В погоне за Солнцем - Ричард Коэн

Реклама Tho-Radia, крема, содержащего радий и торий и продвигавшегося на рынке в 1930-е годы как прорыв в уходе за красотой. Люди демонстрировали радий на вечеринках и ходили на радий-танцы, а само слово стало модным названием бренда: пиво “Радий”, масло “Радий”, шоколад “Радий”, презервативы Радий”, свечи “Радий”и даже контрацептивное желе “Радий” (SPL / Photo Researchers, Inc.)

Вскоре следующий, еще более редкий элемент (названный радием), извлеченный Кюри из смоляной руды, был описан в газетах как чудесный металл, самый ценный элемент на Земле, способный лечить слепоту, обнаруживать пол эмбриона и даже превращать чернокожих людей в белых. “Одного-единственного грамма достаточно, чтобы поднять пять тонн на милю в высоту, а на одной унции автомобиль может объехать вокруг света”[333]. Реклама пропагандировала “радиоактивную питьевую воду” для лечения подагры, ревматизма, артрита, диабета и целого ряда других болезней. А к 1904 году ученые также назвали радий источником солнечной энергии.

Вопрос заключался в том, происходит ли энергия изнутри атомов радия или снаружи. Великий физик Эрнест Резерфорд (1871–1937), новозеландец, работавший над природой атомов в Англии и Канаде, начал исследовать атомные ядра совместно с английским химиком Фредериком Содди (1877– 1956). Резерфорд установил, что радий производит достаточно тепла, чтобы расплавить объем льда собственного веса за час, и будет это делать на протяжении тысячи лет и больше: Земля поддерживает свое тепло в том числе и благодаря радиоактивному распаду в породе и жидком ядре, расположенном в центре[334].

Вскоре ученые принялись за эксперименты с торием, радиоактивным элементом, похожим на радий, и обнаружили, что он образует еще и радиоактивный газ, один элемент превращался в другой. Это было столь удивительным результатом, что, когда Содди сообщил Резерфорду о своей находке, тот закричал ему через всю лабораторию: “Только не называй это трансмутацией – нам отрубят головы как алхимикам!” Постепенно они нашли подтверждение тому, что тяжелые атомы тория, радия и других радиоактивных элементов распадаются на атомы более легких элементов (в форме газов) и в процессе выделяют крошечные частицы, которые, названные альфа– и бета-лучами, являлись главным каналом выделения энергии.

Дальнейшие эксперименты Резерфорда показали, что основая масса атома содержится в его ядре, окруженном сверкающей паутиной электронов. Резерфорд и Содди предположили, что радиоактивность сходного свойства могла быть источником энергии Солнца, но, хотя их работа была признана заслуживающей продолжения, революции в астрофизике она не сделала. Лет сорок спустя Роберт Юнг напишет в своей основополагающей книге “Ярче тысячи солнц”, что “альфа-частицы профессора Резерфорда могли бы в то время разрушить не только атомы азота, но также и многие человеческие представления о мире. Они могли бы воскресить забытый много столетий назад страх конца света. Но в те дни подобные открытия имели мало общего с повседневной жизнью”[335][336].

Содди делал все, чтобы разъяснить открытие – сперва в статье The Interpretation of Radium (“Интерпретация радия”, 1912), затем в The Interpretation of the Atom (“Интепретация атома”, 1932), утверждая, что до открытия радиоактивного распада единственное объяснение солнечной энергии было химическим и, следовательно, энергия должна была быть кратковременной и незначительной. Но исходя из наших знаний о радиоактивности цепь ядерных реакций может создать что-то близкое по масштабу к энергии Солнца.

Прошло почти десятилетие, прежде чем открытия Содди и Резерфорда вошли в научный обиход. Эддингтон, только что добившийся успеха у берегов Западной Африки, проводил широкомасштабное исследование звездного равновесия между энергией и давлением и продвинулся вплоть до создания математических моделей звездной температуры и плотности (известен его знаменитый комментарий: “Что возможно в Кавендишской лаборатории, того несложно достичь и внутри Солнца”). Он оценил температуру солнечного ядра в 20 000 000 ºС и утверждал, что между скоростью выброса энергии (светимостью звезды) и массой звезды должно быть простое соотношение. Зная массу Солнца, считал он, можно предсказать его яркость.

Древним казалось очевидным, что Солнце горит, но для физиков конца XIX и начала XX века это уже было неприемлемой гипотезой: оно было попросту слишком горячим, чтобы гореть химически. Так что вопрос оставался открытым. Как сформулировал Джон Гершель,

Поскольку современная оценка возраста Земли уже достигала более 2 млн лет, Солнце должно было светить по меньшей мере столько же. Какие невероятные процессы могли обеспечивать такой поразительный выброс энергии? “Если бы Солнце состояло из чистого угля и было зажжено во времена первых египетских фараонов, сейчас бы оно уже полностью обратилось в золу. Такая же несоразмерность присуща любой другой химической реакции, которую можно было бы привести в качестве объяснения… ни одна из них не может объяснить даже одной стотысячной части солнечной жизни”, – писал американский физик украинского происхождения Георгий Гамов (1904–1968)[338].