Образование химических элементов в космических телах 1

В настоящее время данные, полученные по искусственному превращению элементов, свидетельствуют о том, что атомы всех химических элементов, найденных на Земле, могли образоваться в результате протекания всевозможных ядерных реакций. Однако оставался нерешенным один из основных вопросов естествознания: когда и где образовались химические элементы в природных условиях? Очевидно, что в условиях, которые были на Земле со времени ее образования, синтез элементов не мог протекать. Поэтому, естественно, возник вопрос о поисках других космических тел, существующих сейчас или существовавших до образования Вселенной, в которых могли бы протекать процессы синтеза химических элементов.

Мысли об образовании элементов в других космических телах возникли еще в конце XVIII в. у некоторых естествоиспытателей. Основанием для них послужили данные о распространенности химических элементов в земной коре, метеоритах и атмосфере Солнца. Уже первые сведения об этих величинах показали чрезвычайную неравномерность в распространении отдельных элементов. Этот факт, как мы увидим дальше, лег в основу всех теорий о происхождении элементов.

Английский физик У. Крукс, выступая в 1886 г. в Королевском институте в Лондоне, высказал предположение, что все химические элементы образовались в космических телах из одного первичного вещества — «протила». Особенно следует отметить гениальные предвидения революционера Николая Александровича Морозова, который, находясь в заточении в Шлиссельбургской крепости, в 1903 г. писал: «Можно ли заключить., что каждый из известных нам до сих пор семидесяти восьми видов материи так же вечен, как и она сама: что газы нашей атмосферы, металлы земной коры и все вообще химические элементы, наблюдаемые нами в небесных светилах, не произошли и не происходят где-нибудь теперь, среди туманных скоплений, носящихся в бездонной глубине небесных пространств? Можно ли отсюда заключить, что атомы основных веществ, заключающиеся в нас и в окружающих нас телах, не распадаются никогда на более первоначальные частички, при каких-либо иных космических условиях, вроде тех небесных пожаров, которые обнаруживаются время от времени при спектральном исследовании внезапно вспыхивающих звезд? Конечно, нет».

После осуществления первой искусственной ядерной реакции ученые стали все чаще и чаще обращаться к другим космическим телам, пытаясь разгадать их тайну и в первую очередь найти ответ на вопрос — откуда звезды, подобные Солнцу, черпают свою энергию, которую они в течение многих миллиардов лет непрерывно и неизменно испускают в мировое пространство? До открытия ядерных реакций, сопровождающихся выделением огромного количества тепла, люди не знали таких источников энергии, которые могли бы объяснить светимость звезд. Ядерные реакции явились первым таким источником. Уже через четыре года после первого искусственного ядерного превращения крупный шведский химик С. Аррениус писал о том, что источником энергии Солнца могут являться ядерные реакции синтеза гелия из водорода.

Позднее, в 1929 г., Э. Аткинсон и Ф. Хоутерманс пришли к заключению, что вследствие высокой температуры в центре звезд протоны могут приобретать значительную кинетическую энергию, достаточную для преодоления потенциального барьера самых легких ядер. Эти взгляды теоретически были обоснованы Г. Бете. Он показал, что при образовании ядра гелия из четырех ядер водорода выделяется колоссальная энергия, достаточная для поддержания температуры Солнца и возмещения постоянного излучения энергии в течение десятков миллиардов лет.

С начала двадцатых и до конца сороковых годов вопрос о происхождении элементов стал обсуждаться главным образом физиками, которые предлагали различные гипотезы образования элементов. Все они исходили из предположения, что химические элементы образовались в результате всевозможных ядерных реакций, протекавших в больших масштабах в какой-то один определенный момент, предшествующий образованию ЗЕезд. Имеющиеся к тому времени сведения о светимости звезд не позволяли установить, в каких космических объектах могли протекать ядерные процессы, приводящие к синтезу тяжелых ядер. Поэтому был сделан вывод о том, что более тяжелые элементы, чем гелий, в настоящее время в звездах не образуются.