Вселенная. Вопросов больше, чем ответов

Углеродно-азотный цикл Бете-Вайцзекера работает ина­че. Ядро углерода, поглощая протон, превращается в радиоак­тивный изотоп азота ¹³N. При этом испускается гамма-квант. Претерпевая бета-распад, ядро ¹³N превращается в ядро изотопа углерода ¹³С. Сталкиваясь с протоном, последнее превращается в обычное ядро азота ⁴N. При этом также выделяется гамма- квант. Далее к ядру азота присоединяется еще один протон, и получается ядро нестабильного изотопа кислорода ¹⁵0. Опять- таки испускается гамма-квант. Бета-распад ядра ¹⁵0 приводит к образованию ядра изотопа азота ¹⁵N. Последнее же, присоеди­нив еще один протон, «разваливается» на заурядный углерод ¹²С и гелий ⁴Не. Легко видеть, что потраченный на первом эта­пе реакции углерод восстанавливается на последнем этапе и не тратится. Можно провести аналогию с химическим катализа­тором.

Скорость этой реакции гораздо сильнее зависит от темпера­туры — в 15-й степени для интервала температур 24-26 млн К. Понятно, что углеродно-азотный цикл существен для горячих звезд. Что до Солнца, нагретого в центре до температуры пример­но 15 млн К, то за его излучение отвечает прежде всего протон- протонная реакция, но некоторый вклад вносит и углеродно­азотный цикл.

Естественно также, что в формулу для скорости углеродно­азотного цикла входит параметр, учитывающий концентрацию

141

более тяжелых элементов, чем водород и гелий. При полном от­сутствии углерода эта реакция попросту не пойдет.

Для гигантов и сверхгигантов, сильно разбухших и часто срав­нительно холодных с поверхности, но зато имеющих очень горя­чее ядро, существенна тройная гелиевая реакция. Она «включа­ется» в том случае, если весь водород уже «выгорел», после чего сжатие ядра привело к его разогреву до юо и более млн К. При этой реакции ядро гелия ⁴Не сталкивается с себе подобным, что приводит к образованию неустойчивого изотопа бериллия ⁸Ве. Скорее всего новообразовавшееся ядро тут же и распадется. Но может случиться, что оно успеет столкнуться с еще одним ядром гелия и поглотить его. Тогда образуется устойчивый изотоп угле­рода ^,2С и выделяется гамма-квант с энергией 7,3 МэВ.

Легко видеть, что эта реакция куда менее энергетически вы­годна, чем реакции на водороде. А скорость ее зависит от тем­пературы и вовсе с чудовищной силой — пропорционально 30-й степени! Совершенно ясно, что в недрах Солнца тройная гелиевая реакция не идет и идти не может, хотя гелия там предо­статочно.

Во всех случаях, однако, в результате этих реакций излучают­ся жесткие гамма-кванты. Почему же Солнце излучает преиму­щественно в видимом диапазоне электромагнитных волн, люди не прячутся от его излучения под свинцовые плиты, а дозиметры не зашкаливает от наведенной радиации? Нас спасает колоссаль­ная толща солнечного вещества, весьма непрозрачного, как это ни кажется странным на первый взгляд. Будучи непрозрачным, оно, естественно, охотно поглощает кванты. Поглотив жесткий гамма-квант, какой-нибудь атом переходит в сильно возбуж­денное состояние, после чего спонтанно избавляется от избытка энергии, но не сразу, а порциями, переходя с одного уровня воз­буждения на другой, более низкий, и испуская менее энергичные, т. е. более длинноволновые, кванты, которые, в свою очередь, поглощаются другими атомами... и т. д. Миллионы лет требуют­ся излученному в центре Солнца кванту, чтобы достичь поверх­ности нашего светила и быть излученным в пространство уже

142

в виде множества квантов гораздо более низких энергий, чем их «прародитель». Из цвета Солнца прямо следует, что наибольшее количество покидающих его квантов имеет энергию, соответ­ствующую оптическому излучению желтого цвета. Разумеется, есть в солнечном спектре и все длины волн видимого цвета, и инфракрасные лучи, и ультрафиолет разной степени жесткости, и немного рентгеновских лучей, но с фильтрацией небольшо­го количества опасных для здоровья лучей вполне справляется земная атмосфера. Нам остается только порадоваться тому, что Солнце, как всякая порядочная звезда, имеет внутри себя непро­зрачные для излучения слои. Будь иначе, ни о каком возникно­вении жизни на Земле не пришлось бы и говорить.