Много ли мы знаем о звёздах?
![топ 100 блогов](/media/images/default.jpg)
Много ли мы на самом деле знаем о звёздах?
Какие есть аргументы, что на Солнце действительно водород
превращается в гелий?
Откуда известно, что Солнце состоит в основном из
водорода?
Какие проблемы до сих пор стоят перед
астрофизикой?
Здесь я публикую материал из фейсбука Василия Янчилина
, посвящённый нетрадиционному взгляду на звёзды.
1. Что известно о звёздах современной науке?
Не так давно издательство «Физматлит» начало выпускать серию книг
«Астрономия и астрофизика». Серия достаточно интересная и
познавательная. И вот что я прочитал в самом начале 3-й книги
«Звезды»: (смотри рисунок)
![Много ли мы знаем о звёздах? Много ли мы знаем о звёздах?](/images/main/mnogo-li-mi-znaem-o-zvezdah-b35d55.jpg?from=http://ic.pics.livejournal.com/bhagovan_narcom/30251298/21932/21932_600.jpg)
Итак, во второй половине ХХ века правительства многих стран
выделяли очень крупные суммы денег на создание термоядерного
реактора. Уже были созданы атомная и водородная бомбы. Уже был
проделан путь от атомной бомбы к атомному реактору.
Оставалось проделать путь от водородной бомбы к термоядерному
реактору. Эта тема активно обсуждалась в СМИ. Ставилась цель –
зажечь аналог Солнца на Земле, и таким образом раз и навсегда
решить проблему нехватки энергии.
Целая армия физиков-ядерщиков из разных стран была активирована для
решения этой задачи. Они получили в своё распоряжение самые
быстродействующие ЭВМ. Они получили лучшие лаборатории, оснащённые
самым современным оборудованием. Они получили денежное
финансирование, достаточное для реализации любых самых смелых
проектов. Они имели возможность оповещать весь мир о своих
достижениях, публикуя их в самых престижных научных журналах.
Специально для них были созданы новые научные журналы.
Решили ли они поставленную задачу? Нет, не решили.
Даже не приблизились к её решению. Даже сейчас ещё очень далеко до
создания термоядерного реактора.
Почему они собирались решить задачу?
Разве они не понимали, насколько она трудна? Были некомпетентными
специалистами?
Или сознательно обманывали своих спонсоров? Это ещё хуже – это
уголовная ответственность.
Кто-нибудь из руководителей этих проектов понёс ответственность? Я
ничего не слышал об этом. Все они остались уважаемыми учёными:
сохранили свои посты и жалования. Ну и т.д.
Итак, что мы имеем. Задачу, на которую были выделены деньги, ЭВМ,
лаборатории, место в научных журналах, физики-ядерщики не
решили.
Но! Здесь важное «но». Вместо этого они построили теорию звёздной
эволюции. А что им оставалось делать? У них были лучшие ЭВМ,
лаборатории, где они проводили ядерные реакции и возможность
публиковать свои исследования в лучших научных журналах.
В связи с этим мне пришла в голову простая мысль. Если эти учёные
не решили задачу, для которой были наняты, то стоит ли им верить в
чём-то другом? Может быть, теория звёздной эволюции – это следствие
их некомпетентности. Они не понимали, что не могли решить одну
задачу, и, соответственно, не могли понять, что неправильно решили
другую.
Пока это только предположение. В связи с ним возникают вопросы
1. Какие есть аргументы, что на Солнце действительно водород
превращается в гелий?
2. Откуда известно, что Солнце состоит в основном из водорода?
3. Сделали ли наши создатели звёздной эволюции какое-нибудь
нетривиальное предсказание?
2. Я никогда в этом не сомневался
Наверное, все читали или слышали, что в недрах звёзд идут
термоядерные реакции. Я тоже читал об этом и был в этом уверен.
Возможно, мне передалась уверенность авторов тестов. Даже когда
было установлено, что поток солнечных нейтрино в 3 раза (или даже
больше) меньше расчётного, не сомневался в термоядерном синтезе.
Сейчас мне это кажется странным. Но вот когда в начале ХХI века
проблема солнечных нейтрино была решена, у меня появились
первые сомнения. Точнее, не понравилась та поспешность (и
неуместное ликование), с которой учёные закрыли проблему.
Примерно 7 – 8 лет назад я получил
некоторые строгие выводы из своих исследований, которые явно
противоречили тому, что недра звёзд состоят в основном из водорода.
И только после этого решил ознакомиться с историей вопроса. Хотел
докопаться до истины и узнать, насколько корректны и сильны
аргументы в пользу водорода и термоядерных реакций. В то время как
раз читал книгу Саймона Миттона «Дневная звезда – Солнце». Этого
астронома я знал по книге «Исследование галактик», и мне очень
понравилось, что он, в отличие от других авторов, не «фильтрует»
данные наблюдений в угоду каким-то теориям, а пишет всё. Из книги
узнал, что реакция превращения водорода в гелий никогда не
наблюдалась в лаборатории.
Я испытал шок. Потому что был уверен, что реакция превращения
водорода в гелий хорошо известна учёным. Да, они не могут «зажечь»
Солнце на Земле, но превратить два протона в дейтерий, столкнув их
на ускорителе, для них не составит труда. И весь вопрос только в
том, насколько условия в недрах звёзд подходят для таких реакций и
достаточно ли там водорода. А, оказывается, реакция превращения
водорода в гелий – ГИПОТЕТИЧЕСКАЯ. Ещё неизвестно, может ли вообще
она идти или нет.
Саймон Миттон ничего не напутал?
Я достал с полки книгу «Лауреаты
нобелевской премии по физике», открыл лекцию Ханса Бете «Источники
энергии звёзд», и вот что прочитал о реакции синтеза дейтерия из
двух протонов:
«Этот результат получается чисто теоретически с использованием
известной константы связи для бета-распада; считается, что значение
этой величины определено с точностью до 5 процентов или даже ещё
лучше. Нет никаких шансов наблюдать столь медленную реакцию на
Земле…»
3. Нас учат, что все состоит из водорода
Когда я пришёл к выводу, что недра звёзд состоит в основном не из
водорода и гелия, то мне стало интересно, почему астрофизики
уверены в том, что недра звёзд (по крайней мере, молодых) состоят в
основном из водорода и гелия. Какие аргументы вынудили учёных в это
поверить? И насколько эти аргументы «железны»?
Чтобы выяснить это, я стал изучать историю вопроса и вот что
узнал. Примерно до 20-х годов ХХ века астрофизики были уверены, что
недра звёзд и Солнца состоят в основном из тяжёлых элементов. Затем
американский астроном Сесилия Пейн-Гапошкина стала выдвигать
аргументы, что звёзды состоят в основном из водорода. Сначала
известные астрономы, например, Генри Рессел, её высмеивали. Тут я
совсем не удивляюсь, так как научные эксперты всегда высмеивают
новые направления (это свойство учёных можно эффективно
использовать для выбора правильной научной политики). Но потом,
примерно в 30-е – 40-е годы ХХ века, специалисты и широкая научная
общественность поверили, что звёзды состоят в основном из
водорода.
Вот аргументы в пользу
водорода.
Благодаря успехам в экспериментальной и теоретической спектроскопии
было выяснено, что атмосфера Солнца состоит в основном из водорода
и гелия (его в несколько раз меньше). С этим я полностью согласен.
А из чего состоят недра Солнца?
Здесь теоретики ставят такой вопрос: а перемешиваются ли различные
слои Солнца и других звёзд? Скажем так, при расчете моделей
эволюции звёзд нужно ли учитывать перемешивание внутренних и
внешних слоёв? Или этим перемешиванием можно пренебречь?
Ясно, что для теоретиков будет намного легче решать эти задачи,
если слои практически не перемешиваются.
Как известно, звёзды образуются путём
сгущения газопылевых облаков. Поэтому средний состав молодых звёзд
должен совпадать со средним составом облаков.
Пейн-Гапошкина исследовала состав молодых звёзд и окружающих их
облаков газа (туманность Ориона и другие) и выяснила, что атмосферы
звёзд совпадают по составу с облаками окружающего газа. А это
означает, что внутренности звёзд совпадают по составу с их
атмосферами.
Так как в недрах звёзд идут
термоядерные реакции, то за миллиард лет их состав сильно
изменяется. Происходит ли при этом перемешивание внутренних и
внешних слоёв? Нет, не происходит. Ведь атмосфера Солнца совпадет
по составу с атмосферами молодых звёзд и с облаками межзвёздного
газа. Тот же самый состав атмосфер имеют и другие немолодые звёзды,
находящиеся на главной последовательности.
Итак, Солнце и молодые звёзды состоят в основном из водорода. При
этом атмосфера этих звёзд совпадает по составу с их недрами. По
мере эволюции, состав недр меняется, но атмосферы звёзд сохраняют
первоначальных состав.
4. Третьего не дано!
Есть две
диаметрально противоположные точки зрения на прохождение звезд:
1. Звёзды образуются в результате сгущения газопылевых
масс.
2. Звёзды образуются в результате распада сверхплотного дозвёздного
вещества.
Первая точка зрения берёт своё начало от небулярной гипотезы Канта-Лапласа. Сейчас эта точка зрения общепринята в науке. Однако мне не известны серьёзные аргументы в её пользу. Поэтому буду признателен читателю, если он приведёт такие аргументы. Пишу эти строки без какой-либо надежды их получить :)
Вторая точка зрения активно разрабатывалась советским академиком
Виктором Амбарцумяном. Она известна как «Бюраканская концепция». В
её пользу имеется ряд аргументов. Их мы рассмотрим позже.
Согласно бюраканской концепции, звёзды образуются так. В период
активности из ядра галактики выбрасывается сверхплотное вещество,
которое распадается на звёзды и газ. В некоторых случаях из-за
быстрого вращения ядра, у галактик образуются спиральные
рукава.
С этой точки зрения не звёзды образуются из туманности, а,
наоборот, туманности постепенно выбрасываются из звёзд. Звёзды,
теряя верхнюю атмосферу, образуют вокруг себя туманности.
Туманности состоят в основном из водорода потому, что атмосферы
звёзд состоят в основном из водорода.
В недрах звёзд нет (или почти нет) водорода. Там сверхплотное
дозвёздное вещество. Оно распадается, выделяя энергию. При распаде
образуются тяжёлые элементы, в том числе, и радиоактивные, такие
как Уран и Торий. Также образуется множество альфа-частиц, протонов
и нейтронов. Альфа-частицы – это ядра гелия, а нейтроны быстро
распадаются на протоны – ядра водорода. Таким образом, непрерывно
появляются гелий и водород. Эти газы, как самые лёгкие, поднимаются
вверх – в атмосферы звёзд. Водород легче гелия в 4 раза, поэтому в
верхней атмосфере его больше. Звёзды теряют в основном водород и
гелий (гелия теряют меньше). Поэтому межзвёздный газ состоит в
основном из водорода.
Итак, аргументы в пользу водорода в звёздных недрах основаны на
предположении, что звёзды образуются из межзвёздного газа. Если мы
сомневаемся в этом предположении, то и аргументы теряют смысл.
Так из чего состоят недра звёзд и Солнца? Можно ли ответить на этот
вопрос не привлекая различные гипотезы об образовании звёзд?
5. Достучаться до звёзд!
Итак, мы хотим узнать, что находится в недрах звёзд. Если мы примем
какую-то гипотезу об их происхождении, то сразу же получим
ответ.
Если предположить, что звёзды образуются в результате
сгущения межзвёздного вещества, то они состоят в основном из
водорода.
Если предположить, что звёзды образуются в результате распада
сверхплотного вещества, то недра звёзд состоят в основном из
сверхплотного вещества.
Но мы ещё не знаем, как образуются
звёзды. Приняв какую-либо гипотезу на веру в качестве истины, мы
рискуем пойти по неверному пути.
Нам нужно провести НЕЗАВИСИМОЕ расследование. Такое расследование,
которое НЕ зависит от того, как образуются звёзды.
Итак, перед нами звезда, например Солнце. Известно, что её
атмосфера состоит на 98% из водорода и гелия (его в три раза
меньше) и на 2% из тяжёлых элементов. В первую очередь, это
кислород, углерод, железо и т.д.
Что же находится в глубине Солнца?
Если мы больше ничего не знаем (а это почти так), то дать полный ответ на этот вопрос, очевидно, невозможно. Тем не менее, что-то сказать мы способны.
![Много ли мы знаем о звёздах? Много ли мы знаем о звёздах?](/images/main/mnogo-li-mi-znaem-o-zvezdah-f8d0e3.jpg?from=http://ic.pics.livejournal.com/bhagovan_narcom/30251298/22476/22476_600.jpg)
Мы очень хорошо знаем, как изменяется плотность различных газов в
зависимости от высоты: она уменьшается по экспоненте. На высоте 5
км плотность воздуха уменьшается примерно в 2 раза, на высоте 10 км
– в 4 раза и т.д. То есть, плотность атмосферы быстро уменьшается с
высотой.
Наша атмосфера состоит из различных газов. Одинаково ли уменьшаются
плотности этих газов с высотой? Нет. Чем тяжелее газ, тем круче у
него экспонента, тем быстрее падает его плотность. Вот что пишет об
этом Ричард Фейнман:
«Заметим, что если имеется несколько сортов молекул с разными
массами, то число их убывает по разным экспонентам. Число более
тяжёлых молекул убывает с высотой быстрее, чем число лёгких
молекул».
И далее:
«на больших высотах преобладают очень лёгкие газы, например
водород, так как молекулы лёгких газов способны забраться на такую
высоту, где все остальные экспоненты уже вымрут».
Смотри рисунок, который взят также из Фейнмановских лекций по
физике.
Так что же находится в глубине Солнца?
Ответ очевиден. По мере погружения в солнечную атмосферу процентное
содержание кислорода, железа и других тяжелых элементов будет
расти, а процентное содержание водорода и гелия, наоборот,
уменьшаться.
Этот ответ следует из статистической механики. Он НЕ зависит от
того, как образуются звезды.
7. Конвекция не поможет
Итак, мы пришли к выводу, что в современной теории
звездообразования существует проблема. Она связана с тем, что
химический состав атмосфер у молодых звёзд совпадает с составом
окружающих их газовых туманностей: 98% водорода и гелия и 2%
тяжёлых элементов.
Процентное содержание тяжёлых элементов в звёздных
атмосферах, очевидно, должно повышаться с глубиной. Причём весьма
быстро. Уже на глубине 100 – 200 км количество тяжёлых элементов
должно превосходить количество водорода и гелия в десять раз!
Смотри рисунок, взятый у Фейнмана, в предыдущей
публикации.
Конечно, такое резкое повышение концентрации элементов с глубиной можно было бы ожидать только в статической и изотермической атмосфере, в которой нет конвекции. На Солнце и других звёздах конвекция есть. Но какой бы сильной она не была, на качественный расклад она повлиять не сможет. Для примера предположим, что у какой-то звезды от её центра к периферии непрерывно дует мощнейший ветер, поднимая вверх тяжёлые элементы. Как бы сильно он не дул, он всё равно будет подымать лёгкие элементы выше, чем тяжёлые (на этом, кстати, основана работа центрифуги по разделению газов). В вертикальном столбе ветра всё равно будет наблюдаться рост лёгких элементов с высотой. А это означает, что количество тяжёлых элементов должно возрастать с глубиной. Следовательно, средний состав молодых звёзд отличается от состава их атмосфер. То есть, тяжёлых элементов в молодых звёздах не 2%, а значительно больше. И это означает, что звёзды НЕ могли образоваться из окружающих их газовых облаков, в которых тяжёлых элементов всего 2%.
К этому стоит добавить такую проблему.
Состав атмосфер у многих звезд НЕ изменяется со временем. Скажем,
состав солнечной атмосферы совпадает с составом атмосфер у молодых
звёзд.
Как так?
Ведь общепринято, что в недрах Солнца вот уже несколько миллиардов
лет идут термоядерные реакции. Значит, состав ядра заметно
изменился. А состав атмосферы – нет. Почему? Считается, что
солнечное ядро не участвует в конвекции, а в более верхних слоях
конвекция очень сильная. На мой взгляд, слишком надуманное
предположение, которое, тем не менее, основную проблему не решает.
При любой конвекции содержание тяжёлых элементов должно возрастать
с глубиной.
Как же относятся астрофизики и вышеизложенной проблеме? Да никак.
Думаю, они не знают о ней. Во-первых, потому что астрофизики не
ищут никаких проблем в своих теориях (а зря!) И, во-вторых, у них
есть гораздо более серьёзные проблемы. Серьёзные проблемы мы
рассмотрим позже. А пока будем обсуждать проблемы, которые лежат
«на поверхности».
8. Почему Солнце вращается с разной скоростью?
Хорошо известно, как вращается наше Солнце – оно вращается с разной
скоростью: у полюсов медленнее (один оборот за 34 дня), у экватора
намного быстрее (один оборот за 24 дня). Почему? Возможны два
варианта:
1. Что-то тормозит вращение полярной атмосферы.
2. Что-то ускоряет вращение экваториальной атмосферы.
В любом из этих двух вариантов можно сделать вывод: скрытые от
наблюдений более глубокие слои Солнца вращаются с другой скоростью,
чем атмосфера.
А с какой другой скоростью: быстрее или медленнее?
Предположим, что внутренние слои вращаются медленнее. В таком
случае они будут замедлять вращение атмосферы. Чем больше
относительная разность скоростей между слоями, тем сильнее
замедление. Самая большая разность скоростей будет у экваториальных
слоёв, самая маленькая – у полярных. В таком случае экваториальные
слои атмосферы должны вращаться медленнее полярных. Мы пришли к
противоречию.
Теперь предположим, что внутренние слои вращаются быстрее. В таком
случае они будут ускорять вращение атмосферы. Чем больше
относительная разность скоростей между слоями, тем сильнее
ускорение. Самая большая разность скоростей будет у экваториальных
слоёв, самая маленькая – у полярных. В таком случае экваториальные
слои атмосферы должны вращаться быстрее полярных. Это действительно
так.
Мы пришли к выводу, что внутренние слои Солнца вращаются заметно
быстрее его внешней оболочки (атмосферы). Как это можно
объяснить?
![СÑеÑÑик поÑеÑений Counter.CO.KZ - беÑплаÑнÑй ÑÑеÑÑик на лÑбой вкÑÑ!](/images/main/mnogo-li-mi-znaem-o-zvezdah-4cbf98.jpg?from=http://counter.co.kz/CounterCoKz?page=bhagovan-narcom.livejournal.com_65266.html&style=indgt&digits=8&start=2)
|
</> |