Образование химических элементов в космических телах 1

Особый интерес представляет изменение изотопного состава гелия, который, как уже указывалось, был почти полностью потерян Землей вместе с другими инертными газами при ее образовании. Долгое время считали, что гелий в природе состоит исключительно из Не⁴, пока в 1936 г. не был обнаружен изотоп Не³. Содержание Не³ в атмосфере незначительно, так что отношение Не³/Не⁴ равно 1,2 · 10 ^_6. Количество Не³ в газовых скважинах в десять раз меньше, а в гелии, выделенном из радиоактивных минералов, практически равно нулю. Однако в некоторых минералах, например сподумене (алюмосиликате лития), количество Не³ в десять раз больше, чем в атмосфере. Накопление его, по-видимому, происходит в результате реакции

Значительное изменение химического состава Земли и других тел Солнечной системы, а также туманностей происходит за счет ядерных реакций с космическими лучами. В связи с тем, что эти реакции протекают в течение очень длительного времени, их эффект становится заметным. Легче всего его можно заметить в метеоритах — самых маленьких телах Солнечной системы.

Багодаря интенсивному облучению космическими протонами высокой энергии в метеоритах накапливаются значительные количества Не³. Рассчитано, что при облучении железных метеоритов космическими лучами образуется 5 · 10^—14 сm³ Не³ на 1 г метеорита в год. Поэтому гелий в метеоритах характеризуется очень высоким содержанием изотопа Не³; средняя величина отношения Не³/Не⁴ для железных метеоритов равна 0,32. В метеоритах образуются также значительные количества трития. Изменение его содержания в трех железных метеоритах в момент их падения на Землю дало величины от 1,2 · 10⁴ до 3 · 10⁶ атοм/г.

Недавно в железных и каменных метеоритах были обнаружены долгоживущие радиоактивные изотопы — А1²⁶, Be¹⁰, Со⁶⁰ и многие другие. Наличие этих изотопов также связано с ядерными реакциями, протекающими под действием космических лучей. Для изучения продуктов таких реакций наибольший интерес представляют недавно упавшие метеориты. К ним относится, например, Ярдышлинский метеорит, который упал на территории Азербайджанской ССР 24 ноября 1959 г. Собрано уже несколько осколков этого метеорита общим весом около 150 кг. В настоящее время проводится его исследование с целью обнаружения’ сравнительно короткоживущих продуктов расщепления железа космическими протонами.

Обнаружены аномалии в изотопном составе ряда элементов в метеоритах по сравнению с земными объектами. Максимальные изотопные сдвиги наблюдаются для аргона, неона и калия. Например, относительное содержание изотопа К⁴⁰ в калии, выделенном из ряда железных метеоритов, в 200 раз превышает его содержание в земном калии. Изучение аномальных распространенностей стабильных изотопов, а также содержания радиоактивных изотопов в железных и каменных метеоритах может привести к ряду очень интересных выводов. Прежде всего оказывается возможным по распределению космогенных изотопов (т. е. изотопов, образованных во время существования метеоритов в результате ядерных реакций с космическими лучами) оценить первоначальную массу и размеры метеорита, которые он имел до попадания в атмосферу Земли. Сущность этого метода заключается в том, что космические лучи проникают внутрь вещества метеорита с различной интенсивностью в зависимости от расположения исследуемой пробы внутри массы метеорита. Чем дальше от поверхности, тем меньше интенсивность, а главное — энергия космических лучей. Это особенно важно для тех космогенных изотопов, сечение которых изменяется с энергией. Э. Файермен измерил содержание Не³ в различных кусках одного из железных метеоритов Грант и нашел, что первоначальная масса этого метеорита была равна 880 кг, причем 400 кг распылились в атмосфере.

По содержанию космогенных изотопов можно оценить так называемый космический возраст метеоритов — время, которое прошло с момента их образования при развале астероида или какого-нибудь другого тела сравнительно больших размеров (в котором внутренние части экранированы от космического излучения) до момента падения на Землю, где интенсивность космического излучения очень мала. Все полученные в настоящее время данные показывают, что имеются существенные различия между космическим возрастом каменных и железных метеоритов. Для каменных метеоритов он колеблется от 5 до 500 млн. лет, для железных от 200 до 2000 млн. лет. Такое расхождение может свидетельствовать о распаде каменных метеоритов после их образования из астероидов или об утечке инертных газов из каменных метеоритов, космический возраст которых определяется в основном по изотопному составу. Для решения этого очень важного для космогонии всей Солнечной системы вопроса необходимо знать точные данные о сечениях образования отдельных космогенных изотопов при взаимодействии космических лучей различной энергии со всеми атомными ядрами, входящими в состав метеоритов. Они могут быть получены на современных ускорителях.