Образование химических элементов в космических телах 1

Изучение китайских, японских, индийских_; арабских и других летописей за последние две тысячи лет показало, что описание необыкновенных звезд встречается всего пять-шесть раз. Это свидетельствует о чрезвычайной редкости вспышек Сверхновых звезд. В среднем в каждой галактике вспыхивает по одной такой звезде раз в триста лет. За последние 500 лет в нашей Галактике наблюдалось только две вспышки Сверхновых звезд. Первая вспыхнула в 1572 г. в созвездии Кассиопея и была зарегистрирована датским астрономом Тихо Браге. Вторая Сверхновая звезда появилась в созвездии Змееносца в 1604 г., она была обнаружена И. Кеплером. Сверхновые звезды вспыхивают внезапно, при этом светимость звезды, которая до вспышки была еле заметна даже в самые сильные телескопы, увеличивается во много миллионов раз, превышая светимость Солнца в 10⁷—10¹⁰ раз. После вспышки светимость начинает постепенно уменьшаться, но ее падение происходит не одинаково для всех Сверхновых звезд. Оказывается, что у некоторых Сверхновых наблюдается очень быстрый спад их светимости в течение первых дней существования, а затем он замедляется и происходит далее строго по экспоненциальному закону, подобно тому как спадает радиоактивность. Уменьшение вдвое светимости некоторых Сверхновых звезд происходит в течение 55 дней. Этот факт, как мы увидим ниже, имеет большое значение для выявления процессов, приводящих к вспышкам Сверхновых, а также для выяснения вопроса о происхождении химических элементов.

Наблюдения показали, что Сверхновые звезды окутаны большими светлыми облаками неправильной формы. Вещество этих облаков выбрасывается Сверхновыми звездами во все стороны с огромными скоростями (до 6000 км/сек), однако, несмотря на это, вещество полностью не рассеивается в космическом пространстве, а сохраняется еще очень долгое время после вспышки в виде туманности.

Рис. 17. Крабовидная туманность — остаток Сверхновой 1054.

Примером может служить Крабовидная туманность в созвездии Тельца (рис. 17), которая, несомненно, является остатком звезды Гостьи после ее вспышки в 1054 г. Крабовидная туманность представляет очень большой интерес и поэтому тщательно исследуется.

5. Состав звезд

В 1859 г. Г. Кирхгоф показал, что темные линии, наблюдаемые в спектре Солнца, принадлежат одному из распространенных на Земле элементов — натрию. Позднее в спектре Солнца были обнаружены линии еще семи элементов — магния, кальция, хрома, меди, цинка, бария и никеля. Спектральный метод анализа — чрезвычайно мощный и пока единственный метод исследования состава космических объектов. Триумфом — его явилось открытие нового элемента — гелия в спектре атмосферы Солнца. 18 августа 1868 г. французский астрофизик Ж. Жансен во время полного солнечного затмения обнаружил в спектрах протуберанцев оранжево-желтую блестящую линию. Это явление наблюдал и Н. Локьер, который пришел к выводу, что обнаруженная линия принадлежит еще неизвестному химическому элементу, и предложил его назвать в честь Солнца гелием. Только в 1895 г. английский химик У. Рамзай выделил элемент гелий из минералов земной коры — уранинита и клевеита.

В спектрах Солнца и других звезд обнаружены спектральные линии 67 химических элементов, найденных ранее в породах Земли. Более того, элемент технеций, полученный в земных условиях только искусственным путем и до сих пор не обнаруженный в земной коре в сколь-нибудь заметных количествах, несколько лет назад был зафиксирован в спектре Солнца и некоторых красных гигантов. Этот факт впервые показал, что химические элементы могут существовать в одних космических телах и отсутствовать в других.

Большинство звезд в основном состоит из водорода. Его линии наблюдались в спектре Солнца еще в 1802 г. У. Волластоном, расшифрованы они были значительно позднее Г. Кирхгофом. В 1876 г. А. Хеггинсон впервые сфотографировал линии водорода в спектре атмосферы Веги. Сейчас известно около 2000 звезд с яркими линиями водорода в спектре. Большинство из них принадлежит к классу В, хотя некоторые относятся к классу О и А. Второе местр по распространенности занимает гелий, сравнительно много в звездах кальция и железа.

Для решения вопроса о происхождении химических элементов очень важно, что звезды и другие космические объекты сильно отличаются по содержанию в них различных элементов. Большинство звезд нашей Галактики имеют атмосферы с явным преобладанием водорода. Остальные элементы, кроме гелия, содержатся в них в очень малых количествах. Об этом свидетельствуют данные табл. 4, в которой приведено содержание некоторых элементов в атмосфере наиболее хорошо изученных звезд — τ Скорпиона и γ Пегаса, а также в атмосфере Солнца.

Таблица 4

Содержание элементов в некоторых космических объектах

(содержание атомов кислорода принято за единицу)¹