Нил Тайсон - Астрофизика с космической скоростью, или Великие тайны Вселенной для тех, кому некогда

В природе встречаются 94 элемента, однако именно водород составляет более двух третей всех атомов в человеческом организме и более 90 % всех атомов в космосе

И днем, и ночью, каждую секунду 4,5 миллиарда тонн стремительно движущихся ядер водорода превращаются в энергию, когда сталкиваются и превращаются в гелий в ядре Солнца, температура которого составляет 15 миллионов градусов.

Гелий широко известен как газ с низкой плотностью, который довольно легко раздобыть, а если вдохнуть, он временно повышает частоту вибраций голосовых связок, так что начинаешь пищать, как Микки-Маус. Гелий занимает второе место среди элементов и по простоте, и по распространенности во Вселенной. Хотя по распространенности он очень отстает от водорода, все же его в четыре раза больше, чем всех остальных элементов во Вселенной вместе взятых. Один из столпов космологии Большого взрыва – предсказание, что в любой области космоса гелий составляет не менее 10 % всех атомов, и именно в таком количестве он возник в огненном шаре первичной Вселенной. Поскольку гелий также получается из водорода в ходе термоядерного синтеза в недрах звезд, в некоторых областях космоса, вероятно, гелия накопилось больше 10 %, однако, по расчетам, его не может быть меньше – нигде, ни в одной области Галактики.

Лет за тридцать до того, как гелий открыли и выделили на Земле, астрономы заметили его в спектре солнечной короны во время полного солнечного затмения в 1868 году. Как мы уже отмечали, название «гелий», что логично, образовано от имени Гелиоса – древнегреческого бога Солнца. А поскольку плавучесть гелия в воздухе составляет 92 % от плавучести водорода и при этом он, в отличие от водорода, не взрывоопасен, гелий служит идеальным наполнителем для огромных фигурных воздушных шаров для парада в День Благодарения, который устраивает сеть универмагов «Мэйси», – отчего «Мэйси» и стала самым крупным потребителем этого газа в США, уступая только армии.

Третий по простоте элемент во Вселенной – литий: у него в ядре всего три протона. Литий, как и водород и гелий, возник во время Большого взрыва, однако, в отличие от гелия, который вырабатывается в недрах звезд, литий разрушается в ходе всех известных ядерных реакций. Еще один прогноз космологии Большого взрыва состоит в том, что атомы лития составляют не более одного процента всех атомов в любой области Вселенной. Еще не удалось найти ни одной галактики, где лития было бы больше этого верхнего предела, заданного Большим взрывом. Сочетание верхнего предела лития и нижнего предела гелия дает мощную пару констант для проверок различных гипотез в рамках космологии Большого взрыва.

Элемент углерод входит в огромное количество разных молекул – соединений с его участием во Вселенной больше, чем всех остальных разновидностей молекул вместе взятых. Учитывая распространенность углерода в космосе – он вырабатывается в ядрах звезд, вытекает на их поверхности и в изобилии извергается в галактическое пространство – нет лучше элемента, чтобы строить биохимию и разнообразие жизни. Следом за ним по распространенности с небольшим отрывом идет кислород – его тоже много во Вселенной, и он тоже вырабатывается в звездах и высвобождается, когда они взрываются. Углерод и кислород – главные ингредиенты известной нам живой материи.

А как же не известная нам живая материя? Что можно сказать о жизни, основанной на элементе кремнии? В таблице Менделеева кремний располагается прямо под углеродом, то есть, в принципе, способен создавать такое же богатое портфолио молекул. Правда, в конце концов, по нашим расчетам, победит все-таки углерод, поскольку во Вселенной его в десять раз больше, чем кремния. Но это не останавливает писателей-фантастов, которые держат экзобиологов в постоянном напряжении, придумывая различных кремний-органических инопланетян.

Натрий не только входит в состав поваренной соли, но и представляет собой на сегодня самый распространенный светящийся газ в уличных фонарях. Натриевые лампы горят дольше и ярче ламп накаливания, хотя, вероятно, скоро их вытеснят светодиодные, которые при той же мощности горят ярче и обходятся дешевле. Натриевые лампы бывают двух разновидностей: лампы высокого давления, дающие желтовато-белый свет, и более редкие лампы низкого давления – оранжевые. Световое загрязнение неба в любом случае вредно для астрофизики, однако, оказывается, натриевые лампы низкого давления немного лучше, поскольку свет, которым они загрязняют небо, легче вычесть из изображений, получаемых телескопами. Пример сотрудничества гражданского общества и ученых подал город Таксон в штате Аризона – ближайший к Национальной обсерватории Китт-Пик крупный населенный пункт: его муниципалитет по договоренности с местными астрофизиками заменил во всех уличных фонарях лампы накаливания на натриевые низкого давления.

Алюминий составляет почти 10 % земной коры, однако древние люди его не знали, а нашим прапрадедам он был в диковинку. Этот элемент удалось выделить и описать лишь в 1827 году, а в обиход он вошел лишь в конце 60-х годов ХХ века, когда на смену жестяным консервным банкам и оловянной фольге пришли алюминиевые консервные банки и, конечно, алюминиевая фольга (хотя консервные банки мы иногда по старинке зовем жестянками). Полированный алюминий – практически идеальный отражатель видимого света, поэтому сегодня именно им покрывают большинство зеркал для телескопов.

Титан плотнее алюминия в 1,7 раза и при этом более чем вдвое прочнее. Поэтому титан, девятый по распространенности элемент в земной коре, в наши дни греется в лучах заслуженной славы: ему нашли множество применений, в том числе в протезах и в деталях военных самолетов, словом, везде, где нужен легкий, но очень прочный металл.