Compoziția chimică a sistemului solar
Deși descoperirea procesului de sinteză a heliului de la hidrogen a răspuns la întrebarea sursei de energie solară, totuși nu a rezolvat toate problemele. În special, sa dovedit că Soarele este neașteptat sărac în hidrogen și bogat în heliu. Dacă există doar aproximativ 5 miliarde de ani, ar fi consumat mai puțin hidrogen și ar forma mai puțin heliu
Putem presupune că, în trecut, soarele era cald și petrec combustibilul lor cu mai generos la prima vedere pare a fi chiar plauzibil ca Soarele sa comportat ca un foc, din care flacăra scade pe măsură ce consumul de combustibil și de „ardere“ are loc mai lent. În acest caz, istoria trecută a Soarelui ar trebui să fie mai scurt decât ne-am gândit, și viața viitoare - lung, respectiv. Dar, din păcate, cum ar putea nici un pas indiciu că cantitatea de energie produsă de Soare sa schimbat în mod semnificativ în ultimele câteva miliarde de ani geologii pentru a stabili, în istoria Pământului
Există, de asemenea, oa doua posibilitate - Soarele să poată consuma hidrogen chiar înainte de formarea sistemului solar, când a fost o nebuloasă rotativă rarefiată.
Cu toate acestea, eul este puțin probabil. Înainte de formarea sistemului solar, în forma sa actuală nebuloasa, fără îndoială, ar putea exista nenumărate miliarde de ani, dar stau nebuloasă, ea nu ar irosi energia prin reacții nucleare în gravitatea nebuloase rarefiat este atât de slabă încât provoacă doar o ușoară creștere a temperaturii în apropierea centrului, departe nu este suficientă pentru a da prima împingere a reacției de fuziune a atomilor de hidrogen. Această nebuloasă este comprimat lent pentru a produce energie, și ar putea doar prin energia gravitațională, provocând căderea particulelor la centrul - în conformitate cu lungă durată presupunere Helmholtz.
Ca compresie nebuloasă atracție va deveni mai intensă: cantitatea totală de energie ar rămâne aceeași, dar ar fi concentrată în spațiu mai puțin și mai puțin. Cu o presiune tot mai mare în centrul nebuloasei contractante ar fi crescut temperatura până când, în cele din urmă, ea ar fi devenit nu a atins punctul critic este comprimat Nebuloasa a izbucnit într-o stea Numai atunci va începe o reacție nucleară, și numai în centrul Soarelui, mai degrabă decât în straturile exterioare ale nebuloasei , unde se vor forma planetele.
Problema, în plus, este legată nu numai de excesul de heliu, ci și de prezența pe Soare și pe planete a mai multor elemente mult mai complexe decât heliul. De unde provin aceste elemente?
Să ne cunoaștem pe scurt câteva dintre ele. Hidrogenul, al cărui nucleu atomic constă dintr-o singură particulă și heliul cu un nucleu atomic format din patru particule, sunt două elemente elementare. Restul au o structură mai complexă. Cele mai frecvente dintre acestea (după hidrogen și heliu) sunt carbonul, azotul, oxigenul și neonul, nucleele lor constând din 12, 14, 16 și 20 de particule.
Se poate, desigur, presupune că, deși hidrogenul este transformat în primul rând în heliu, apar reacții concurente în care heliul, la rândul său, este transformat în carbon sau oxigen. O astfel de fuziune a nucleelor trebuie să se întâmple extrem de rar, deoarece pentru întreaga 5 miliarde de ani de viață a Soarelui a apărut doar un număr foarte mic de atomi mai complexi. Oxigenul, de exemplu, este de numai 0,03% din volumul total al Soarelui
În plus, dacă elementele mai complexe decât heliul provin din fuziunea nucleelor, ele ar trebui să existe numai pe Soare. Cum a apărut o astfel de cantitate de atomi mai complexe pe planete formate din substanța straturilor exterioare ale nebuloasei?
Pământul, de exemplu, constă aproape exclusiv din elemente mai complexe decât hidrogenul și heliul. Acest fapt nu este la fel de surprinzător cum ar părea la prima vedere: are o explicație, pe care o voi spune acum.
Solidele leagă forțele de coeziune interatomică, iar integritatea lor nu depinde de puterea gravitației Totuși, vaporii și gazele de aderență interatomică este foarte slabă și numai forța gravitațională le ține în jurul planetei. Mișcarea atomi sau grupe de atomi (numite molecule) în gaze și vapori tinde să depășească forța de gravitație. Dacă atomii și moleculele se deplasează destul de repede, ele sunt îndepărtate de pe planetă, în ciuda gravitației. Cu cât planeta este mai mică, cu atât gravitatea este mai slabă și atomii și moleculele mai ușor îndepărtează de ea. Și, în plus, atomii și moleculele mai ușoare, cu atât mai repede acestea se deplasează, în medie, iar cel mai adesea acoperi departe de planetă.
Atomii de hidrogen sunt cei mai ușori. Ei tind să se împerecheze și să formeze molecule de hidrogen. Deși masa unei molecule de hidrogen este de două ori mai mare decât un atom de hidrogen individual, ea este totuși mai ușoară decât oricare alt atom.
Heliul există sub formă de atomi individuali. Masa atomului de heliu este de două ori masa moleculei de hidrogen (și de patru ori masa atomului de hidrogen), dar este mai ușoară decât toți ceilalți atomi și molecule.
Gravitatea Pământului este prea slabă pentru a menține hidrogen sau heliu. Este adevărat că există unii factori suplimentari în ceea ce privește hidrogenul. Doi atomi de hidrogen se poate combina cu un atom de oxigen pentru a forma o moleculă de apă (din care masa este de 18 de ori masa unui singur atom de hidrogen), sau cu atomi de alte elemente care formează solide De aceea Pământul în timpul formării sale imobilizat parte din hidrogenul din celălalt element de cuplare, dar câmpul său gravitațional a fost întotdeauna prea slab pentru a menține hidrogen sub formă gazoasă
Ca rezultat, majoritatea hidrogenului care a înconjurat Pământul în timpul formării sale nu a fost capturat de el deloc - acesta este unul dintre motivele pentru care Pământul este atât de mic. Heliul nu intră în compuși și, prin urmare, nu a fost deloc capturat de Pământ în cantități care merită atenție. În prezent, pe Pământ există foarte puțin heliu.
Cu toate acestea, alte elemente (în principal oxigen, siliciu și fier) au fost suficiente pentru a forma planete precum Pământul, Marte, Venus, Mercur și Luna.
Dar planete precum Jupiter, care erau mult mai departe de Soare, au avut întotdeauna o temperatură mult mai scăzută. Și cu cât temperatura este mai mică, cu atât atomii se mișcă mai încet și cu atât mai ușor este să îi țineți. O substanță concentrată în planeta Jupiter, poate reține hidrogenul mai ușor decât materialul din care pământul format. Odată cu acumularea de hidrogen, masa lui Jupiter a crescut, și cu ea forța gravitației sale. Acest lucru a contribuit la acumularea tot mai multă hidrogen, care, la rândul său, a intensificat atracția. Este prin acest „efect de bulgăre de zăpadă“ Jupiter a atins dimensiunea sa actuală, și, după cum arată spectroscopice și alte date, acesta a devenit un foarte bogat de hidrogen (precum și toate celelalte planeta rece externă).
Și totuși, Jupiter nu constă dintr-un hidrogen. În atmosfera sa există un amestec mare de heliu și, în plus, conform unor date, conține compuși care conțin carbon și azot.
În consecință, în toată nebuloasa din care s-au format planetele, s-au împrăștiat cantități neașteptate de heliu și elemente mai complexe. Pentru a explica acest fapt, putem prezenta două ipoteze:
1. Elementele grele se găsesc numai în regiunile interioare ale Soarelui și, prin urmare, planetele trebuie să provină din materia solară. Acest lucru este incompatibil cu ipotezele originii lor din nebuloasă, iar astronomii ar trebui să se întoarcă la o anumită versiune a teoriei planetesimal.
2. Elementele grele pot fi prezente în nebuloasa rarefiată și nu au apărut din cauza reacțiilor nucleare din interiorul Soarelui, ci în alt mod.
Majoritatea astronomilor ar prefera să nu accepte prima ipoteză dacă ar fi posibil să justificăm al doilea în mod satisfăcător. Pentru a vedea unde, în afară de Soare, pot apărea elemente grele, să privim din nou dincolo de sistemul solar, stelele.