH 7 и SVS 13 примерно в 20 000 раз больше расстояния между Землёй и Солнцем.



Объекты Хербига-Аро образуются, когда струи ионизированного газа, выбрасываемого молодой звездой, сталкиваются с соседними облаками газа и пыли на высоких скоростях.

HH 7-11 не являются исключением и сформировались, когда струи новорожденной звезды SVS 13 столкнулись с окружающими газопылевыми облаками.

Эти столкновения создали пять блестящих скоплений в отражательной туманности NGC 1333.

Источник: https://universetoday.ru/

Любой научный ответ приводит к новому вопросу и никогда не становится ответом окончательным. Так развивается наука.

Выброс вещества солнечной короной. Иллюстрация: NASA / GSFC / SDO

Читая о загадочных природных явлениях, часто встречаю фразу: «Наука не в состоянии этого объяснить». Так и вижу учёного, качающего головой и печально разводящего руками. Наука, действительно, многого не объясняет. Но любители таинственного, удивительного и не объяснимого наукой обычно «забывают» вставлять в свои откровения коротенькое слово «пока». Наука пока не может объяснить, из чего состоит, например, тёмное вещество и что представляет собой загадочная тёмная энергия, разгоняющая нашу Вселенную. Подавляющую же часть того, что современная наука знает сегодня, когда-то — сто, двести, а может, всего десять лет назад — учёные объяснить не могли. Очень долго, например, никто не мог ответить на простой, казалось бы, вопрос: почему светят звёзды? А ведь не будь Солнца — ближайшей к нам звезды, жизнь на Земле была бы невозможна.

К счастью, Солнце и звёзды существуют. Они представляют собой раскалённые плазменные шары самых разных масс, размеров и цветов. Сейчас это всем известный и никем не подвергаемый сомнению научный факт. Но ещё двести лет назад никто, и великие физики в том числе, не мог сказать, что представляют собой эти точечки на ночном небе и почему они такие разные? Почему одни звёзды яркие (Сириус, Вега), а другие едва видны в телескоп? Почему одни жёлтые, другие белые, а есть ещё оранжевые, красные и даже зелёные? И главное: почему звёзды светят? Любой обыватель мог сказать: «Наука бессильна!». Он не добавлял слово «пока», будучи уверен, что звёзды — это все знают! — фонарики, пришпиленные к твёрдому небесному своду, а светят потому, что Бог вложил в них такое свойство!

Существуют звёзды самых разных цветов — в зависимости от температуры видимой поверхности (фотосферы). Температура определяет класс звезды: от голубых звёзд класса О до красных звёзд классов М и L. Солнце принадлежит к классу G — оно жёлтое. Дополнительный класс Т введён для коричневых карликов с температурами 550–1300 К. Иллюстрация: Isna Kasamee / Wikimedia Commons / CC BY 3.0

Понадобились столетия, пока учёные, пользуясь научными методами, не только нашли ответы на эти вопросы, но и задали новые вопросы, а потом ответили и на них. Любой научный ответ приводит к новому вопросу и никогда не становится ответом окончательным. Так развивается наука.

К XIX веку ответ на вопрос, что же такое звёзды и почему они светят, ещё не был найден. Но огромная разница с предшествовавшими временами заключалась в том, что уже сформировалась наука, которая, встретившись с загадкой природы, разгадывала её научными методами. Наука в исследовании звёзд началась, когда звёзды «отлепили» от небесного свода, а сам свод «растворился» и стал необозримо огромным внеземным пространством. Помните у М. В. Ломоносова: «Открылась бездна звезд полна; Звездам числа нет, бездне дна»? Это XVIII век. А ведь веком раньше замечательный астроном Иоганн Кеплер (1571–1630) всё ещё считал небо твердью, а звёзды — светящимися линзочками.

Красная звезда с планетой в представлении художника. Иллюстрация: NASA / JPL-Caltech

Научный метод требовал, прежде всего, наблюдательных знаний: чтобы ответить на вопрос «почему?», нужно было сначала выяснить, сколько энергии звёзды излучают? Ведь если энергии требуется немного, то ответ один, а если много, то другой. А чтобы ответить на этот вопрос, нужно было определить расстояние до звёзд.

В 1838 году немецкий математик и астроном Фридрих Бессель (1784–1846) первым достоверно определил расстояние до довольно слабой звёздочки 61 Лебедя, которая описывала за год на небе довольно большую окружность. Бессель предположил, что на самом деле звезда не движется, а наблюдаемая окружность — отражение движения Земли по её орбите вокруг Солнца. Чем ближе звезда, тем больше окружность, которую она описывает на небе. Измерив угловой размер окружности, описываемой 61 Лебедя, и зная диаметр земной орбиты, Бессель рассчитал расстояние до звезды. Оказалось, 61 Лебедя находится от нас на огромном расстоянии — 10,3 светового года (современное значение 11,4 с. г.). Свету нужно более 10 лет, чтобы пройти этот путь! Так в астрономию пришёл ставший широко известным метод определения звёздных расстояний по параллаксу.

Годичным параллаксом называют угол, на который смещается звезда в течение полугода из-за того, что Земля движется по орбите вокруг Солнца. Зная этот угол и расстояние от Земли до Солнца, можно вычислить расстояние от Земли до ближайших звёзд

В те же годы британский астроном Томас Хендерсон (1798–1844) методом параллакса определил расстояние до самой яркой звезды на южном небе — Альфы Центавра. Оно оказалось равным 3,25 светового года (современное значение 4,36 с. г.). Значит, звёзды подобны Солнцу — такие же огромные раскалённые тела, а точками они выглядят только потому, что находятся от нас во много раз дальше Солнца.

Затем удалось измерить и сколько энергии излучают Солнце и звёзды. Энергия эта оказалась настолько огромной, что долгое время загадка звёздного излучения представлялась неразрешимой. Естественно, учёные предлагали разные гипотезы. Начали с самой простой идеи: звёзды нагреты до очень высоких температур. От температуры видимой поверхности (её называют фотосферой) зависит цвет звезды. Фотосфера Солнца нагрета до 5800 К (чтобы перевести температуру из Кельвинов в привычные нам градусы Цельсия, надо вычесть 273, таким образом, температура Солнца около 5500°С) и потому оно жёлтое. Есть звёзды более горячие, есть более холодные. Голубые звёзды (например, Вега) имеют температуру фотосферы порядка 10 000 К и даже больше. Фотосфера красных гигантов (например, Бетельгейзе и Антареса), наоборот, нагрета до температуры примерно 3500 К. Фотосфера самых холодных из известных «обычных» звёзд (красные карлики Gliese 105C и Gliese 752В) нагрета примерно до 2600 К. Ещё меньше, до 600 К и ниже, температура коричневых карликов. Правда, их нельзя считать полноценными звёздами, поскольку из-за малой массы их «топка» не способна заработать в полную силу. Поэтому их называют субзвёздными объектами.

Размеры звёзд зависят от их массы и возраста. На рисунке изображены сравнительные размеры Солнца, красного карлика, в 12 раз менее массивного, чем Солнце, молодого голубого сверхгиганта в 150 раз массивнее Солнца и старой звезды — красного сверхгиганта, масса которого в 5 раз больше солнечной. Иллюстрация: NASA / ESA / A. Field (STScI)

Почему у звёзд такие разные температуры? Потому что изначально все они горячие, но, излучая энергию, неодновременно остывают. Когда звезда остывает совсем, она перестаёт быть видимой.

Но, если звезда — раскалённый шар, почему внутреннее давление газа не разрывает её, разбрасывая в пространстве? И на этот вопрос наука ответить смогла: благодаря гравитации. Сила тяжести противостоит давлению раскалённого газа, и обычная звезда находится в равновесии: она имеет такой размер, при котором газовое давление уравновешивается силой тяжести.

Внутреннее строение звезды солнечного типа. В центре — ядро, температура которого достигает 10–20 млн градусов. Ядро окружено зонами радиации и конвекции. В наружной области — хромосфере — происходят вспышки, а ещё выше располагается разреженная и очень горячая плазма короны. Иллюстрация: NASA / Jenny Mottar

Излучая энергию, звезда остывает, давление газа уменьшается, и сила тяжести сжимает звезду. Сила взаимного притяжения вещества звезды увеличивается, энергия переходит в тепло, звезда нагревается и продолжает светить. Значит, решили учёные, ответ на загадку найден: звёзды светят потому, что в тепло переходит энергия гравитации. Но этот ответ (как и многие другие — ведь гипотез было много!) оказался неправильным: энергии тяготения недоставало, чтобы звёзды светили достаточно долго.

В ХХ веке физики открыли, что лёгкие атомы могут соединяться и образовывать атомы более тяжёлых химических элементов. Эксперименты показали, что если соединяются два атомных ядра, то масса возникшего более тяжёлого ядра — меньше, чем сумма масс первоначальных ядер! Куда девается лишняя масса? Ответ следовал из закона о взаимосвязи массы и энергии Е = mc², выведенного великим Альбертом Эйнштейном (1879–1955). Лишняя масса — это лишняя энергия, энергия излучения. Когда ядра атомов водорода, соединяясь, образуют ядро атома гелия, выделяется огромная энергия. Частично эту энергию уносят возникающие в реакции элементарные частицы, но очень большая её доля выделяется в виде электромагнитного излучения — света.

На основании этого английский астрофизик сэр Артур Эддингтон (1882–1944) предложил идею, которая, казалось, могла ответить наконец, почему излучают звёзды. В глубине звёзд очень высокие температуры и давления. Такие высокие, что начинают идти реакции соединения атомов водорода и превращения их в атомы гелия. Выделяется огромная энергия — она-то и идёт на излучение!

Давление раскалённой плазмы внутри звезды (красные стрелки) заставляет её расширяться, а силы тяжести (зелёные стрелки) — сжиматься. Звезда стабильна, когда эти силы уравновешивают друг друга. Рисунок: astro.osu.edu

Идея была великолепная, но противники её оспорили. По расчётам, в недрах звёзд температуры и давления оказались слишком малы, чтобы атомы водорода, столкнувшись, смогли взаимодействовать таким образом. Ведь положительно заряженные ядра атома водорода (протоны) должны сильнейшим образом отталкивать друг друга! В принципе, реакция превращения водорода в гелий может объяснить свечение звёзд. Но ядра атомов водорода должны сильно сблизиться, чтобы началась реакция синтеза. А они этого сделать не могут — мешает электрическая сила отталкивания!

Эддингтон эмоционально парировал выпады противников: «Так поищите звезду погорячее!». Иными словами, он предложил им найти условие, при котором в недрах звёзд температура «на самом деле» будет гораздо больше, чем показывают расчёты. Но горячее не было! Согласно расчётам, звёзды, в ядрах которых температура достигала бы требуемых миллиардов градусов, существовать не могут. Значит, и реакции синтеза тоже не годятся для объяснения звёздного излучения?

Но учёные не сдались. Как раз тогда — в двадцатых годах ХХ века — возникла новая физическая дисциплина: квантовая механика. Мир элементарных частиц оказался совсем не таким, каким его представляли, исходя из законов классической физики. Кроме электромагнитных и гравитационных взаимодействий в микромире существуют ещё и ядерные силы — мощнейшие силы притяжения, действующие на очень коротких расстояниях, сравнимых с размерами атомных ядер. Они способны уравновесить электрические силы отталкивания и удержать в ядрах тяжёлых элементов многочисленные протоны, которые иначе никогда не смогли бы собраться в единое целое.

Стало ясно, что именно ядерные силы связывают ядра водорода при образовании ядра атома гелия с выделением огромной энергии. Но эти силы оказались слишком короткодействующими для спасения ситуации, ведь для их появления протонам надо приблизиться друг к другу на расстояние, сравнимое с их собственными размерами. Однако энергетический барьер, создаваемый электрическими силами отталкивания, не позволяет такому произойти! Кажется, сама природа восстала против идеи Эддингтона. Но если наука чего-то не знает, то только «пока». И решение проблемы нашлось.

Да, существует энергетический барьер, который не позволяет двум протонам сблизиться. Но аналогичный барьер мешает протону, находящемуся в ядре атома, покинуть его и вылететь наружу. Между тем, когда Эддингтон предложил идею ядерного синтеза в звёздах, физикам уже было знакомо противоположное явление — ядерный распад, получивший название радиоактивности. Как показывали эксперименты, ядро радия время от времени выбрасывало ядро атома гелия — два протона и два нейтрона, альфа-частицу. Эти протоны покидали ядро радия, несмотря на то, что на их пути стоял тот самый энергетический барьер! Только перескочить через него ядро гелия должно было изнутри наружу.

Туннельный эффект. Классическая частица, не обладающая достаточной энергией, ни при каких обстоятельствах не способна преодолеть энергетический барьер (А). Для квантовой частицы существует не равная нулю вероятность оказаться по ту сторону барьера (Б). Иллюстрация: Giuseppe Augello

Классическая физика объяснить преодоление энергетического барьера не смогла, однако с этой проблемой справилась физика квантовая, принципиально отличавшаяся от классической. Если в классической физике вероятность, что протону удастся перескочить через барьер, была строго равна нулю, то в физике квантовой она оказалась отличной от нуля. Благодаря этому протон иногда мог оказаться по другую сторону барьера, словно пройдя сквозь него, как через туннель. Красивую идею «туннельного эффекта» предложил советский и американский физик Георгий Антонович Гамов (1904–1968).

Вероятность туннельного эффекта, вычисленная Гамовым, была очень мала. Один атом радия испускал альфа-частицу раз в тысячу лет. Но уже в одном грамме радия количество атомов так велико, что каждую секунду можно наблюдать множество «вспышек». Сейчас известно много радиоактивных элементов, распадающихся за разное время. Одни распадаются за доли секунды, другим для этого нужны миллионы лет.

Существование туннельного эффекта объяснило радиоактивный распад, но как это явление может быть связано с излучением звёзд? Радиоактивным распадом свечение звёзд не объяснишь, ведь в ядре Солнца нет тяжёлых элементов, способных при распаде выделять огромную энергию. В ядре Солнца преобладает водород, поэтому Эддингтон и говорил о реакциях синтеза, а не распада. Но если альфа-частицы туннелируют сквозь энергетический барьер изнутри наружу, то возможно туннелирование и в обратную сторону — снаружи внутрь атомов! Именно такая идея легла в основу статьи физиков Роберта Аткинсона и Георга Хоутерманса, опубликованной в 1929 году. «Классическая физика утверждает, — писали они, — что протоны могут соединяться и образовывать ядро атома гелия лишь при температурах в миллиарды градусов. В ядрах звёзд таких температур нет. Но ведь существует туннельный эффект, открытый Гамовым, и, значит, есть не равная нулю вероятность, что и снаружи сквозь энергетическую стену могут проникать протоны, а там уж внутри распоряжаются огромные ядерные силы, которые заставляют проникшие сквозь барьер протоны сцепляться с протонами атомов водорода, — и происходит реакция синтеза».

Ядерные реакции синтеза ядра атома гелия из ядер атомов водорода в звезде солнечного типа

Итак, мы выяснили, что за барьером соединиться и образовать ядро атома гелия протонам помогают ядерные силы, которые на расстояниях, сравнимых с размерами ядра, становятся гораздо больше сил электромагнитных, так что электрическое отталкивание протонов перестаёт играть какую-либо роль. А температура для синтеза при этом нужна вовсе не в миллиарды градусов — достаточно десятка миллионов, и это как раз такая температура, которая, согласно тем же расчётам, существует в недрах звёзд!

У одиночного протона есть вероятность лишь раз в тысячу лет проникнуть через потенциальный барьер. А если протонов тысячи? Миллионы? Сотни триллионов? Да, не каждый протон «просачивается» сквозь энергетическую стену, но и тех, что «просочились», достаточно для реакции синтеза с выделением нужного количества энергии.

В реальности всё, конечно, сложнее, и получить гелий из водорода не так просто даже после того, как протоны проникнут сквозь энергетический барьер. Но это уже частности — главное, что нужные для реакции протоны добрались до места назначения. Сложность же состоит в том, что в ядре атома гелия есть не только два протона, но и два нейтрона. И потому реакция синтеза далеко не простая. На самом деле происходит несколько реакций. Сначала два протона, соединившись, образуют дейтрон — ядро атома дейтерия. При этом один протон превращается в нейтрон, а в пространство вылетают позитрон и электронное нейтрино. Потом ещё один проникший сквозь барьер протон соединяется с дейтроном, и образуется ядро гелия-3 (³Не). И тогда тоже излучается немало энергии. Но и это не конец процесса: два ядра гелия-3 соединяются и образуют, наконец, ядро обычного гелия с двумя протонами и двумя нейтронами (⁴Не). Но в двух ядрах гелия-3 четыре протона, поэтому «лишние» протоны вылетают, унося с собой ещё и огромную энергию.

Так наука ответила наконец на вопрос, почему светят звёзды. Если вы услышите или прочитаете, что «наука чего-то объяснить не может», не забывайте добавлять: «пока не может».

Источник https://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/435166/Pochemu_svetyat_zvyozdy

Какие частицы переносят гравитацию и почему их пока не нашли?

Сергей Чумаков   21 января        

Изображение Douglas James с сайта Pixabay

Среди самых ожидаемых и предсказуемых открытий физики в новом веке - гравитоны, загадочные элементарные частицы, которые позволят наконец более точно описать феномен гравитации. Эти неуловимые и пока не обнаруженные составляющие не должны иметь заряда и обладают скоростью, равной скоростью света. Почему же до сих пор найти отдельный гравитон не удалось и почему не все учёные считают поиски необходимыми?

Исследования последних лет показали, что гравитация существует в виде поля,которое отвечает за проявление того, что мы называем силой тяжести. Луна движется в гравитационном поле Земли, а Земля - в подобном поле Солнца. Многие знакомы со знаменитым законом всемирного тяготения Исаака Ньютона - он позволяет достаточно легко рассчитать, как один массивный объект притянет другой, при этом не важно, что перед нами - притяжение двух планет или двух вареников в кастрюле.

Зная, что гравитация существует в форме поля, то она должна квантоваться. Её возможно представить как совокупность неких усреднённых маленьких величин, участков, порций. Для электромагнитного излучения, от сигнала wi-fi до световых волн, квантами служат фотоны, а для гравитации такие порции предсказали по аналогии и подобрали соответствующее название - гравитоны. Появлению этой гипотезы мы обязаны трудам советских физиков Гальперина и Блохинцева.

Существующий уровень развития знаний даже позволил вычислить ряд  характеристик квантов гравитационного поля и приступить к поискам. Вовсе не обязательно, что они увенчаются успехом, наука ведь развивается в том числе благодаря проверке самых неожиданных предположений. И вот тут кроется ряд проблем, главная из которых заключается в проявлениях гравитации. Это очень слабая сила, ведь благодаря ей даже элементы атомного ядра вместе удержать невозможно. Если бы во Вселенной существовало только притяжение, то никакие химические элементы попросту не смогли бы образоваться.

Изображение Oleg Gamulinskiy с сайта Pixabay

Сейчас мы предполагаем, что гравитоны удастся обнаружить только как продукт столкновения частиц с очень большой энергией - а на такое земные ускорители пока не способны. Открытие гравитона в свою очередь позволит уточнить природу гравитации, что может привести к самым неожиданным и перспективным последствиям.

Но гипотезу о частицах, переносчиках гравитации, не все в научном сообществе воспринимают с энтузиазмом, указывая на то, что нынешний уровень развития техники не позволяет ни подтвердить наличие таких частиц, ни опровергнуть. Что ж, всё новое всегда воспринималось с долей скептицизма и такое отношение выглядит оправданным - в науке нет места чуду и пока предположение не доказано, не стоит относится к нему как к чему-то на сто процентов реальному.

Предисловие.

В комментарии к теме «Красное смещение и расширяющаяся Вселенная» (https://subscribe.ru/group/klub-lyubitelej-kosmosa/16350215/) я обещала обязательно вернуться к обсуждению того, почему  менее чем за сто лет постоянная Хаббла уменьшилась почти на порядок — с 500 в 1929 году до 67 на сегодняшний день. Замечание (постоянная Хаббла выражается в километрах  в секунду  на  мегапарсек).

Постоянную Хаббла определяют по спектрам галактик.  Поэтому, прежде чем переходить к обсуждению причины уменьшения постоянной Хаббла, нам  стоит освежить в памяти основные  сведения о спектрах, а именно:

Спектр испускания;

Спектр поглощения;

Спектральный анализ.

----------------------------------***----------------------------------

Если солнечный свет проходит через стеклянную призму либо дифракционную решетку, тогда появляется хорошо известный всем непрерывный спектр

 Непрерывный спектр

Спектр называют непрерывным, поскольку в нем есть все длины волн видимого диапазона, начиная от красной границы и заканчивая фиолетовой. Для нас непрерывный спектр предстает в виде разноцветной сплошной полосы.

Непрерывный спектр существует не только в солнечном излучении, но и, к примеру, в свете электрической лампы. Как оказалось, любое твердое и жидкое тело (и даже плотный газ), нагретое до высокой температуры, дает излучение непрерывного спектра.

Ситуация меняется при наблюдении свечения разреженных газов. Спектр перестает быть непрерывным, так как в нем возникают разрывы, которые увеличиваются по мере разрежения газа. В предельном случае чрезмерно разреженного атомарного газа спектр превращается в линейчатый, то есть состоящий из отдельных довольно тонких линий.

Рассмотрим 22 вида линейчатых спектров излучения: испускания и поглощения.

Спектр испускания

Допустим, газ состоит из атомов какого-то химического элемента и разрежен настолько, что атомы практически не взаимодействуют друг с другом. Раскладывая в спектр излучение данного газа (нагретого до довольно высокой температуры), мы наблюдаем примерно такую картину, как на следующем рисунке 

Линейчатый спектр испускания

Данный линейчатый спектр, который образован тонкими изолированными цветными линиями, называют спектром испускания.

Всякий атомарный разреженный газ издает свет с линейчатым спектром. Кроме того, для всякого химического элемента спектр испускания уникальный, поскольку играет роль «удостоверения личности» данного элемента. Набор линий спектра испускания однозначно говорит, какой химический элемент перед нами.

Так как газ разрежен, и атомы слабо взаимодействуют друг с другом, делаем заключение, что свет излучают атомы сами по себе. Поэтому атом характеризуется дискретным, строго определенным набором длин волн испускаемого света. Каждый химический элемент, как мы уже отметили, имеет свой набор.

Спектр поглощения

Атомы испускают свет, переходя из возбужденного состояния в основное. Однако вещество может не только испускать, но и поглощать свет. Атом, поглощающий свет, совершает обратный процесс – преобразуется из основного состояния в возбужденное.

Вновь рассмотрим разреженный атомарный газ, но уже в холодном состоянии (то есть при довольно низкой температуре). Свечения газа происходить не будет, поскольку в не нагретом состоянии газ не излучает свет, атомов в возбужденном состоянии оказывается для этого очень мало.

Если сквозь холодный газ проходит свет с непрерывным спектром, тогда появляется картина, как на следующем рисунке 

Линейчатый спектр поглощения

На фоне непрерывного спектра ниспадающего света возникают темные линии, образующие так называемый спектр поглощения.

Откуда эти линии появляются?

Под воздействием ниспадающего света атомы газа преобразуются в возбужденное состояние. Причем для возбуждения атомов пригодны не любые длины волн, а только некоторые, строго определенные для этой разновидности газа. Как раз эти длины волн газ и «забирает себе» из света.

Необходимо отметить, что газ изымает из непрерывного спектра точно те самые длины волн, которые издает сам! Темные линии в спектре поглощения газа точно соответствуют ярким линиям его спектра излучения. На следующем рисунке сопоставляются спектры испускания (внизу) и поглощения (вверху) разреженных паров натрия.

Спектры поглощения и испускания для паров натрия

Совпадение линий впечатляет, не так ли?

Рассматривая спектры поглощения и испускания, ученые-физики XIX в. сделали вывод, что атом – это делимая частица и имеет некоторую внутреннюю структуру. На чем-то же должен работать механизм излучения и поглощения света внутри атома!

Помимо этого, уникальность атомных спектров означает то, что данный механизм различается у атомов различных химических элементов. Значит, атомы различных химических элементов должны отличаться по своей внутренней структуре.

Спектральный анализ

Применение линейчатых спектров как уникальных «паспортов» химических элементов заложено в спектральном анализе – методе исследования химического состава вещества по его спектру.

Идея спектрального анализа несложная: спектр излучения анализируемого вещества сопоставляется с эталонными спектрами химических элементов, после чего делается заключение о наличии или отсутствии того или иного химического элемента в этом веществе.

Нужно отметить, что спектральный анализ излучения Солнца и звёзд показал, что все объекты нашей Вселенной собраны из одного и того же химического набора.