Филип Плейт - Смерть с небес. Наука о конце света

Разумеется, астрономы — признаюсь, я тоже этим грешу — любят использовать уменьшительные прилагательные, описывая звезды с малой массой: миниатюрные, крошечные, слабые . Но это вряд ли справедливо: даже самая маленькая звезда гораздо, гораздо крупнее, чем Юпитер, а Юпитер огромный — в него поместилось бы 1400 планет Земля, поэтому даже маленькая звезда — это гигантский объект.

И тем не менее Солнце крупнее, чем большинство звезд в Галактике: их средний диаметр составляет лишь десятую часть диаметра Солнца. Поэтому даже в космических масштабах Солнце большое .

В человеческих масштабах, как вы можете вообразить, это страшное, страшное место.

Солнце находится от нас на расстоянии 150 млн км. Если бы мы могли проложить к нему шоссе, то понадобилось бы 170 лет, чтобы доехать до него. Даже на самолете пришлось бы лететь два десятилетия, если бы это было возможно.

Тем не менее… представьте, что сейчас лето и вы стоите на улице. Вы подставляете лицо Солнцу. Чувствуете тепло? Конечно! Солнце такое яркое, что на него даже невозможно смотреть. А если вы постоите на солнце дольше нескольких минут, то рискуете повредить свою кожу.

Внушительная энергия Солнца генерируется глубоко в его сердцевине, где идет ядерная реакция: внутри Солнца постоянно происходит слияние ядер водорода с образованием ядер гелия. При каждой такой реакции высвобождается немного энергии, а в недрах Солнца эти реакции происходят постоянно : каждую секунду каждого дня Солнце преобразует 700 млн т водорода в 695 млн т гелия.

Недостающие 5 млн т преобразуются в энергию согласно знаменитому уравнению Эйнштейна E=mc 2 , которое демонстрирует, что масса и энергия могут превращаться друг в друга и что крупица материи производит колоссальное количество энергии. Пять миллионов тонн — это огромное количество материи, эквивалентное массе семи доверху груженых нефтеналивных супертанкеров… а Солнце пережевывает столько водорода каждую секунду [5] Только спокойствие! В обозримом будущем водород у Солнца не закончится. Может показаться, что 5 млн т — это огромное количество, но это всего лишь 0,00000000000000000025 % от массы Солнца. Реакции слияния будут происходить еще миллиарды лет. .

Энергия, ежесекундно генерирующаяся в ядре Солнца и равная энергии, излучаемой его поверхностью, эквивалентна детонации 100 млрд ядерных бомб мощностью 1 Мт . Это в 200 млн раз больше суммарной мощности всего ядерного оружия, когда-либо взорванного на поверхности Земли, под землей и в воздухе… а Солнце делает это каждую секунду каждого дня и не перестанет еще миллиарды лет.

Некоторые любят говорить, что Солнце, по сути, это гигантская ядерная бомба, но это ошибочное мнение: бомба взрывается [6] Вы можете сказать, что это отличительная особенность бомбы. . Но Солнце не взрывается, потому что имеет большую массу. Это означает, что оно обладает значительными силами тяготения, уравновешивающими энергию, которую оно генерирует. За счет образующегося тепла Солнце стремится расшириться (как надувается воздушный шар), но собственные силы тяготения не дают ему это сделать. Это состояние равновесия; в принципе, газовый шар с ядерным синтезом в центре, удерживаемый собственными силами тяготения, — это хорошее определение звезды.

Однако тот факт, что Солнце не взрывается целиком как бомба, не означает, что взрывов не происходит. На деле, Солнце способно на эпические взрывы; но они не ядерные по своей природе, они магнитные.

Когда я был маленьким (да что уж, даже сейчас, надо признаться), меня зачаровывали магниты. У меня было несколько разных, и я постоянно с ними играл. Я много читал о магнетизме, и в одной из моих книг говорилось, что магнетизм можно уничтожить теплом. Я (осторожно!) подержал брусок магнита несколько минут в пламени свечи и точно, после этого он перестал притягивать гвозди и иголки.

Уже в то время я увлекался астрономией, и у меня была книга, рассказывающая о магнитном поле Солнца. Я помню, что меня смущал один факт: как у Солнца может быть магнитное поле, если оно такое горячее?

Тогда я не понимал, что магнитное поле может возникать разными путями. Проще говоря, магнитное поле могут генерировать движущиеся электрические заряды. Например, когда вы включаете свет, электроны (отрицательно заряженные субатомные частицы) движутся по проводам от розетки в стене к лампе. Этот поток создает вокруг провода локальное (временное) магнитное поле. Однако, когда вы выключаете свет, поток электронов прекращается, и магнитное поле пропадает [7] Вы можете сами это проверить с помощью обычного компаса. Найдите дома любую лампу или какое-нибудь устройство, включенное в розетку. Поднесите компас к проводу и включайте и выключайте устройство. Под воздействием локального магнитного поля стрелка компаса будет отклоняться. .

Это очень интересный и полезный эффект. Если токопроводящий объект, например провод, движется в магнитном поле, по этому проводу будет протекать электрический ток. Этот ток, в свою очередь, генерирует собственное магнитное поле. Если ток будет течь в подходящем направлении, его магнитное поле будет усиливать внешнее магнитное поле, и вы получите самоподдерживающуюся систему.

Однако это срабатывает только в том случае, если имеется внешний источник энергии, приводящий объекты в движение. Например, вы могли бы использовать пусковую рукоятку и вращать катушку из медного провода внутри магнитного поля (создаваемого постоянным магнитом). В этом случае источником внешней энергии является ваша рука. А если вы сообразительны и хотите генерировать много электричества, вы помещаете эту конструкцию у источника проточной воды, например внутрь плотины, и делаете гигантские турбины из меди, которые вращает текущая вода… именно по такому принципу работает гидроэлектростанция. Система, таким образом преобразующая механическую энергию в электрическую, называется динамо .

Солнце — именно такое динамо. Внутри оно горячее: настолько горячее, что электроны срывает с орбит атомов и они могут двигаться более или менее свободно. Атом, лишившийся одного или нескольких электронов, называют ионизированным . Свободные электроны, двигаясь в ионизированном газе, генерируют магнитные поля.

Если бы Солнце просто висело в пространстве, как неподвижный и невращающийся раскаленный газовый шар, электроны внутри него двигались бы хаотично, поэтому все возникающие отдельные магнитные поля были бы ориентированы в произвольных направлениях и компенсировали друг друга. Но движение электронов внутри Солнца далеко не беспорядочное. Начнем с того, что Солнце совершает один оборот вокруг своей оси в месяц, и благодаря этому внутри него возникают потоки газа. Для электронов такое преобладающее направление движения означает, что их индивидуальные магнитные поля могут усиливать друг друга, создавая более сильное магнитное поле, как ручьи, все вместе впадающие в реку.