В нашей галактике - Мухин Лев Михайлович (электронная книга .txt) 📗
Невероятная чувствительность этой установи позволяла выуживать из емкости в 400 кубометров буквально считанные атомы аргона-37. Ведь его период полураспада 35 дней, и поэтому накапливать его можно было только до определенного предела. Дальше уже шла процедура химчистки, но не одежды, а аргона-37, который затем и предъявлялся как доказательство существования солнечных нейтрино.
И физики стали ждать результатов. Детектор Дэвиса имел хороший запас чувствительности по отношению к потоку солнечных нейтрино, даже для «минимальной модели» термоядерных процессов в недрах Солнца. Казалось, вот-вот появятся первые результаты. Но в течение многих лет гигантская установка Дэвиса не могла обнаружить солнечные нейтрино. Правда, в самое последнее время Дэвису удалось поймать таинственные частицы. Но все равно их число было намного меньше, чем предсказывали теоретические расчеты. Что же здесь могло быть неверным? Были тщательно перепроверены все теоретические оценки, вновь откалибрована установка, результаты оставались прежними.
В фундаменте физики Солнца возникла первая опасная трещина. Более того, как считают некоторые астрофизики, сейчас зарождается кризис доверия к основополагающим теориям строения и эволюции звезд. Отрицательный результат опытов Дэвиса поставил под угрозу казавшиеся до сих пор неуязвимыми теоретические построения. Этот результат требовал объяснения, и, конечно, теоретики взялись за работу.
Один крупный советский физик сказал, что все физики делятся на три категории: теоретики, экспериментаторы и интерпретаторы, то есть люди, которые могут и умеют лишь интерпретировать результаты чужих экспериментов на основании чужих теорий. В случае с детектором Дэвиса огромная армия теоретиков превратилась в интерпретаторов. Еще бы, кому приятно, когда рубят сук, на котором сидишь. А Дэвис подрубил сук, на котором сидело немало крупных астрофизиков. Понятно, что все они предпринимали попытки исправить ситуацию, которая стала, скажем прямо, угрожающей.
Для решения проблемы нейтрино привлекались самые неожиданные идеи. Некоторые предположения были вызваны отчаянием и беспомощностью.
Приведем лишь один пример. В «Астрофизическом журнале» в 1975 году появилась статья, в которой высказывается предположение, что в центре Солнца находится небольшая черная дыра с массой, примерно равной массе Земли, и радиусом несколько сантиметров. Такая черная дыра сумела бы обеспечить около половины наблюдаемой светимости Солнца. Остальное — за счет протон-протонного цикла. В этом случае Дэвис не смог бы «выудить» из своего бассейна с жидкостью для химчистки необходимого количества нейтрино.
Известный астрофизик В. Фаулер предположил, что скорость ядерных реакций в центре Солнца временно уменьшилась. Значит, и уменьшился поток нейтрино, и именно эту ситуацию мы видим сейчас. Но наружные слои Солнца еще «не знают» того, что произошло в центре. Ведь лучу света нужно десяток миллионов лет, чтобы достигнуть наружных слоев нашей звезды. Вскоре все должно прийти в норму, примерно через десять миллионов лет поверхности Солнца достигнет «неполноценный» поток фотонов, рожденный в период спада термоядерной активности солнечного ядра. Светимость Солнца несколько уменьшится, на Земле наступит ледниковый период.
На самом деле все эти цифры не очень точные, но, конечно, очень интересен тот факт, что периоды оледенения Земли совпадают с вариациями светимости, теоретически рассчитанными на основе идеи Фаулера. Тем не менее окончательных подтверждений этой идеи нет.
В общем, недостатка в гипотезах не было. Более того, некоторые теоретики готовы были отказаться от общей теории относительности, чтобы объяснить отрицательные результаты Дэвиса. Цена, как мы видим, немалая. Однако отказ от общей теории относительности повлек бы за собой и другие следствия, которые можно было бы наблюдать. В частности, Солнце должно было быть сплюснутым. Но проверки, проведенные на новых телескопах, не подтвердили этого. Общая теория относительности Эйнштейна (ОТО, как ее еще называют) осталась непоколебимой, и результаты Дэвиса не объясненными.
Как пишет специалист по физике Солнца Р. Нойс из Гарварда, «никакого решения проблемы солнечных нейтрино не видно». А один из ведущих современных астрофизиков, А. Камерон, прямо говорит, что именно проблема нейтрино служит предостережением о необходимости соблюдать осторожность, утверждая, что мы уже разобрались в природе недр Солнца и других звезд.
Но гипотезы гипотезами, а Солнце упрямо светит каждый день в течение многих миллиардов лет, светит, давая жизнь Земле, светит, определяя климат планет и само их существование. И в общем-то у нас нет сейчас никаких сомнений в том, что желтый карлик питается энергией термоядерного синтеза. Его вкусы постоянны, и он не балует себя разнообразием в пище. Вопрос в том, на какое время хватит ему этой пищи. Ведь в мире нет ничего вечного, и когда-нибудь он начнет испытывать водородный голод, ведь водород-то все время превращается в гелий. Что же тогда случится с нашей звездой?
Эта тема ничуть не менее интересна, чем таинство рождения нашего светила. Но сначала о его внешнем облике.
До настоящего момента мы говорили главным образом о том, что происходит в недрах Солнца. Но с Земли-то можно наблюдать и наружные слои звезды, а эти наблюдения также принесли немало загадок и сюрпризов.
Итак, наружная часть Солнца, которая видна с Земли, называется фотосферой. Когда мы наблюдаем Солнце, то видим, что в центре оно ярче, а по краям заметно темнее. Это и понятно. Мы ведь наблюдаем диск Солнца. В центре лучи света идут с больших глубин, а по краям с меньших, температура которых пониже.
Фотосфера — чрезвычайно разреженный газ с плотностью, в сотни тысяч раз меньшей, чем плотность земной атмосферы у ее поверхности. Температура фотосферы порядка 6 тысяч градусов, и, конечно, это в тысячи раз меньше, чем в центре Солнца.
Под фотосферой расположена мощная зона конвекции глубиной во многие тысячи километров. Процессы, происходящие в этой зоне, вызывают ряд удивительных явлений на «поверхности» Солнца, хотя точности ради мы должны отметить, что, конечно же, никакой выраженной поверхности Солнце не имеет.
Так вот, видимая поверхность Солнца напоминает кипящую рисовую кашу. Иными словами, она имеет ячеистую или гранулированную структуру. Астрономы много раз фотографировали эти структуры, следствие кипения наружных слоев, и назвали их гранулами.
Что такое гранула? Это ячейка размером около тысячи километров и температурой градусов на 300 выше, чем средняя температура фотосферы, и поэтому на фотографии она видна как светлое пятно. Гранула — попросту облако газа, поднимающееся из-за конвекции из более горячих, нижних слоев наверх. Вся фотосфера покрыта светлыми гранулами, а между ними — темные участки: там более холодный газ опускается вниз. «Живут» гранулы недолго — около пяти минут. Почему именно пять минут? Этот вопрос долго не давал покоя теоретикам.
Оказалось, что наша звезда, а вернее, ее подфотосферная конвективная зона выносит наверх, кроме всего прочего, значительное количество энергии в виде акустических — звуковых — волн. Солнце непрерывно работает еще как огромный оргáн. Сложное взаимодействие звуковых волн и обеспечивает пятиминутную грануляцию фотосферы. Их роль на этом не ограничивается. Вдобавок ко всему они еще греют и хромосферу, которая расположена над фотосферой, и корону нашего светила.
О короне позже. Сначала о знаменитых пятнах на Солнце. Особенно крупные пятна людям удавалось заметить на поверхности Солнца еще до изобретения телескопа. Но, поскольку у Аристотеля о пятнах на Солнце ничего не говорилось, церковь относилась к этим сообщениям как к опасной крамоле. С появлением телескопа в начале XVII века церкви стало трудно спорить с очевидными фактами.
