Александр Никонов - Астрономия на пальцах.

Ладно, а что будет с Солнцем после того, как оно раздуется до совершенно неприличных размеров и поглотит ближайшие планеты – Меркурий, Венеру и Землю?

После того, как очередная порция топлива в серединке звезды выгорит, там начнется гравитационное сжатие, которому уже не противостоит распирающее излучение (топливо-то кончилось!).

Но поскольку масса Солнца не велика, гравитационного сжатия не хватит на то, чтобы разжечь следующую ступень синтеза – более тяжелых химических элементов. Солнце сбросит свою раздувшуюся внешнюю оболочку, которая в виде туманности разлетится в разные стороны, а серединка Солнца превратится в так называемого белого карлика – небольшую звездочку, которая будет еще какое-то время излучать в пространство остаточное тепло, пока совсем не остынет.

А если звезда тяжелее Солнца, что будет с ней?

Еще интереснее! Середина звезды по мере выгорания очередного химического элемента начнет сжиматься под действием гравитации из-за того, что ее больше не распирает излучением. И будет сжиматься до тех пор, пока гравитация не уплотнит и не разгорячит ее вещество настолько, что включится очередная порция синтеза очередного, более тяжелого химического элемента. Затем выгорит и он, и, если массы звезды хватит для дальнейшей ступени разогрева и запуска, выработавшийся на прошлой стадии элемент сам станет топливом.

Но!

Теперь нам придется вернуться к обстоятельству № 2, к которому мы обещали вернуться ранее и которое, напомню, заключается в том, что синтез более тяжелых, чем железо, элементов в звездах не идет. То есть звезды могут выработать только половину таблицы Менделеева – до железа включительно. А нам-то нужна вся! Загляните-ка еще раз в таблицу Менделеева! Как же мы без золота будем? И уран с плутонием нам нужны в качестве топлива для атомных электростанций. Ртуть мы используем в градусниках. Свинец – в аккумуляторах. Из меди делаем провода. Цинком покрываем тазы и ведра. Газ криптон задуваем в газоразрядные лампы. Тонким слоем серебра покрываем обратную сторону зеркала, чтобы оно отражало. Олово применяется для пайки проводов. Спиртовым раствором йода мы мажем ранки… И это далеко не полный перечень нужных химических элементов, которые не нарабатываются в термоядерных звездных топках. Потому что, повторюсь, звезды производят только элементы легче железа.

Почему только до железа? И откуда тогда берутся остальные элементы, которые мы используем и из которых состоим?

Это, ребята, интересный вопрос, требующий ответа. И для ответа на него надо чуток углубиться в физику элементарных частиц. Это ничего, если я за пять минут сделаю из вас специалистов по физике элементарных части? Вот и славно!

Тогда давайте проведем мысленный эксперимент. Представьте себе две абсолютно одинаковые игрушки, собранные из деталек конструктора «Лего». Представили?

На левую чашу весов мы кладем целую игрушку, а на правую – такую же игрушку, разобранную на детальки. Какая чаша перевесит?

Да никакая! Ясно, что весы уравновесятся, поскольку в сумме все детальки по отдельности весят столько же, сколько все детальки в сборе.

Это же проще пареной репы!

Верно. В макромире это действительно так. А вот в микромире, то есть в мире элементарных частиц, это вовсе не так – там собранная конструкция весит меньше, чем отдельные детали! И эта разница называется дефектом массы. Например, четыре частицы, взятые от отдельности – два протона и два нейтрона – весят больше, чем сборная конструкция из этих частиц, сцепленных вместе сильным взаимодействием и представляющая собой ядро атома гелия.

«Лего» микромира – это совсем не то, что «Лего» нашего мира.

Ну и куда же делась лишняя масса при сборке?

Мы уже знаем ответ на этот вопрос: она выделилась в виде энергии, то есть превратилась в излучение! В то самое излучение, которым светят звезды, когда в них идет термоядерная реакция синтеза, то есть слияния простых деталек в более сложные конструкции. Потому что в микромире нет различий между массой и энергией, между веществом и волной.

Можно и так сказать, что энергия улетевшая к чертовой матери при синтезе (сборке) ядра – это характеристика прочности собранного ядра, энергия его внутренней связи. Чем больше улетело, то есть чем больше дефект массы, тем крепче связь между собранными в конструкцию детальками. Почему? Ну смотрите, если часть массы при образовании сборной конструкции улетела в виде излучения, то для того, чтобы эту конструкцию обратно разобрать, нужно эту улетевшую энергию обратно в собранное ядро добавить, энергично шарахнув по нему. Тогда добавленная при ударе энергия превратится в массу, и ядро разлетится на отдельные частички, которые снова в сумме будут весить больше, чем они весили в собранном состоянии.

То есть ядро гелия просто так не развалишь! Оно крепко сбито. Но самыми прочными, самыми стабильными являются ядра химических элементов, находящихся примерно в серединке таблицы Менделеева – в районе железа. У них максимальный дефект массы. То есть максимальная прочность на разрыв.

Для того чтобы «склеить» из двух протонов гелий, нужно сблизить всего два положительных зарядика, преодолев силу их отталкивания. А вот для того, чтобы сблизить для термоядерного слияния (синтеза) два больших ядра со множеством протонов, нужно затратить намного больше сил, поскольку их взаимное отталкивание очень велико (много положительных зарядиков сопротивляются сближению). Но чем больше ядра, тем больше в них протонов. А мы помним, что очень большие ядра неустойчивы в силу того, что ядерные силы весьма короткодействующие, и при наборе положительных зарядов (протонов) их отталкивание уже начинает преобладать над силами ядерного сцепления. То есть существуют некоторые оптимальные значения числа протонов, при которых ядра получаются наиболее устойчивыми, стабильными. Это ядра с максимальным значением дефекта масс. Их очень трудно разорвать, поскольку нужно вкладывать уже слишком большую энерго-разницу, равную дефекту масс. И при этом их еще не помогает разорвать взаимное отталкивание чересчур огромного числа протонов. Это ядра, лежащие в таблице Менделеева вокруг железа, соседние с ним. Посмотрите таблицу, найдите соседей железа в этом общежитии. Это самые крепкие жители таблицы!

Таким образом, дефект массы – второе имя крепкости связи частиц в ядре. Чем больше для ядра дефект массы, тем оно крепче.

Все, что лежит дальше от железа, имеет меньшую стабильность, меньший дефект масс, то есть расколоть здоровенные ядра легче, чем ядро железа, поскольку возможному расколу будут помогать силы отталкивания протонов в ядре.