Самый распространенный химический элемент во Вселенной 7 букв. Химический элемент доля которого во вселенной составляет 75

Химические элементы в природе

Ученые объясняют возникновение химических элементов теорией Большого Взрыва. Согласно ей, Вселенная образовалась после Большого Взрыва огромного огненного шара, который разбросал во всех направлениях частицы материи и потоки энергии. Хотя, если во Вселенной самые распространенные химические элементы это Водород и Гелий, то на планете Земля - это Кислород и Кремний.

Из всего числа известных химических элементов, на Земле найдено 88 таких элементов, среди которых самыми распространенными в земной коре являются Кислород (49,4%), Кремний (25,8%), также Алюминий (7,5%), Железо, Калий и другие химические элементы, встречаемые в природе. На эти элементы приходится 99% массы всей Земной оболочки.

Состав элементов в Земной коре отличается от элементов, находящихся в мантии и ядре. Так ядро Земли состоит в основном из железа и никеля, а поверхность Земли насыщена кислородом.

Самые распространенные химические элементы на Земле

Кислород

(49,4% в Земной коре)

Кислород используют для дыхания почти все живые организмы на Земле. Десятки миллиардов тонн Кислорода расходуются каждый год, но в воздухе его все равно не становится меньше. Ученые считают, что зеленые растения на планете выделяют Кислорода почти в шесть раз больше, чем он расходуется... подробнее

Кремний

(25,8% в Земной коре)

Роль Кремния в геохимии Земли огромна, примерно 12% литосферы составляет кремнезем SiO2 (все твердые и прочные породы состоят на треть из кремния), а число минералов, в которых содержится кремнезем больше 400. На Земле Кремний в свободном виде не встречается, только в соединениях...подробнее

Алюминий

(7,5% в Земной коре)

В чистом виде в природе Алюминий не встречается. Алюминий входит в состав гранитов, глины, базальтов, полевого шпата и др. и содержится во многих минералах... подробнее

Железо

(4,7% в Земной коре)

Этот химический элемент очень важен для живых организмов, так как является катализатором дыхательного процесса, участвует в доставке кислорода к тканям и присутствует в гемоглобине крови. В природе Железо встречается в руде (магнетит, гематит, лимонит и пирит) и в более 300 минералах (сульфиды, силикаты, карбонаты и др.)... подробнее

Кальций

(3,4% в Земной коре)

В чистом виде в природе не встречается, в соединениях содержится в почве, во всех неорганических связующих веществах, животных, растениях и природной воде. Ионы Кальция в крови играют важную роль в регулировании работы сердца, и позволяют ей свертываться на воздухе. При недостатке Кальция у растений, страдает корневая система... подробнее

Натрий

(2,6% в Земной коре)

Натрий распространен в верхней части земной коры, в природе встречается в виде минералов: галита, мирабилита, криолита и буры. Входит в состав человеческого организма, в крови человека содержится около 0.6% КаС1, за счет которого поддерживается нормальное осмотическое давление крови. В животных Натрия содержится больше чем в растениях... подробнее

Калий

(2,4% в Земной коре)

В природе не встречается в чистом виде, только в соединениях, содержится во многих минералах: сильвине, сильвините, карналлите, алюмосиликатах и др. В морской воде содержится примерно 0,04% калия. Калий быстро окисляется на воздухе и легко вступает в химические реакции. Является важным элементом развития растений, при его недостатке они желтеют, а семена теряют всхожесть... подробнее

Магний

(1,9% в Земной коре)

В природе Магний не встречается в чистом виде, но входит в состав многих минералов: силикатов, карбонатов, сульфатов, алюмосиликатов и др. Кроме этого Магния много в морской воде, подземных водах, растениях и природных рассолах... подробнее

Водород

(0,9% в Земной коре)

Водород входит в состав атмосферы, всех органических веществ и живых клеток. Его доля в живых клетках по числу атомов составляет 63%. Водород входит в состав нефти, вулканических и природных горючих газов, немного Водорода выделяют зеленые растения. Образуется при разложении органических веществ и при коксовании угля... подробнее

Титан

(0,6% в Земной коре)

В природе не встречается в свободном виде, часто в виде двуокиси TiO2 или её соединений (титанатов). Содержится в поч¬ве, в животных и растительных организмах и входит в состав больше 60 минералов. В биосфере Титан рессеян, в морской воде его 10-7%.Титан содержится и в зернах, плодах, стеблях растений, в тканях животных, молоке, куриных яйцах и в человеческом организме... подробнее

Самые редкие химические элементы на Земле

Лютеций (0,00008 % в Земной коре по массе). Для получения его выделяют из минералов вместе с другими тяжёлыми редкими элементами.
Иттербий (3,310-5% в Земной коре по массе). Содержится в бастензите, монаците, гадолините, талените и др. минералах.
Тулий (2,7 •10−5 масс. % в Земной коре по массе). Так же как и другие редкоземельные элементы содержится в минералах: ксенотим, монацит, эвксенит, лопарит и др.
Эрбий (3,3 г/т в Земной коре по массе). Добывается из монацита и бастенизита, так же как и некоторые редкие химические элементы.
Гольмий (1,3•10−4 % в Земной коре по массе). Вместе с другими редкоземельными элементами содержится в минералах монаците, эвксените, бастенизите, апатите и гадолините.

Очень редкие химические элементы применяют в радиоэлектронике, атомной технике, машиностроении, метталургии и химической промышленности и др.

xn----8sbiecm6bhdx8i.xn--p1ai

Контрольная работа №1 по теме Общая характеристика химических элементов и химических реакций

9 класс по ФГОС Контрольная работа №1 «Общая характеристика химических элементов и химических реакций» ВАРИАНТ 1Часть А. Тестовые задания с выбором одного правильного ответа А1. Вещество, из которого более чем наполовину состоит Солнце, Кислород 2) водород 3) гелий 4) углекислый газ А2. Вещества в составе внутреннего и внешнего ядра земного шара железо и никель 2) кремний и алюминий 3) железо и магний 4) титан и кобальт A3. Реакция взаимодействия серной кислоты с гидроксидом натрия разложения 2) соединения 3) обмена 4) замещения А4. Из приведённых уравнений реакций NaOH + НС1 = NaCl + Н20 3) 2НС1 + Zn = ZnCl2 + Н2 4Р + 502 = 2Р205 4) CuO + h3S04 = CuS04 + Н20 к ОВР относятся А) 1,3 Б) 2, 4 В) 2,3 Г) 3,4 А5. Фактор, не влияющий на скорость химических реакций, природа реагирующих веществ 3) температура концентрация реагирующих веществ 4) тип химической реакции А6. Порядковый номер элемента соответствует 1) заряду ядра атома 2) числу электронов в наружном электронном слое 3) числу электронных слоёв в атоме 4) числу нейтронов в атоме А7. В ряду элементов Na—Mg—А1—Si 1) уменьшаются радиусы атомов 2) уменьшается число протонов в ядрах атомов 3) увеличивается число электронных слоёв в атомах 4) уменьшается высшая степень окисления атомов в соединениях А8. Наиболее ярко кислотные свойства выражены у гидроксида 1) алюминия 2) серы 3) хлора 4) фосфора А9. Верны ли суждения о закономерностях изменения свойств простых веществ в Периодической системе химических элементов? А. В периодах с увеличением порядкового номера элемента металлические свойства усиливаются. Б. Неметаллические свойства у фосфора выражены ярче, чем у мышьяка, но слабее, чем у азота. верно только А 2) верны оба суждения 3) верно только Б4) неверны оба суждения А10. Гидроксид, вступающий в реакцию и с серной кислотой, и с гидроксидом калия,

weburok.com

Химический элемент содержание во вселенной

Водород — самый распространенный элемент Вселенной. Он составляет основную массу Солнца, звезд и других космических тел. В недрах звезд на определенной стадии их эволюции протекают разнообразные термоядерные реакции с участием водорода. Они и являются источником неисчислимого количества энергии, излучаемого звездами в космическое пространство. Распространенность водорода на Земле существенно иная. В свободном состоянии на Земле он встречается сравнительно редко — содержится в нефтяных и горючих газах, присут ствует в виде включений в некоторых минералах. Некоторое количество водорода появляется постоянно в атмосфере в результате разложения органических веществ микроорганизмами, но затем водород быстро перемещается в стратосферу вследствие его легкости. Основная масса водорода в земной коре находится в виде химических соединений с другими элементами большая часть его связана в форме воды, глин и углеводородов последние составляют основу нефти и входят составной частью в природные горючие газы. Кроме того, растительные и животные (организмы содержат сложные вещества, в состав которых обязательно входит водород. Общее содержание водорода составляет 0,88% массы земной коры, и по распространенности на Земле он занимает 9-е место. [c.293] Если сравнить химический состав Земли с составом Вселенной, то, казалось бы, между ними не должно быть существенных различий, за исключением, пожалуй, водорода, который легко уходит из атмосферы в межпланетное пространство. К сожалению, судить о составе Земли можно лишь по составам атмосферы, гидросферы и земной коры, изученной в глубину не более чем на 20 км. Главная химическая особенность этих трех сфер — необычайно высокое содержание кислорода, что объясняется уже не строением ядер его атомов, а его химическими свойствами. Атомы кислорода способны образовывать прочные химические связи с атомами многих элементов, в том числе кремния и алюминия. В процессе образования земной коры эти элементы накапливались в ней благодаря легкоплавкости их соединений со щелочами. В итоге на поверхности нашей планеты выкристаллизовалась твердая кремнекислородная оболочка. Кислород, не считая воды, входит в состав 1364 минералов. В атмосфере кислород появился около 1,8 млрд. лет назад в результате действия на минералы микроорганизмов. В настоящее время выделение кислорода растениями за счет фотосинтеза возмещает его убыль в атмосфере в ходе процессов окисления, горения, гниения, дыхания. По числу известных природных соединении (432) второе место занимает кремний. Далее по распространенности атомов в земной коре следуют алюминий, натрий, железо, кальций, магний и калий [c.201]

Распространенность химических элементов в природе. Среднее относительное содержание данного химического элемента в доступной нам части Вселенной называется его [c.48]

Несмотря на все эти допущения, сопоставления, сделанные разными авторами, а также сравнение таблиц распространенности элементов в земной коре и в метеоритах дают для большинства элементов удовлетворительное согласие между собой и с спектральными данными, позволяющими, хотя и с меньшей точностью, судить о химическом составе атмосферы Солнца, звезд и туманностей. Все это убеждает в том, что современные таблицы распространенности элементов правильно отражают средний состав доступных наблюдению участков вселенной, может быть, за исключением водорода, гелия и еще нескольких легких элементов, относительное содержание которых в Земле и метеоритах сильно отличается от звездного. При этом надо, однако, принять во внимание, что химический состав звездных недр все еще неизвестен, так что предположение, что современные таблицы распространенности элементов дают действительный средний химический состав галактик, остается непроверенным допущением. [c.50]

chem21.info

Химический состав Вселенной - Справочник химика 21

Метод спектрального анализа, разработанный во второй половине XIX в. Г. Кирхгофом и Р. Бунзеном, позволил изучить состав наружных оболочек звезд и открыть на Солнце элемент, названный гелием, не обнаруженный еще к тому времени (1868) на Земле. В настоящее время о химическом составе Вселенной известно больше, чем о составе глубинных слоев Земли. Самые распространенные в космосе элементы водород (75%) и гелий (24%). И лишь около 1% от общего числа атомов приходится на долю остальных всех известных нам элементов, среди которых чаще встречаются кислород (№ 8), неон (№ 10), азот (№ 7), углерод (№ 6), кремний (№ 14), магний (№ 12), железо (№ 26) и др. Элементов с четными порядковыми номерами распространено больше, чем с нечетными, так как ядра атомов, состоящие из четного числа протонов и нейтронов, обладают повышенной устойчивостью. [c.200] Если сравнить химический состав Земли с составом Вселенной, то, казалось бы, между ними не должно быть существенных различий, за исключением, пожалуй, водорода, который легко уходит из атмосферы в межпланетное пространство. К сожалению, судить о составе Земли можно лишь по составам атмосферы, гидросферы и земной коры, изученной в глубину не более чем на 20 км. Главная химическая особенность этих трех сфер — необычайно высокое содержание кислорода, что объясняется уже не строением ядер его атомов, а его химическими свойствами. Атомы кислорода способны образовывать прочные химические связи с атомами многих элементов, в том числе кремния и алюминия. В процессе образования земной коры эти элементы накапливались в ней благодаря легкоплавкости их соединений со щелочами. В итоге на поверхности нашей планеты выкристаллизовалась твердая кремнекислородная оболочка. Кислород, не считая воды, входит в состав 1364 минералов. В атмосфере кислород появился около 1,8 млрд. лет назад в результате действия на минералы микроорганизмов. В настоящее время выделение кислорода растениями за счет фотосинтеза возмещает его убыль в атмосфере в ходе процессов окисления, горения, гниения, дыхания. По числу известных природных соединении (432) второе место занимает кремний. Далее по распространенности атомов в земной коре следуют алюминий, натрий, железо, кальций, магний и калий [c.201]

В настоящей книге показано, что синтез химических элементов может протекать на всех стадиях развития звезд в тесной связи с ядерными реакциями, которые обеспечивают светимость звезд, их химический состав и эволюцию. Рассказывается также о том, что синтез ядер элементов и разрушение их в космическом пространстве, туманностях и таких телах, как Земля и метеориты, являются закономерными процессами эволюции вещества во Вселенной. [c.4]

На основании рассмотренного материала можно сделать вывод, что вещество во Вселенной находится в основном в трех видах — в виде плазмы, состоящей из ионизированных атомов с различной плотностью и температурой (звезды с их оболочками, оболочки планет, газовые туманности, космические лучи), в виде разнообразных химических соединений при сравнительно низкой температуре (планеты, астероиды, метеориты, кометы, пылевые туманности) и, наконец, в виде сверхплотного вещества (белые карлики, нейтронные звезды, ядра планет). Ниже мы покажем, что состояние вещества, так же как и его химический состав, тесно связано с процессом эволюции звезд, планет и других космических тел во Вселенной. [c.83]

Итак, космические лучи представляются субстанцией, которую нельзя держать в руках , и тем не менее можно понять химический состав лежащей в их основе материи, анализируя получающуюся спектральную картину в тех случаях, когда они способны излучать или поглощать световые, электромагнитные и т. п. волны. На основании этого можно сделать вывод о химическом составе Вселенной. [c.13]

Химия тесно связана с физикой. И эти две науки,— писал Ломоносов,— так соединены между собой, что одна без другой в совершенстве быть не могут . Химия соприкасается также с другими естественными науками и особенно с геологией и биологией. На границе между химией и геологией возникла наука геохимия, изучающая распространенность и миграцию химических элементов в различных системах Земли. Между химией и биологией сформировались науки — биохимия, бионеорганическая и биоорганическая химия,— изучающие химические процессы в живых организмах. Космохимия изучает состав космических тел и миграцию элементов во Вселенной. [c.4]

Теоретические исследования. Большинство перечисленных выше задач представляются в основном технологическими, хотя несомненно их решение связано с учетом основных законов химии и знанием химической теории. Но не только эти целенаправленные исследования вызывают интерес у ученых-теоретиков. Их занимают некоторые фундаментальные проблемы химии, которые еще до сих пор не разрешены. Окончательно не выяснены еще механизмы некоторых простейших химических реакций, действие катализаторов, процессы роста кристаллов. Не решен спор о происхождении солнечной системы и вселенной, а также нескольких десятков элементарных частиц, входящих в состав атомных ядер. [c.13]

Основными вопросами, которые интересуют геохимию, являются распределение элементов и их изотопов в природе, процессы, благодаря которым одни элементы отделяются от других, а также химические реакции, связанные с геологическими процессами. Одна из проблем геохимии — происхождение элементов — тесно связана с самой сутью космохимии, т.е. химии Солнца и звезд. Изучая состав метеоритов, удается делать определенные выводы об элементах, входящих в состав солнечной системы, а спектральные исследования Солнца и звезд наряду с применением радиотелескопов позволяют судить о химических процессах, протекающих во Вселенной. Следует отметить, что в отличие от обычных химических явлений, изучаемых в лабораторных условиях, геохимические процессы очень трудно воспроизвести экспериментально из-за таких факторов, как большое время их протекания, удаленность в пространстве, а также характерных для них высоких температур и давлений, и поэтому геохимические исследования во многом основываются на интуиции и косвенных наблюдениях. [c.440]

В настоящее время установлено, что большинство звезд Вселенной похоже на звёзды, входящие в состав шаровых скоплений, т. е. является старыми красными гигантами. Здесь мы опять видим, что существует определенная зависимость межд возрастом звезд и их основными характеристиками, подобно тому как существует связь между структурой галактик и временем, пройденным с момента их образования. Ниже мы покажем, что наблюдается также самая тесная связь между химическим составом звезд и их возрастом. Это обстоятельство очень важно для понимания процессов образования химических элементов во Вселенной и их последующей эволюции. [c.54]

Спектральный анализ, как чувстщительный метод для распознавания химических элементов, разработали немецкие ученые Р. В. Бунзен (1811—1899) и Г. Кирхгоф (1824—1887) в 1859 г. При помощи спектрального анализа они открыли цезий (1860) и рубидий (1861). Этот метод дал. возможность установить химический состав небесных тел и был Заслуженно назван языком Вселенной . [c.8]

Восхождение. По мере роста человеческого знания (ИИР) процессы в мире будут становиться все менее и менее детерминистичны, вплоть до возможного изменения Космологических констант хромосомного набора) нашей Вселенной (3,5), а это уже неизбежное начало перехода к следуюи у этапу эволюции Разума (СА), когда каждому отдельному Человеку, возможно из вакуума, перенасыщенного виртуальной материй, будет предложено Творить свою новую Вселенную с достигнутого всем человечеством научнонравственного уровня. (Любопытно, что химический состав живого вещества больше напоминает состав звезд, чем состав планеты, на которой мы живем [62]. "Человек потому постигает тайну Вселенной, что он одного с ней состава, что в нем живут те же стихии, действует тот же разум" [171]) [c.158]

Около 20 миллиардов лет назад произошел сверхмощный взрьш, и все пространство заполнилось раскаленными субатомными частицами с очень высокой энергией. Так возникла Вселенная. Постепенно, по мере остывания Вселенной, из этих элементарных частиц сформировались положительно заряженные ядра, к которым стали притягиваться отрицательно заряженные элек роны. Таким путем образовалось около сотни или несколько более химических элементов. Все атомы, присутствующие сегодня во Вселенной, в том числе и атомы, входящие в состав живых организмов, возникли в результате, этого большого взрыва , так что и мы, люди, и вообще все живые существа созданы из звездной пыли. [c.11]

Б октябре 1898 г. в физическо аудитории Московского университета И. А. Каблуков сделал доклад О том, как узнали состав солнца этот доклад входил в цикл лекций, устраиваемых для учащихся Московским педагогическим обществом. В увлекательной, популярной форме Каблуков рассказал о применении спектрального анализа для изучения химического состава солнца и 3 везд, об открытии гелия. Он говорил о большом могуществе науки, о том, что область человеческого знания беспредельна, что человек познает тайны вселенной. [c.138]

Замкнутую систему можно определить как совокупность молекул, которые не обмениваются веществом с остальной частью Вселенной (например, рассмотренная раньше (рис. 2-11 и представленная на рисунке вверху "клетка в ящике"). Любая подобная система содержит молекулы, полная энергия которых равна Е. Эта энергия может существовать в различных формах часть ее представлена энергией поступательного, вращательного и колебательного движения молекул, другая, большая часть, приходится на энергию связей между отдельными атомами, входящими в состав молекул. Первый закон термодинамики накладывает ограничение на тины реакций, которые могут протекать в системе согласно этому закону, "прн любом процессе общее количество энергии Вселенной остается постоянным". Представим себе, что в замкнутой системе протекает реакция А — В, сопровождающаяся выдалением большого количества энергии (речь идет об энергии химических связей). Сначала за счет этой энергии увеличится интенсивность движения молекул системы Гпоступательного. вращательного и колебательного), что равнозначно повышению ее температуры. Однако затем эта энергия будет отводиться из системы вследствие молекулярных столкновений, что приведет к нагреванию сначала стенок ящика, а затем и внешнего окружения (в нашем примере это океан). В конце концов, когда вся энергия химических связей, выделившаяся в ящике, превратится в тепловую энергию и перейдет из ящика в океан, температура системы вернется к исходному значению. Согласно первому закону термодинамики, изменение энергии внутри ящика (мы будем обозначать его АЕ) должно быть равно по величине и противоположно по знаку количеству отведенной тепловой знергии (которую мы [c.96]

chem21.info

Самый распространенный химический элемент во Вселенной 7 букв

Образование атомных ядер

13. Образование атомных ядер

Окружающий нас мир состоит из ~ 100 различных химических элементов. Как они образовались в естественных условиях? Подсказку для ответа на этот вопрос даёт относительная распространенность химических элементов. Среди наиболее существенных особенностей распространенности химических элементов Солнечной системы можно выделить следующие.

Вещество во Вселенной в основном состоит из водорода H – ~ 90% всех атомов.
По распространенности гелий He занимает второе место, составляя ~ 10% от числа атомов водорода.
Существует глубокий минимум, соответствующий химическим элементам литий Li, бериллий Be и бор B.
Сразу за глубоким минимумом Li, Be, В следует максимум, обусловленный повышенной распространенностью углерода C и кислорода O.
Вслед за кислородным максимумом идет скачкообразное падение распространенности элементов вплоть до скандия (А = 45).
Наблюдается резкое повышение распространенности элементов в районе железа A = 56 (группа железа).
После A = 60 уменьшение распространенности элементов происходит более плавно.
Наблюдается заметное различие между химическими элементами с четным и нечетным числом протонов Z. Как правило, химические элементы с четными Z являются более распространенными.

Ядерные реакции во Вселенной

t = 0		Большой взрыв. Рождение Вселенной
t = 10-43 с		Эра квантовой гравитации. Струны ρ = 1090 г/см3, T = 1032 K
t = 10-35 с		Кварк-глюонная среда ρ = 1075 г/см3, T = 1028 K
t = 1 мкс		Кварки объединяются в нейтроны и протоны ρ = 1017 г/см3, T = 6·1012 K
t = 100 с		Образование дозвездного 4He ρ = 50 г/см3, T = 109 K
t = 380 тыс. лет		Образование нейтральных атомов ρ = 0.5·10-20 г/см3, T = 3·103 K
t = 108 лет	Первые звезды	Горение водорода в звездах ρ = 102 г/см3, T = 2·106 K Горение гелия в звездах ρ = 103 г/см3, T = 2·108 K Горение углерода в звездах ρ = 105 г/см3, T = 8·108 K Горение кислорода в звездах ρ = 105÷106 г/см3, T = 2·109 K Горение кремния в звездах ρ = 106 г/см3, T = (3÷5)·109 K
t = 13.7 млрд. лет		Современная Вселенная ρ = 10-30 г/см3, T = 2.73 K

Дозвездный нуклеосинтез. Образование 4He

Космологический синтез гелия – основной механизм его образования во Вселенной. Синтез гелия из водорода в звёздах увеличивает долю 4He по массе в барионной материи примерно на 10%. Механизм дозвёздного образования гелия количественно объясняет распространённость гелия во Вселенной и является сильным аргументом в пользу догалактической фазы его образования и всей концепции Большого Взрыва. Космологический нуклеосинтез позволяет объяснить распространённость во Вселенной таких легчайших ядер как дейтерий (2H), изотопы 3He и 7Li. Однако их количества ничтожны по сравнению с ядрами водорода и 4He. По отношению к водороду дейтерий образуется в количестве 10-4-10-5, 3He – в количестве ≈ 10-5, а 7Li – в количестве ≈ 10-10. Для объяснения образования химических элементов в 1948 году Г. Гамовым была выдвинута теория Большого взрыва. Согласно модели Гамова, синтез всех химических элементов происходил во время Большого взрыва в результате неравновесного захвата атомными ядрами нейтронов с испусканием γ-квантов и последующим β--распадом образовавшихся ядер. Однако расчеты показали, что в этой модели невозможно объяснить образование химических элементов тяжелее Li. Оказалось, что механизм образования лёгких ядер (A < 7) связан с условиями, существовавшими во Вселенной в течение первых трех минут. Более тяжелые ядра образовались в результате ядерных реакций, происходящих при горении звезд.

Дозвездная стадия образования легчайших ядер. На этапе эволюции Вселенной через 100 с после Большого взрыва при температуре ~ 109 К вещество во Вселенной состояло из протонов p, нейтронов n, электронов e-, позитронов e+, нейтрино ν, антинейтрино и фотонов γ. Излучение, находилось в тепловом равновесии с электронами e-, позитронами e+ и нуклонами.

В условиях термодинамического равновесия вероятность образования системы с энергией EN, равной энергии покоя нуклона, описывается распределением Гиббса . Поэтому в условиях термодинамического равновесия соотношение между числом нейтронов и протонов будет определяться разностью масс нейтрона и протона

Образование электрон-позитронных пар прекращается при Т < 1010 К, так как энергии фотонов становятся ниже порога образования e-e+-пар (~ 1 МэВ). К концу равновесной стадии на каждый нейтрон приходилось 5 протонов. Так как на этом этапе эволюции Вселенной плотность протонов и нейтронов была велика, сильное ядерное взаимодействие между ними привело к образованию 4He и небольшого количества изотопов Li и Be.

Основные реакции дозвездного нуклеосинтеза:

p + n → d + γ, d + p → 3He + γ,		3He + n → 3He + p
d + d →	3He + n,	3He + n 3H + p,3H + p 4He + ,3H + d 4He + n.
	3H + p,

Так как стабильных ядер с А = 5 не существует, ядерные реакции завершаются в основном образованием 4Не. 7Ве, 6Li и 7Li составляют лишь ~ 10–9 – 10–12 от образования изотопа 4Не. Практически все нейтроны исчезают, образуя ядра 4Не. При плотности вещества ρ ~ 10–3 – 10–4 г/см3 вероятность того, что нейтрон и протон не провзаимодействуют за время первичного нуклеосинтеза составляет менее 10–4. Так как в начале на один нейтрон приходилось 5 протонов, соотношение между числом ядер 4Не и р должно быть ~ 1/10. Таким образом, соотношение распространенностей водорода и гелия, наблюдаемое в настоящее время, сформировалось в течение первых минут существования Вселенной. Расширение Вселенной привело к понижению её температуры и прекращению первичного дозвездного нуклеосинтеза.

Образование химических элементов в звездах. Так как процесс нуклеосинтеза на ранней стадии эволюции Вселенной закончился образованием водорода, гелия и небольшого количества Li, Be, В, необходимо было найти механизмы и условия, при которых могли образоваться более тяжелые элементы. Г.Бете и К.Вайцзеккер показали, что соответствующие условия существуют внутри звезд. Более тяжелые ядра образовались лишь через миллиарды лет после Большого взрыва в процессе звездной эволюции. Образование химических элементов в звездах начинается с реакции горения водорода с образованием 4Не.

Г. Бете, 1968 г.: «С незапамятных времен люди хотели знать, за счёт чего поддерживается свечение Солнца. Первая попытка научного объяснения была предпринята Гельмгольцем около ста лет назад. Она была основана на использовании самых известных в то время сил – сил всемирного тяготения. Если один грамм вещества падает на поверхность Солнца, он приобретает потенциальную энергию

Eп = -GM/R = -1.91·1015 эрг/г.

Известно, что в настоящее время мощность излучения Солнца определяется величиной

ε = 1.96 эрг/г×с.

Следовательно, если источником энергии является тяготение, запас гравитационной энергии может обеспечить излучение в течение 1015 с, т.е. в период около тридцати миллионов лет… В конце XIX века Беккерель, Пьер и Мария Кюри открыли радиоактивность. Открытие радиоактивности позволило определить возраст Земли. Несколько позже удалось определить возраст метеоритов, по которому можно было судить, когда в Солнечной системе появилось вещество в твердой фазе. Из этих измерений можно было установить, что возраст Солнца с точностью до 10% составляет 5 млрд. лет. Таким образом, тяготение не может обеспечить нужный запас энергии на всё это время… С начала 30-х годов стали склоняться к тому, что звездная энергия возникла за счет ядерных реакций… Простейшей из всех возможных реакций будет реакция

H + H → D + e+ + ν.

Так как процесс первичного нуклеосинтеза завершился в основном образованием ядер 4He в результате реакций взаимодействия p + n, d + d, d + 3He, d + 3H и были израсходованы все нейтроны, необходимо было найти условия, при которых образовались более тяжелые элементы. В 1937 г. Г. Бете создал теорию, объясняющую происхождение энергии Солнца и звезд в результате реакций слияния ядер водорода и гелия, идущими в центре звезд. Так как в центре звезд не было достаточного количества нейтронов для реакций типа p + n, то в них могли продолжаться только реакции p + p → d + e+ + ν. Эти реакции протекали в звездах, когда температура в центре звезды достигала 107 К, а плотность − 105 кг/м3. То обстоятельство, что реакция p + p → d + e+ + ν происходила в результате слабого взаимодействия, объясняло особенности диаграммы Герцшпрунга–Рассела.

Нобелевская премия по физике1967 г. − Г. Бете За вклад в теорию ядерных реакций, и особенно за открытие источника энергии звезд.

Сделав разумные предположения о силе реакций на основе общих принципов ядерной физики, я обнаружил в 1938 г., что углеродно-азотный цикл может обеспечить необходимое выделение энергии на Солнце… Углерод служит только катализатором; результатом реакции является комбинация четырех протонов и двух электронов, образующих ядро 4He. В этом процессе испускаются два нейтрино, уносящих с собой энергию примерно 2 МэВ. Остающаяся энергия около 25 МэВ на цикл освобождается и поддерживает температуру Солнца неизменной… Это была та основа, на которой Фаулер и другие рассчитали скорости реакции в (С,N)-цикле».

Горение водорода. Возможны две различные последовательности реакций горения водорода — преобразование четырех ядер водорода в ядро 4He, которое может обеспечить достаточное выделение энергии для поддержания светимости звезды:

протон-протонная цепочка (рр-цепочка), в которой водород превращается непосредственно в гелий;
углеродно-азотно-кислородный цикл (CNO-цикл), в котором в качестве катализаторов участвуют ядра С, N и О.

Какая из этих двух реакций играет более существенную роль, зависит от температуры звезды. В звездах, имеющих массу, сравнимую с массой Солнца, и меньше, доминирует протон-протонная цепочка. В более массивных звездах, имеющих более высокую температуру, основным источником энергии является CNO-цикл. При этом, естественно, необходимо, чтобы в составе звездного вещества присутствовали ядра С, N и О. Температура внутренних слоев Солнца составляет 1.5∙107 К и доминирующую роль в выделении энергии играет протон-протонная цепочка.

Зависимость от температуры логарифма скорости V выделения энергии в водородном (pp) и углеродном (CNO) циклах

Горение водорода. Протон-протонная цепочка. Ядерная реакция

p + p → 2H + e+ + νe + Q,

начинается в центральной части звезды при плотностях ≈100 г/см3. Эта реакция останавливает дальнейшее сжатие звезды. Тепло, выделяющееся в процессе термоядерной реакции горения водорода, создаёт давление, которое противодействует гравитационному сжатию и не позволяет звезде коллапсировать. Происходит качественное изменение механизма выделения энергии в звезде. Если до начала ядерной реакции горения водорода нагревание звезды происходило, главным образом, за счёт гравитационного сжатия, то теперь появляется другой доминирующий механизм – энергия выделяется за счёт ядерных реакций синтеза.

Звезда приобретает стабильные размеры и светимость, которые для звезды с массой, близкой к солнечной, не меняется в течение миллиардов лет, пока происходит «сгорание» водорода. Это самая длительная стадия звёздной эволюции. В результате сгорания водорода из каждых четырёх ядер водорода образуется одно ядро гелия. Наиболее вероятная цепочка ядерных реакций на Солнце, приводящих к этому, носит название протон-протонного цикла и выглядит следующим образом:

p + p → 2H + e+ + νe + 0.42 МэВ, p + 2H → 3He + 5.49 МэВ, 3He + 3He → 4He + p + p + 12.86 МэВ

или в более компактном виде

4p → 4He + 2e+ + 2νe + 24.68 МэВ.

Единственным источником, дающим информацию о событиях, происходящих в недрах Солнца, являются нейтрино. Спектр нейтрино, образующихся на Солнце в результате горения водорода в реакции 4p → 4He и в CNO-цикле, простирается от энергии 0.1 МэВ до энергии ~12 МэВ. Наблюдение солнечных нейтрино позволяет осуществить непосредственную проверку модели термоядерных реакций на Солнце. Выделяемая энергия в результате рр-цепочки составляет 26.7 МэВ. Испускаемые Солнцем нейтрино зарегистрированы наземными детекторами, что подтверждает протекание на Солнце реакции синтеза. Горение водорода. CNO-цикл. Особенность CNO-цикла состоит в том, что он, начинаясь с ядра углерода, сводится к последовательному связыванию 4-х протонов с образованием в конце CNO-цикла ядра 4Не

l2C + p → 13N + γ 13N → 13C + e+ + ν 13C + p → 14N + γ 14N + p → 15O + γ 15O → 15N + e+ + ν 15N + p → 12C + 4He

CNO-цикл

Цепочка реакций I

12C + p → 13N + γ (Q = 1.94 МэВ), 13N → 13C + e+ + νe (Q = 1.20 МэВ, T1/2 = 10 мин), 13C + p → 14N + γ (Q = 7.55 МэВ), 14N + p → 15O + γ (Q = 7.30 МэВ), 15O → 15N + e+ + νe (Q = 1.73 МэВ, T1/2 = 124 с), 15N + p → 12C + 4He (Q = 4.97 МэВ).

Цепочка реакций II

15N + p → 16O + γ (Q = 12.13 МэВ),16O + p → 17F + γ (Q = 0.60 МэВ),17F → 17O + e+ + νe (Q = 1.74 МэВ, T1/2=66 c),17O + p → 14N + ν (Q = 1.19 МэВ).

Цепочка реакций III

17O + p → 18F + γ (Q = 6.38 МэВ), 18F → 18O + e+ + νe (Q = 0.64 МэВ, T1/2=110 мин), 18O + p → 15N + α (Q = 3.97 МэВ).

Основное время эволюции звезды связано с горением водорода. При плотностях, характерных для центральной части звезды, горение водорода происходит при температуре (1–3)∙107 К. При этих температурах требуется 106 – 1010 лет для того, чтобы значительная часть водорода в центре звезды переработалась в гелий. При дальнейшем повышении температуры в центре звезды могут образовываться более тяжелые химические элементы Z > 2. Звезды главной последовательности сжигают водород в центральной части, где из-за более высокой температуры ядерные реакции происходят наиболее интенсивно. По мере выгорания водорода в центре звезды реакция горения водорода начинает перемещаться к периферии звезды. Температура в центре звезды непрерывно возрастает и когда она достигнет 106 К начинаются реакции горения 4Не. Реакция 3α → 12C + γ наиболее важна для образования химических элементов. Она требует одновременного соударения трех α-частиц и возможна благодаря тому, что энергия реакции 8Be + 4He совпадает с резонансом возбужденного состояния 12C. Наличие резонанса резко увеличивает вероятность слияния трех α-частиц.

Образование средних ядер A < 60. Какие ядерные реакции будут происходить в центре звезды, зависит от массы звезды, которая должна обеспечить высокую температуру за счет гравитационного сжатия в центре звезды. Так как теперь в реакциях синтеза участвуют ядра с большим Z, центральная часть звезды сжимается всё больше, температура в центре звезды повышается. При температурах несколько миллиардов градусов происходит разрушение ранее образовавшихся стабильных ядер, образуются протоны, нейтроны, α-частицы, высокоэнергичные фотоны, что приводит к образованию химических элементов всей Периодической таблицы Менделеева вплоть до железа. Образование химических элементов тяжелее железа происходит в результате последовательного захвата нейтронов и последующего β--распада. Образование средних и тяжелых ядер A > 60. В процессе термоядерного синтеза в звёздах образуются атомные ядра вплоть до железа. Дальнейший синтез невозможен, так как ядра группы железа обладают максимальной удельной энергией связи. Образованию более тяжёлых ядер в реакциях с заряженными частицами — протонами и другими лёгкими ядрами − препятствует увеличивающийся кулоновский барьер тяжелых ядер.

Образование элементов 4He → 32Ge.

Эволюция массивной звезды M > M

По мере вовлечения в процесс горения элементов с всё большими значениями Z температура и давление в центре звезды увеличиваются со всё возрастающей скоростью, что в свою очередь увеличивает скорость ядерных реакций. Если для массивной звезды реакция горения водорода продолжается несколько миллионов лет, то горение гелия происходит в 10 раз быстрее. Процесс горения кислорода длится около 6 месяцев, а горение кремния происходит за сутки. Распространённость элементов, расположенных в области за железом, относительно слабо зависит от массового числа А. Это свидетельствует об изменении механизма образования этих элементов. Необходимо принять во внимание то, что большинство тяжёлых ядер являются β-радиоактивными. В образовании тяжёлых элементов решающую роль играют реакции захвата ядрами нейтронов (n, γ):

(A, Z) + n → (A+1, Z) + γ.

В результате цепочки чередующихся процессов захвата ядрами одного или нескольких нейтронов с последующим β--распадом увеличиваются массовые числа А и заряд Z ядер и из исходных элементов группы железа образуются все более тяжёлые элементы вплоть до конца Периодической таблицы.

В стадии сверхновой центральная часть звезды состоит из железа и незначительной доли нейтронов и α-частиц – продуктов диссоциации железа под действием γ-квантов. В районе M/M = 1.5 преобладает 28Si. 20Ne и 16О составляют основную долю вещества в области от 1.6 до 6 M/M. Внешняя оболочка звезды (M/M > 8) состоит из водорода и гелия. На этой стадии в ядерных процессах происходит не только выделение энергии, но и её поглощение. Массивная звезда теряет устойчивость. Происходит взрыв Сверхновой, при котором значительная часть химических элементов, образовавшихся в звезде, выбрасывается в межзвездное пространство. Если звезды первого поколения состояли из водорода и гелия, то в звездах последующих поколений уже в начальной стадии нуклеосинтеза присутствуют более тяжелые химические элементы.

Ядерные реакции нуклеосинтеза. Е. Бербидж, Г. Бербидж, В. Фаулер, Ф. Хойл в 1957 году дали следующее описание основных процессов звездной эволюции, в которых происходит образование атомных ядер.

Горение водорода, в результате этого процесса образуются ядра 4Не.
Горение гелия. В результате реакции 4Не + 4Не + 4Не → 12С + γ образуются ядра 12С.
α-процесс. В результате последовательного захвата α-частиц образуются α-частичные ядра 16O, 20Ne, 24Mg, 28Si, ...
е-процесс. При достижении температуры 5∙109 К в звездах в условиях термодинамического равновесия протекает большое количество разнообразных реакций, в результате чего образуются атомные ядра вплоть до Fe и Ni. Ядра с А ~ 60 – наиболее сильно связанные атомные ядра. Поэтому на них заканчивается цепочка ядерных реакций синтеза, сопровождающихся выделением энергии.
s-процесс. Ядра тяжелее Fe образуются в реакциях последовательного захвата нейтронов. Очень часто ядро, захватившее нейтрон, оказывается β--радиоактивным. Прежде чем ядро захватит следующий нейтрон, оно может распасться в результате β--распада. Каждый β--распад повышает порядковый номер образующихся атомных ядер на единицу. Если интервал времени между последовательными захватами нейтронов больше периодов β--распада, процесс захвата нейтронов называется s-процессом (slow). Таким образом, ядро в результате захвата нейтронов и последующих β--распадов становится все тяжелее, но при этом оно не отходит слишком далеко от долины стабильности на N-Z-диаграмме.
r-процесс. Если скорость последовательного захвата нейтронов гораздо больше скорости β--распада атомного ядра, то оно успевает захватить сразу большое число нейтронов. В результате r-процесса образуется нейтроноизбыточное ядро, сильно удаленное от долины стабильности. Лишь затем оно, в результате последовательной цепочки β--распадов, превращается в стабильное ядро. Обычно считается, что г-процессы происходят в результате взрывов Сверхновых.
Р-процесс. Некоторые стабильные нейтронодефицитные ядра (так называемые обойденные ядра) образуются в реакциях захвата протона, в реакциях (γ,n) или в реакциях под действием нейтрино.

Синтез трансурановых элементов. В Солнечной системе сохранились лишь те химические элементы, время жизни которых больше возраста Солнечной системы. Это 85 химических элементов. Остальные химические элементы были получены в результате различных ядерных реакций на ускорителях или в результате облучения в ядерных реакторах. Синтез первых трансурановых элементов в лабораторных условиях был осуществлен с помощью ядерных реакций под действием нейтронов и ускоренных α-частиц. Однако дальнейшее продвижение к более тяжелым элементам оказалось таким способом практически невозможным. Для синтеза элементов тяжелее менделевия Md (Z = 101) используют ядерные реакции с более тяжелыми многозарядными ионами – углеродом, азотом, кислородом, неоном, кальцием. Для ускорения тяжелых ионов начали строиться ускорители многозарядных ионов.

Для определения эффективности ядерных реакций в звездах обычно проводится экстраполяция результатов измерений при больших энергиях в область энергий несколько кэВ. Большое число очень тщательных экспериментов по измерению и расчету реакции нуклеосинтеза было выполнено под руководством В. Фаулера.

Вильям Фаулер (1911–1995)

Нобелевская премия по физике1983 г. − В. Фаулер За теоретические и экспериментальные исследования ядерных процессов важных при образовании химических элементов во Вселенной.

Э.Резерфорд: «Если существуют элементы более тяжелые чем уран, то вполне вероятно, что они окажутся радиоактивными. Исключительная чувствительность методов химического анализа, основанная на радиоактивности, позволит опознать эти элементы, даже если они будут присутствовать в ничтожно малых количествах. Поэтому можно ожидать, что число радиоактивных элементов в незначительных количествах гораздо больше, чем три известных в настоящее время радиоактивных элемента. Чисто химические методы исследования окажутся малопригодными на первом этапе изучения таких элементов. Основными факторами здесь являются постоянство излучения, их характеристики и существование или отсутствие эманаций или других продуктов распада».

Химический элемент с максимальным порядковым номером Z = 118 был синтезирован в Дубне в сотрудничестве с Ливерморской лабораторией США. Верхняя граница существования химических элементов связана с их нестабильностью относительно радиоактивного распада. Дополнительная устойчивость атомных ядер наблюдается вблизи магических чисел. Согласно теоретическим оценкам должны существовать дважды магические числа Z = 108, N = 162 и Z = 114, N = 184. Период полураспада ядер, имеющих такие числа протонов и нейтронов, может составить сотни тысяч лет. Это так называемые «острова стабильности». Проблема образования ядер «острова стабильности» состоит в сложности подбора мишеней и ускоряемых ионов. Синтезированные в настоящее время изотопы 108 – 112 элементов имеют слишком малое число нейтронов. Как следует из измеренных периодов полураспада изотопов 108 – 112 элементов увеличение числа нейтронов на 6 – 10 единиц (т.е. приближение к острову стабильности) приводит к увеличению периода α-распада в 104 – 105 раз. Так как число сверхтяжелых ядер Z > 110 исчисляется единицами, необходимо было разработать метод их идентификации. Идентификация вновь образованных химических элементов проводится по цепочкам их последовательных α-распадов, что увеличивает надежность результатов. Такой метод идентификации трансурановых элементов имеет преимущество перед всеми другими методами, т.к. основан на измерении коротких периодов α-распада. В то же время химические элементы острова стабильности по теоретическим оценкам могут иметь периоды полураспада, превышающие месяцы и годы. Для их идентификации необходима разработка принципиально новых методов регистрации, основанных на идентификации единичного числа ядер в течение нескольких месяцев.

Г. Флеров, К, Петржак: «Предсказание возможного существования новой области в периодической системе элементов Д.И. Менделеева — области сверхтяжелых элементов (СТЭ) — является для науки об атомном ядре одним из самых существенных следствий экспериментального и теоретического исследований процесса спонтанного деления. Сумма наших знаний об атомном ядре, полученная на протяжении последних четырех десятилетий, делает это предсказание достаточно надежным и. что важно, не зависящим от выбора того или иного конкретного варианта оболочечной модели. Ответ на вопрос о существовании СТЭ означал бы, пожалуй, наиболее критическую проверку самой концепции об оболочечной структуре ядра - основной ядерной модели, успешно выдерживавшей до сих пор многие испытания при объяснении свойств известных атомных ядер. Более конкретно устойчивость самых тяжелых ядер определяется главным образом их спонтанным делением, и потому необходимым условием существования таких ядер является наличие у них барьеров относительно деления. Для ядер от урана до фермия оболочечная составляющая в барьере деления, хотя и приводят к некоторым интереснейшим физическим явлениям, все же не оказывает критического влияния на их стабильность и проявляется в суперпозиции с жидкокапелъной составляющей барьера. В области СТЭ капельная составляющая барьера полностью исчезает, и стабильность сверхтяжелых ядер определяется проницаемостью чисто оболочечного барьера. Вместе с тем, если для принципиального существования ядер СТЭ достаточно наличия барьера, то для экспериментальной проверки такого предсказания требуется знание времени жизни ядер СТЭ относительно спонтанного деления, так как при любой конкретной постановке эксперимента по их поиску невозможно охватить весь диапазон времен жизни — от 1010лет до 10-10 с. Выбор методики эксперимента существенно зависит от того, в каком интервале времен жизни проводится исследование. Как уже говорилось, неопределенность теоретического расчета периода спонтанного деления TSF слишком велика – не менее 8–10 порядков. Эта неопределенность априори не исключает ни одной из возможностей получения или обнаружения СТЭ, и в качестве направлений экспериментального решения проблемы можно выбрать как поиск СТЭ в природе (на Земле, в объектах космического происхождения, в составе космического излучения и т.д.), так и искусственное получение элементов на ускорителях (в ядерных реакциях между сложными ядрами). Очевидно, что поиск СТЭ в земных объектах может привести к успеху только при счастливом стечении двух обстоятельств. С одной стороны, должен существовать эффективный механизм нуклеосинтеза, с достаточной вероятностью приводящий к образованию атомных ядер СТЭ. С другой стороны, нужно, чтобы существовал хотя бы один нуклид, принадлежащий к новой области стабильности, который имел бы время жизни, сравнимое со временем жизни Земли, – 4.5·109 лет. Если речь идет о присутствии СТЭ в объектах внеземного происхождении – в метеоритах, космическом излучении и т.п., то такие поиски могут привести к успеху даже в том случае, если время жизни ядер СТЭ существенно меньше 1010лет: такие объекты могут оказаться значительно моложе земных образцов (107–108 лет)».

nuclphys.sinp.msu.ru

ВЗРЫВ, ПОРОДИВШИЙ НАШУ ВСЕЛЕННУЮ | Наука и жизнь

Ученые, которым посчастливилось открыть реликтовое излучение "горячей Вселенной", - Арно Пензиас и Роберт Вильсон (США). За это открытие в 1978 году они получили Нобелевскую премию.

Семиметровая рупорно-параболическая антенна (небольшой радиотелескоп), на которой А. Пензиас и Р. Вильсон - сотрудники "Белл телефон лаборатории" обнаружили реликтовое излучение.

Рисунок (здесь изображен сектор общей панорамы) поясняет, как развивалась наша Вселенная (Метагалактика) от Большого взрыва до ее современного состояния.

Распространенность химических элементов во Вселенной

‹

›

В том, что видимая картина мироздания может оказаться обманчивой, люди убеждались не один раз. Так, например, долго-долго казалось совершенно очевидным, бесспорным, что не Земля вращается вокруг Солнца, а оно ходит вокруг нашей Земли.

Потом рассеялось и другое заблуждение: выяснилось, что нет никакой "сферы неподвижных звезд". А ведь в ее существовании были уверены такие крупные ученые мира, как Аристотель, Птолемей, Коперник. Ну а теперь каждый школьник знает, что звезды не прикреплены ни к какой сфере, находятся от нас на разных расстояниях и движутся в пространстве. Затем, уже в ХХ веке, астрономы раскрыли тайну многочисленных туманных пятнышек на небе. Оказалось, что это - звездные системы, подобные нашей Галактике, что они удаляются и друг от друга и от нас. Так постепенно человек стал ощущать себя жителем расширяющейся Вселенной, звучит это как-то не очень понятно, даже загадочно. И осознать, что же все это на самом деле означает, оказалось совсем не просто.

В предыдущей беседе (см. "Наука и жизнь" № 12, 1997 г.) уже рассказывалось о том, как ученые поняли, что Вселенная (Метагалактика) состоит из многих миллиардов галактик, подобных нашему Млечному Пути, и что все галактики с огромными скоростями удаляются друг от друга. Американский астроном Эдвин Хаббл открыл закон, который назвали его именем, и этот закон помог установить, что чем дальше галактика (или какой-то другой внегалактический объект), тем с большей скоростью он удаляется от нас.

Так вот, галактики, разделенные расстоянием 1 Мпк (это 3,08.1019 км), бегут друг от друга со скоростью от 50 до 100 км/с. Таково расширение Вселенной сейчас. Каким оно было прежде и каким станет в будущем, пока можно лишь догадываться. Допустим, в прошлом темп расширения был таким же. Тогда возраст Метагалактики скорее всего близок к 15 миллиардам лет. И это означает, что расширение Метагалактики - самое грандиозное из известных в настоящее время явлений природы - началось примерно полтора десятка миллиардов лет назад.

Что же тогда случилось? Почти все современные ученые убеждены в том, что началось с расширения "огненного шара", и потом был Большой взрыв.

Мысленно перенесемся в ту эпоху и постараемся представить, как все происходило. Этот вопрос довольно подробно разбирает разработанная астрофизиками теория, которую называют теорией "горячей Вселенной". Она исходит из того, что сразу же, в первые мгновения после взрыва, Вселенную заполнило вещество, обладавшее огромной температурой и сверхбольшой плотностью (отсюда и название теории - "горячая Вселенная").

Это сверхплотное и сверхгорячее вещество физики и астрофизики называют первичной плазмой. Здесь мы должны сделать небольшое отступление и кое-что пояснить.

Еще древние греки догадывались о том, что все окружающие нас тела и вещества состоят из мельчайших неделимых частиц - атомов. Древние оказались правы. Из атомов состоим мы сами, все животные и растения, и наши дома, и наша Земля, и Луна, и Солнце, и звезды. Все химические элементы - водород и гелий, железо и кремний, углерод и уран тоже состоят из атомов. В основе большинства земных и некоторых небесных тел не просто атомы, а построенные из атомов молекулы, иногда - простые, а иногда и чрезвычайно сложные.

Такова окружающая нас земная и небесная природа в настоящее время. Но сразу после Большого взрыва она была совсем иной. Впрочем, и сейчас разные небесные тела устроены не одинаковым образом. Например, на раскаленном Солнце даже самые простые молекулы встречаются редко и лишь там, где температура ниже, чем обычная температура солнечной поверхности. Например, на солнечных пятнах. А вокруг пятен и тем более внутри Солнца так жарко, что там не только молекулы, но даже атомы распадаются на составляющие их менее сложные частички (ядра атомов, электроны и т. д.).

Мы знаем, что в центре Солнца температура около 15 миллионов градусов. В "горячей Вселенной" она была во много раз выше. Значит, в начале расширения Вселенной при такой температуре не могли существовать никакие химические элементы. В первичной плазме могли быть лишь "кирпичики", из которых потом начали складывать ся различные химические элементы.

По мере расширения Вселенной температура ее вещества уменьшалась. Как только она охладилась до 4000 К, в первичной свободной плазме частицы начали объединяться. Из таких хорошо известных в настоящее время элементарных частиц, как протоны и нейтроны, возникло вещество, состоящее из ядер самых легких химических элементов - водорода (его во Вселенной 75 процентов - по массе) и гелия (около 25 процентов).

В дальнейшем наиболее существенное событие в истории развития Метагалактики произошло примерно через 300 тысяч лет, когда температура понизилась до 3 тысяч градусов (то есть стала ниже той, которую мы сейчас наблюдаем в солнечных пятнах). Ученые говорят, что тогда наступила "эра радиации". Появились условия, при которых среда стала прозрачной для излучения (радиации). Радиация словно оторвалась от вещества, с которым до того она была связана неразлучно. Излучение, как и вещество, охлаждалось по мере расширения Метагалактики. В начале "эры радиации" его температура была тоже примерно 3 тысячи градусов, а сейчас (спустя миллиарды лет, прошедшие с начала расширения Вселенной) - всего 3-4 градуса. Заметим, что речь идет о так называемой абсолютной шкале температур, в которой нуль соответствует минус 273 градусам по шкале Цельсия.

После "эры радиации" наступила продолжающаяся до сих пор "эра вещества". В ней происходило и происходит расширение Метагалактики. Постепенно создались условия, подходящие для процесса рождения галактик с их звездами и планетами. И, в частности, нашей Солнечной системы, без которой нас не могло бы быть.

Все это время плотность расширяющейся среды уменьшалась. Буквально через несколько минут после начала расширения она стала близкой к плотности воды, еще спустя несколько часов плотность Вселенной можно было сравнить с нынешней плотностью воздуха у поверхности Земли. В наше время средняя плотность вещества Метагалактики ничтожно мала, она близка к величине 10_28 кг/мз.

Человеку, который впервые знакомится с теорией "горячей Вселенной", все, о чем мы здесь рассказываем, может показаться малоправдоподобной сказкой. Однако большинство специалистов в области астрофизики и космологии относятся к теории "горячей Вселенной" серьезно и уважительно. Вот что писал по этому поводу наш известный физик-теоретик академик Я. Б. Зельдович: "Теория "Большого взрыва" в настоящий момент не имеет сколько-нибудь заметных недостатков. Я бы даже сказал, что она столь же надежно установлена и верна, сколь верно то, что Земля вращается вокруг Солнца. Обе теории занимали центральное место в картине мироздания своего времени, и обе имели много противников, утверждавших, что новые идеи, заложенные в них, абсурдны и противоречат здравому смыслу. Но подобные выступления не в состоянии препятствовать успеху новых теорий". Чтобы так решительно отстаивать теорию "горячей Вселенной", нужно было иметь важные доказательства того, что эта теория верна и подтверждается данными, полученными из непосредственных наблюдений.

И такие данные действительно существуют. Вот главные из них.

Во-первых, возраст небесных тел, в том числе и нашего Солнца, меньше возраста Метагалактики. И это полностью согласуется с данными теории "горячей Вселенной". Во-вторых, во Вселенной по сей день больше всего водорода (около 75 процентов) и гелия (около 25 процентов). Остальные химические элементы, образовавшиеся значительно позже (например, в ходе процессов, происходящих внутри звезд), представляют собой лишь небольшую "примесь" к водороду и гелию (хотя без этой "примеси" планеты и жизнь на них никогда не могли бы возникнуть). Факт такого количественного соотношения химических элементов во Вселенной свидетельствует в пользу теории "горячей Вселенной". И, наконец, в-третьих (может быть, это - самое главное доказательство), - открытие реликтового излучения. Современным ученым удалось обнаружить то излучение, которое когда-то (в далекую от нас "эру радиации") начало свое самостоятельное странствие по Вселенной.

Это важнейшее открытие было сделано сравнительно недавно. В 1964-1965 годах молодые американские радиоастрономы А. Пензиас и Р. Вильсон занимались отладкой радиоантенны для работы по программе спутниковой связи. Радиосигналу, который принимала антенна, все время мешал какой-то посторонний шум, от него невозможно было избавиться. Как потом выяснилось, он оказался реликтовым излучением "горячей Вселенной", излучением, которое специалисты уже многие годы пытались уловить. Пензиас и Вильсон стали лауреатами Нобелевской премии 1978 года.

Итак, мы познакомили вас с историей рождения нашей Вселенной. Пересказали, конечно, лишь в самых общих чертах, суть теории "горячей Вселенной". Привели некоторые основные доказательства в ее защиту.

Есть, конечно, и другие точки зрения, объясняющие возникновение и эволюцию нашей Вселенной. Но на данном этапе развития науки теория Большого взрыва и "горячей Вселенной" довольно успешно выдерживает конкуренцию. Большинству ученых нашего времени она представляется хотя и удивительной, но все же наиболее правдоподобной.

www.nkj.ru