Айзек Азимов - Загадки мироздания

От наличия в воздухе 0,06 процента углекислого газа никто из нас не отравится, конечно, но что же произойдет с парниковым эффектом? Средняя температура на Земле медленно поползет вверх. Она уже несколько поднялась в первой половине XX века, возможно, именно благодаря увеличению содержания углекислого газа в воздухе.

Если на Земле станет чуть теплее, можно ожидать таяния полярных льдов, в результате чего уровень воды в Мировом океане поднимется. Даже если считать, что увеличившееся давление воды продавит океанское дно, все равно после полного таяния ледниковых шапок уровень моря будет метров на 60 выше, чем сейчас.

Все прибрежные территории континентов, где сейчас проживает больше всего людей, окажутся затопленными. Правда, по предварительным подсчетам, даже при самом резком развитии ситуации полностью полярные шапки растают не быстрее чем лет за 400, так что у человечества будет время подготовиться. Например, справиться с ситуацией помог бы полный отказ от сжигания угля и нефти в пользу применения атомной энергии. Специально разработанные устройства для широкомасштабного устранения углекислого газа из атмосферы могли бы остужать Землю, а по океанам можно было бы рассеивать вещества, с помощью которых удавалось бы эффективнее отражать солнечный свет.

В качестве последнего средства можно было бы переселить людей из некоторых районов поближе к полюсам — ведь эти пустынные сейчас местности смогут в случае потепления прокормить множество людей.

Атмосфера Земли, не раз уже устраивавшая кризисные ситуации всему живому на нашей планете, грозит уже в ближайшем будущем разразиться еще одним небывалым кризисом.

Сейчас, когда запущенные человеком космические аппараты приближаются к Луне, кружатся вокруг нее, опускаются на нее и мы готовимся к тому, чтобы высадить на Луну человека, нам полезна любая информация о Луне, какую мы только можем получить. Вот что мы можем сказать, к примеру, об атмосфере Луны?

Вы скажете, что на Луне нет атмосферы.

Да, действительно, ничего даже отдаленно напоминающего земную атмосферу на Луне нет. И все же что-то на ней присутствует. Она не может вообще не иметь атмосферы. Вот как это можно показать.

Земля состоит из двух радикально различающихся между собой частей (как яйцо, состоящее из центрального желтка и окружающего его белка). «Желтком» Земли является никелево-железное ядро, плотность которого примерно в десять раз больше плотности воды. Его окружает «белок» — силикатная кора, плотность которой мала — всего втрое больше плотности воды. Соответственно, средняя плотность Земли представляет собой значение среднее между этими двумя цифрами — в 5,5 больше плотности воды (или 5,5 грамма на кубический сантиметр).

Плотность Луны — 3,3 грамма на кубический сантиметр. Для того чтобы иметь настолько меньшую, чем Земля, плотность, Луна должна быть лишена какого-либо крупного ядра из железа и никеля и представлять собой практически сплошной силикат.

Логично предположить, что по химическим элементам состав Луны сходен с составом земных горных пород. И то и другое формировалось в одно и то же время и из одних и тех же материалов. Если в земной коре содержится 2 процента калия, то и от Луны (целиком) следует ожидать того же.

Масса Луны — 73 430 000 000 000 000 000 000 килограммов, то есть, грубо округляя, 80 квинтиллионов тонн. Масса лунного калия (в первом приближении) — 1 800 000 000 000 000 000 000 килограммов, или почти 2 квинтиллиона тонн.

Существует три вида атомов калия. Два из них, калий-39 и калий-41, составляют примерно 99 процентов от общих запасов калия. Однако 0,0119 процента от всего калия существует в виде редкого изотопа, калия-40, обладающего интересными свойствами. Общая масса калия-40 на Луне может составить 214 000 000 000 000 000 килограммов, или 214 триллионов тонн.

Необычное свойство калия-40 — это его радиоактивность. Период полураспада этого элемента — 1,3 миллиарда лет, что означает, что за такой срок половина существующих атомов калия-40 распадется. Большинство распадающихся атомов (точнее, 89 процентов) отдают один электрон и становятся стабильными атомами кальция-40. Однако ядро остальных 11 процентов, напротив, принимает электрон из окружающей среды, и эти атомы становятся, таким образом, стабильными атомами аргона-40.

Когда известен период полураспада радиоактивного вещества, легко подсчитать скорость его распада в единицу времени. На Луне каждую секунду распадается 3600 граммов калия-40, в результате чего каждую секунду образуется 3240 граммов кальция-40 и 360 граммов аргона-40.

Именно аргон-40 нас интересует в первую очередь, поскольку аргон — это газ, а значит, на Луне идет постоянный процесс образования собственной атмосферы. Да, 360 граммов — это немного, но это ведь только за одну секунду, а сколько их проходит, этих секунд…

Не стоит забывать, что раньше на Луне, как и везде, было больше калия-40 — 1,3 миллиарда лет назад его было вдвое больше, чем сейчас, а четыре миллиарда лет назад — в восемь раз больше.

Если подсчитать, сколько аргона было образовано за те четыре миллиарда лет, в течение которых Луна является твердым телом, с учетом того, что с самого начала калия-40 было в несколько раз больше, то получится, что всего за все это время было образовано 150 000 000 000 000 000 килограммов, или около 150 триллионов тонн аргона.

Для сравнения — это почти в три раза больше аргона, чем имеется в нашей собственной атмосфере (куда он попал и продолжает попадать точно таким же образом — формируясь из калия-40).

Если бы весь этот аргон сейчас присутствовал на поверхности Луны, на ней имелась бы сейчас атмосфера с массой равной 1/30 земной атмосферы. Кроме того, поскольку площадь поверхности Луны в шестнадцать раз меньше площади поверхности Земли, ее атмосфера имела бы при этом плотность всего в два раза меньше земной.

Однако, как нам хорошо известно, на Луне атмосферы нет. Что же случилось с производимым Луной аргоном?

Во-первых, калий-40 все же распределен по всей массе Луны. Аргон, образуемый во внешних слоях лунной почвы, еще может каким-то образом выбраться наружу, но, формируясь в более глубоких слоях, он оказывается в ловушке, из которой не в силах выбраться. (Аргона, вырабатываемого на Земле, это тоже касается. Общее количество аргона, замурованного в земной коре, как минимум в пять, а возможно, и в пятнадцать раз больше, чем аргона, имеющегося в атмосфере.)

Но ведь даже и 1/15 вырабатываемого на Луне аргона хватило бы, чтобы на ней сейчас существовала атмосфера плотностью 3 процента от земной, а этого мы не наблюдаем.

Действительно, есть и еще одна причина. Гравитационное поле Луны в шесть раз меньше, чем Земли. У него просто не хватает сил удержать вырабатываемый аргон. Луна теряет свой аргон почти с той же скоростью, с какой он просачивается наружу сквозь поры лунного грунта.