Астрофизика с космической скоростью, или Великие тайны Вселенной для тех, кому некогда

И все же то и дело даже ученые нет-нет да и сочтут таблицу Менделеева этаким зоопарком невиданных зверей из детской книжки. А иначе разве можно поверить, что натрий – ядовитый реактивный металл, который можно резать столовым ножом, а чистый хлор – вонючий смертоносный газ, но если их совместить, получится хлорид натрия – безвредное и даже необходимое для жизнедеятельности соединение, известное как поваренная соль? А водород с кислородом? Один – взрывоопасный газ, другой запускает процессы окисления, а вместе они составляют жидкую воду, которой тушат огонь.

Среди всех этих химических головоломок мы обнаруживаем и элементы, играющие важную роль в жизни всей Вселенной, а потому позвольте представить таблицу Менделеева глазами астрофизика.

Водород

Ядро водорода состоит всего из одного протона, вот почему это самый простой и легкий элемент, возникший целиком и полностью во время Большого взрыва. В природе встречаются 94 элемента, однако именно водород составляет более двух третей всех атомов в человеческом организме и более 90 % всех атомов в космосе на любых масштабах вплоть до Солнечной системы. В ядре массивной планеты Юпитер водород находится под таким давлением, что ведет себя не как газ, а как металл, проводящий электричество, и создает магнитное поле – самое сильное среди всех планет. Водород открыл английский химик Генри Кавендиш в 1766 году, когда проводил эксперименты с H₂O (водород недаром получил такое название). Однако астрофизики знают Кавендиша как первого ученого, который рассчитал массу Земли, после того как измерил точное значение гравитационной постоянной в знаменитом ньютоновом законе всемирного тяготения.

В природе встречаются 94 элемента, однако именно водород составляет более двух третей всех атомов в человеческом организме и более 90 % всех атомов в космосе

И днем, и ночью, каждую секунду 4,5 миллиарда тонн стремительно движущихся ядер водорода превращаются в энергию, когда сталкиваются и превращаются в гелий в ядре Солнца, температура которого составляет 15 миллионов градусов.

Гелий

Гелий широко известен как газ с низкой плотностью, который довольно легко раздобыть, а если вдохнуть, он временно повышает частоту вибраций голосовых связок, так что начинаешь пищать, как Микки-Маус. Гелий занимает второе место среди элементов и по простоте, и по распространенности во Вселенной. Хотя по распространенности он очень отстает от водорода, все же его в четыре раза больше, чем всех остальных элементов во Вселенной вместе взятых. Один из столпов космологии Большого взрыва – предсказание, что в любой области космоса гелий составляет не менее 10 % всех атомов, и именно в таком количестве он возник в огненном шаре первичной Вселенной. Поскольку гелий также получается из водорода в ходе термоядерного синтеза в недрах звезд, в некоторых областях космоса, вероятно, гелия накопилось больше 10 %, однако, по расчетам, его не может быть меньше – нигде, ни в одной области Галактики.

Лет за тридцать до того, как гелий открыли и выделили на Земле, астрономы заметили его в спектре солнечной короны во время полного солнечного затмения в 1868 году. Как мы уже отмечали, название «гелий», что логично, образовано от имени Гелиоса – древнегреческого бога Солнца. А поскольку плавучесть гелия в воздухе составляет 92 % от плавучести водорода и при этом он, в отличие от водорода, не взрывоопасен, гелий служит идеальным наполнителем для огромных фигурных воздушных шаров для парада в День Благодарения, который устраивает сеть универмагов «Мэйси», – отчего «Мэйси» и стала самым крупным потребителем этого газа в США, уступая только армии.

Литий

Третий по простоте элемент во Вселенной – литий: у него в ядре всего три протона. Литий, как и водород и гелий, возник во время Большого взрыва, однако, в отличие от гелия, который вырабатывается в недрах звезд, литий разрушается в ходе всех известных ядерных реакций. Еще один прогноз космологии Большого взрыва состоит в том, что атомы лития составляют не более одного процента всех атомов в любой области Вселенной. Еще не удалось найти ни одной галактики, где лития было бы больше этого верхнего предела, заданного Большим взрывом. Сочетание верхнего предела лития и нижнего предела гелия дает мощную пару констант для проверок различных гипотез в рамках космологии Большого взрыва.

Углерод