Верхом на бомбе. Судьба планеты Земля и ее обитателей

…Для тех, кто в танке и, к стыду своему, напрочь забыл, что такое изотопы и радиоактивные элементы, поясняю максимально просто, как для французов. Глянем в таблицу Менделеева. Что мы там увидим? Мы увидим массу всякой интересной всячины! Вот, например, элемент под № 6 – углерод, который обозначается буквой С. Номер элемента в периодической таблице – не просто цифирка в реестре. Она означает, что в ядре углерода 6 протонов. А вокруг них, соответственно, по своим орбитам вращаются 6 электронов. Атомный вес углерода 12 единиц. Это вес ядра. За единицу веса принят вес одного протона. Значит, помимо шести протонов, в ядре атома углерода есть еще шесть частиц без электрического заряда (12 – 6 = 6). Мы знаем, как они называются, – нейтроны. Вес нейтрона практически равен весу протона.
Таким образом, ядро атома углерода под номером 6 с атомным весом 12 сделано из шести протонов и шести нейтронов, вокруг которых болтаются шесть электронов.
Ядро атома железа, которое стоит в таблице Менделеева под номером 26 и имеет атомный вес, равный 56 единицам, сделано из 26 протонов и 30 нейтронов (56 – 26), вокруг которых крутятся по орбитам 26 электронов, уравновешивая своими 26-ю отрицательными электрическими зарядами 26 положительных зарядов протонов. И делая атом полным, законченным и электронейтральным.
Однако в природе встречаются атомы-уродики, в которых нейтронов больше, чем положено по штату. Такие атомы называются изотопами. Например, вместо шести нейтронов в ядре углерода их может быть восемь. Тогда атомный вес возрастает на две единички, и углерод называют С-14, в отличие от обычного углерода С-12. Изотопы нестабильны и норовят развалиться на более стабильные составляющие. Время жизни у каждого изотопа свое. Например, у С-14 период полураспада составляет примерно 5500 лет. Это значит, что за пять с половиной тысяч лет из килограмма такого углерода распадется полкило. Из тысячи атомов развалится 500 штук. Из двух атомов – один. А из одного?
Хороший вопрос.
Один атом углерода за 5500 лет распадется с вероятностью 1/2.
…Кроме изотопов, нестабильными являются также те элементы таблицы Менделеева, которые имеют очень большой порядковый номер и атомный вес. Ядра этих атомов, состоящие из многих десятков частиц, столь крупны, что протоны, расположенные на противоположных краях огромного ядра, довольно далеко отстоят друг от друга. В этих условиях мощные, но короткодействующие ядерные силы, скрепляющие протоны в ядре, уже не справляются – над ними начинают преобладать более слабые, но зато дальнодействующие силы электростатического отталкивания между одноименно заряженными протончиками. И ядро разваливается.
Такой самопроизвольный распад называется радиоактивностью. При распаде нестабильного ядра получается стабильное ядро, а прочь от него улетают «лишние» частицы и высокоэнергетичные кванты электромагнитного излучения – гамма-лучи. Именно эти гамма-лучи и сыграли ключевую роль в истории нашей крутящейся туманности. Они ионизировали атомы, из которых туманность состояла.
Для тех, кто опять-таки страдает склерозом, напомню, что ионизация атома – это отрыв от него одного или нескольких электронов. Гамма-квант шарахает по электрону и срывает его с орбиты. Электрончик отправляется в свободный полет, а атом в целом, потеряв один отрицательный заряд, соответственно, перестает быть электронейтральным и приобретает положительный заряд +1. Если атом теряет два электрона, он приобретает заряд +2.
Короче говоря, из-за радиоактивности и сопутствующей ей ионизации наша туманность состояла из частично ионизированного газа – плазмы. Плазма – электропроводник. А в центре небулы, к тому времени разогретом до нескольких тысяч градусов и потому начавшем тускло светиться темно-красным светом, появились первые конвекционные потоки, которые выносили избытки тепла к внешним границам небулы. От горячего центра нагретый газ поднимался вверх, остывал и снова опускался вниз. Так зимой в комнате движется воздух, нагреваемый батареей.
Силы Кориолиса – те самые, которые мы проходили в школе и из-за которых в северном полушарии реки подмывают правый берег, – закручивали конвекционные потоки плазмы в нашей небуле против направления вращения туманности. Они завивались в спирали, и вся эта конструкция напоминала соленоид.
К этой картине надо добавить силовые линии магнитного поля галактики, которые сгустились в небуле и приобрели форму «бабушкиного клубка шерсти» (по сути, они навивались на небулу при сборе ее массы). Что же получилось? Классическая картина – проводники (конвекционные потоки плазмы) движущиеся в магнитном поле. Электромотор! В проводниках должны генерироваться электрические токи. Но поскольку эти проводники закручены в катушку соленоида, такая конструкция обязана генерировать свое магнитное поле. И это поле было очень мощным, поскольку энергия для него черпалась непосредственно от энергии гравитационного стягивания будущей звезды.
Дальнейшее описать популярно не представляется возможным (точнее, вполне представляется, но для этого понадобился бы целый том весом в килограмм), поэтому сложную физику процесса я описывать не стану, а просто опишу то, что увидел бы внешний наблюдатель, представься ему такая возможность.
Небула, жестко армированная, словно скелетом, магнитными силовыми линиями, начала вращаться, как одно целое – как твердое тело, то есть угловая скорость всех атомов в ней стала одинаковой. До этого она вращалась, как облако газа: разные слои и частицы неслись с разными скоростями; примерно так сейчас вращается Солнце – слоями. И здесь возникает любопытный момент. Мы тут говорили, что небула представляла собой газовую туманность в форме линзы. А какова была плотность этой туманности, как вы думаете? Она была как воздух? Нет! Это была почти пустота, практически лабораторный вакуум. И вот эта «почти пустота» с редкими частицами и «вмороженными» в нее магнитными силовыми линиями вращалась, как единое целое! Разве не поразительно? Кроме того, произошло значительное уплощение толстенькой линзы небулы, она стала больше похожа на монету.
И вот, через некоторое время после того как небула перестала быть хаотической кашей, «схватилась» и стала вращаться единым целым, наш внешний наблюдатель увидел бы потрясающую картину – резкий сброс экваториальной части крутящейся туманности. Физика этого процесса должна быть понятна людям, хорошо знакомым с теоретической механикой и совершенно неинтересна широкому читателю. Просто от экватора крутящейся туманности рывком отделилась часть массы, образовав «дымное кольцо». Из этого кольца позже и появились планеты…
Момент количества движения был сброшен – фигурист раскинул прижатые руки, и его вращение замедлилось. Туманность стала крутиться медленнее, поэтому силы Кориолиса в центре сгущения ослабли почти до нуля, струи плазмы перестали закручиваться в спирали, соленоид разрушился, а с ним отключилась генерация магнитного поля небулы.
Получается, что небула будто специально включила собственное магнитное поле, чтобы сбросить часть массы для формирования планетной системы. Сколько же длился этот космический миг сброса части лишней массы и формирования протопланетного диска? Ничтожных сто лет! Впечатляющий мгновенный аккорд после миллиона лет поначалу неспешного, а потом ускоряющегося сгущения!
Ну а дальше пошло как по маслу. Поскольку скорость вращения центрального сгущения (протосолнца) упала, центробежные силы уже не могли противостоять гравитации, газ начал активно сжиматься, температура расти, и, в конце концов, в центре всей этой газовой кучи, состоящей в основном из водорода, начались термоядерные реакции – зажглась звезда.
А что в это время происходило со сброшенным газовым бубликом, крутящимся вокруг звезды? Он начал жить своей жизнью. И жизнь эта была удивительной.
Магнитное поле небулы до его отключения было довольно сильным. А внутренняя часть протопланетного диска, охваченная этим полем, была ионизированной, то есть токопроводящей. Когда рубильник был выключен (соленоид распался) и поле стало разрушаться, в токопроводящем диске навелись круговые электрические токи. Известное дело: вспомните школьный опыт – учитель размыкает цепь в индукционной катушке, и стрелка вольтметра делает мах, фиксируя скачок напряжения. Это происходит из-за того, что в катушке наводится ток, который стремится сохранить магнитное поле от распада. В школьном опыте это явление (скачок напряжения) продолжается долю секунды. Но в небуле катушка соленоида была в тысячу миллиардов раз больше. Поэтому скачок напряжения растянулся на тысячи лет. И все это время во внутренней части протопланетного диска (где потом сформировались планеты земного типа) гуляли мощные электротоки.