Лекции о Солнце

В середине XIX века геологи и биологи уже понимали, что возраст нашей планеты гораздо больше! Изучение древних геологических пластов, исследование останков древних животных показывало, что Земля существует по крайней мере в 10–20 раз дольше. Сегодняшние оценки говорят как минимум о четырех с половиной миллиардах лет. Это возраст и нашей Земли, и всей Солнечной системы. Очевидно, что Солнце не может быть моложе своего окружения…

Тем не менее, идея о сжатии Солнца выглядела красивой, и начался интенсивный поиск выхода из положения. Английский геолог Джеймс Кролл, например, предложил идею, объединявшую в какой-то степени гипотезы Майера и Гельмгольца. Он предположил, что в далеком прошлом Солнце столкнулось с другой звездой, подобной себе, и тем самым получило дополнительный запас энергии, которого хватило надолго, а уже потом стало сжиматься. Потому-то Солнце и оказалось долгоживущей звездой.

Надо заметить, что если две звезды не входят в тесную двойную систему, вероятность столкновения двух звезд будет чрезвычайно низкой. Вообразите себе вероятность столкновения двух апельсинов, один из которых находится в Новосибирске, а другой – в Иркутске! Да и энергия столкновения при более детальных расчетах оказывается не такой уж большой, – хватит ее не на миллиарды лет.

Попытки спасти гипотезу с помощью различных усовершенствований модели (подобное не раз бывало в истории науки) позволили «дотянуть» возраст Солнца до 100 миллионов лет. Это на уровне знаний второй половины XIX века казалось вполне допустимой оценкой возраста и для Солнца, и для Солнечной системы в целом. Контракционная гипотеза стала новой основной концепцией (парадигмой) после опровергнутой фактами идеи темного Солнца, прикрытого яркой фотосферой. Новая парадигма воцарилась на несколько десятилетий.

Крах этой гипотезы связан с фундаментальным открытием, сделанным на исходе XIX века. В 1896 году французский физик, в будущем лауреат Нобелевской премии по физике Антуан Анри Беккерель (1852–1908) открыл явление радиоактивности

. Оказалось, что некоторые типы химических элементов излучают коротковолновое электромагнитное излучение, а также так называемые корпускулы – микроскопические частицы, из которых построены атомы. Энергия этого излучения оказалась достаточно высокой.

Исследования феномена радиоактивности показали, что для каждого типа радиоактивных атомов можно определить так называемый период полураспада – период времени, за который распадается половина атомов данного образца. Если найти способ определения количества атомов радиоактивного урана и количества атомов конечного продукта его распада – свинца, то, зная период полураспада урана, можно определить, когда сформировался кусок породы, содержащей уран.

Открытие радиоактивности позволило с помощью «урановых часов» определить возраст Земли, который стал исчисляться миллиардами лет. Стало ясно, что контракционная гипотеза ошибочна: Солнце не могло быть младше планеты…

Однако огромный выход энергии при радиоактивном распаде привел ученых к новой гипотезе. А что, если именно радиоактивные вещества на Солнце разогревают недра светила? Эта идея была выдвинута выдающимся английским астрофизиком Джеймсом Хопвудом Джинсом (1877–1946) в начале XX века.

Как указал В. А. Бронштэн, доводы Джинса строились на основе формул расчета коэффициента поглощения рентгеновских лучей атомами водорода и других элементов, опубликованных в 1923 году нидерландским физиком Хендриком Энтони Крамерсом (1894–1952). Джинс считал, что в недрах Солнца температура настолько высока, что энергия должна излучаться в виде коротковолновых рентгеновских лучей (это недалеко от истины, с той оговоркой, что длина волны излучения в солнечном ядре еще меньше – это не рентгеновские, а гамма-лучи). Согласно формулам Крамерса, коэффициент поглощения входил в соотношение, которое связывало светимость Солнца и его массу. Но светимость Солнца и его масса известны. Это означало, что можно было рассчитать величину коэффициента поглощения по этим известным данным и попытаться понять, какому веществу оно соответствует.

Результаты выглядели сенсационно. Получалось, что в недрах Солнца находятся элементы тяжелее урана, а значит, они, несомненно, радиоактивны! Казалось, что гипотеза Джинса блестяще подтверждалась.

К сожалению, эта версия вскоре рухнула. Вся теория Джинса строилась на формулах Крамерса, хотя никто не знал, насколько они точны для тяжелых элементов. Худшие предположения оправдались: выяснилось, что формулы верны только для легких водородоподобных элементов, а в случае более тяжелых они не работают, давая большие ошибки.