Матвей Бронштейн - Солнечное вещество
Но и в ту пору, когда Менделеев еще сомневался в существовании гелия, многие высказанные им соображения были вполне справедливы: действительно, нельзя полагаться всецело на линии спектра. Они могут обмануть, потому что одни и те же вещества дают иногда разные спектральные линии в зависимости от того, находятся ли они на Земле или в составе небесных светил. Это всего лучше доказывает судьба трех мнимых веществ: небулия, корония и геокорония История небулия такова. В спектре туманностей нашей звездной системы астрономы заметили две линии — так называемые линии N1 и N2, — происхождение которых они никак не могли объяснить. Поэтому у них возникла мысль, что в туманностях есть какое-то неизвестное вещество, которое и дает эти линии.
Вещество получило имя небулий (от латинского слова nebula — «туманность»).
История корония и геокорония похожа на историю небулия. В спектре солнечной короны астрономы отыскали зеленую линию, так называемую линию 5303,3, которая тоже не принадлежала ни одному из известных земных веществ. А в спектре полярного сияния физики нашли другую зеленую линию — так называемую линию 5577.
Астроном Секки сделал вывод, что в солнечной короне (в самом верхнем разреженном слое солнечной атмосферы) существует неизвестный газ короний, а геофизик Вегенер пришел к заключению, что в самом верхнем слое земной атмосферы — там, где происходят полярные сияния, — есть другой неизвестный газ — геокороний.
Казалось, таким образом, что спектральный анализ открыл в туманностях, в солнечной короне и в верхнем слое земной атмосферы три новых вещества: небулий, короний, геокороний.
Оставалось только открыть эти вещества и на Земле. Но увы! Их так и не открыли.
Можно даже сказать: на Земле их не открыли, а «закрыли».
В 1927 году физик Боуэн неопровержимо доказал, что линии N1 и N2 принадлежат не какому-то таинственному небулию, а самому обыкновенному кислороду. Дело в том, что в туманностях кислород находится в особенных условиях — не в таких, как на Земле. Каковы же эти условия? Прежде всего в туманностях кислород очень сильно разрежен (В наших лабораториях его не смог бы разредить до такой степени даже самый могучий воздушный насос.) Кроме того, в туманностях сквозь разреженный кислород проходит интенсивный поток ультрафиолетовых лучей, возбуждающих его свечение.
Эти условия совсем непохожи на те, в которых находится кислород, светящийся в спектроскопических трубочках наших лабораторий.
Поэтому и спектры получаются разные. Это-то обстоятельство и ввело неосторожных астрономов в заблуждение.
При ближайшем знакомстве загадочный небулий оказался просто-напросто кислородом.
Точь-в-точь та же судьба постигла и короний с геокоронием: физик Гротриан доказал, что линию корония тоже испускает кислород, а физики Макленнан и Шрем обнаружили, что и линию геокорония испускает кислород.
Теперь уже никто из ученых не верит в небулий, короний и геокороний.
Таким образом, возражения Менделеева имели вполне серьезные основания: открытие новой спектральной линии еще не доказывает существования нового вещества. Жансен и Локьер были, пожалуй, немного поспешны в своих выводах. Однако в наше время уже нет сомнений, что желтая линия D3 действительно принадлежит гелию — веществу, которого не знали химики до Жансена и Локьера. Гелий, найденный на Земле, дает в спектроскопической трубочке ту же линию D3, которую обнаружил Жансен в спектре солнечных выступов.
ЗАПИСНАЯ КНИЖКА РАМЗАЯ
Сохранилась записная книжка Рамзая, по которой можно точно и последовательно восстановить всю историю открытия гелия в клевеите.
Письмо от Майерса, которое побудило Рамзая заняться клевеитом, он получил в пятницу 1 февраля 1895 года. Весь этот день и два последующих он был занят тем, что исправлял и переписывал на машинке большую статью об открытии аргона, написанную им для Королевского общества. Об этом мы узнаем из записной книжки. Следующая запись гласит: «Ничего особенного не сделал до пятницы 15 февраля». В дальнейших записях говорится об очистке аргона для точного измерения его плотности, об устройстве прибора для измерения его теплоемкости и о первых опытах с этим прибором.
Первые порции гелия были добыты из клевеита, по-видимому, 9 или 10 марта (точная дата в книжке не обозначена). Вот что пишет об этом Рамзай: «Было куплено около грамма клевеита на 3 шиллинга б пенсов (у Грегори, Фитц Рой Сквер, дом № 88). Мэтьюз кипятил его в разбавленной серной кислоте в добыл немного газа». Дальше есть такая запись: «Круксу послана первая порция в субботу 16 марта, но всю эту неделю он был очень занят и не мог рассмотреть спектр».
Утром 23 марта Рамзай, не дождавшись ответа от Крукса, сам принялся за изучение спектра нового газа. Телеграмма пришла в тот же день. Запись в книжке гласит: «Во время опытов получил телеграмму от Крукса: "Криптон — это гелий, 58749[23]*, приезжайте — увидите". Поехал и увидел».
Сообщение Королевскому обществу Рамзай написал вечером того же дня.
50 лет спустя
СОЛНЕЧНОЕ ВЕЩЕСТВО ВО ВСЕЛЕННОЙ
Прочитав о приключениях и трудных загадках, которые поджидали ученых на пути к открытию гелия, человек с практическим складом ума может подумать: «Ну, хорошо, все это, конечно, интересно, но для чего такие муки и старания? Неужели только для дирижаблей?» И даже если этот практичный человек следит за новейшей техникой и знает, что у дирижаблей сейчас, после долгого перерыва, вновь появились горячие сторонники, вряд ли он сочтет такую цель достаточной. Ведь дирижаблей-то в небе не видно, одни самолеты.
Однако гелий, будто специально для таких здравомыслящих, за прошедшие пять десятилетий показал, на что он способен. И на что способна наука, в которой незначительное, на первый взгляд, открытие приводит иногда к огромным по важности результатам. Говорят, что от великого до смешного — один шаг. Оказывается, и от малого до великого — столько же.
То, что о гелии можно говорить, пользуясь словом «малое», ясно видно из повествования М. П. Бронштейна о солнечном веществе. Вспомним блошиный вес, над которым ломал голову Рэлей, или загадочный крохотный пузырек в опытах Кавендиша.
Но к чему великому может быть причастно вещество, которого так мало? Впрочем, где мало? На Земле. А как ни велика родная наша планета, по отношению к Солнцу она составляет лишь ничтожную часть — меньше, чем стотысячную. Не случайно гелий был открыт на Солнце: там его много. Только одного вещества на Солнце больше, чем гелия, — водорода, самого легкого, простейшего элемента. А всех остальных элементов вместе взятых (включая самые обильные на Земле железо и кислород) в десять раз меньше, чем гелия.
Как же гелий попал на Солнце? Для чего он там? Эти вопросы оказались, как ни странно, в родстве с совсем другими: почему светит Солнце? откуда берется огромная энергия, которую Солнце излучает во все стороны? Ответ на эти вопросы физики нашли, когда автора «Солнечного вещества» уже не было в живых.
Оказалось, что в раскаленных солнечных глубинах водородные ядра сливаются, образуя более тяжелые ядра гелия. При этом и выделяется энергия, благодаря которой Солнце светит и греет. И благодаря которой существует жизнь на Земле.
Разгадав секрет звездной энергии, физики захотели и у себя дома, на Земле, создать подобный, но небольшой, источник энергии — маленькое солнце. Проще, увы, оказалось сделать кусок солнца, взрывающийся огромным страшным грибом, — так взрываются водородные, или термоядерные, бомбы, наводящие ужас на все человечество. А человечеству нужны не взрывающиеся, а управляемые, постоянные источники звездной энергии. Сделать их пока не удалось, но ученые упорно работают над их конструкцией.
В звездах происходит, по выражению физиков, ядерное горение водорода, а гелий — это зола, остающаяся после сгорания. Однако гелиевая зола сильно отличается от обычной. Обычную выгребают из печки и выбрасывают, а гелиевая идет в дело: в звездной печи ядра гелия тоже могут сливаться, образуя постепенно другие, все более и более тяжелые элементы. Реакцию ядерного слияния можно назвать алхимической, потому что в средние века алхимики пытались превратить одни химические элементы в другие. Больше всего им, правда, хотелось научиться делать золото. Сейчас, однако, ясно, что ядерная алхимия способна давать нечто поважнее золота — например, энергию.
Ядерное горение и образование элементов происходит не только в звездах. Оно происходило и миллиарды лет назад, в те далекие, во многом пока таинственные времена, когда и звезд еще не было, когда звезды только начинали зарождаться, когда Вселенная состояла из водорода. И чтобы узнать, какой
была Вселенная в те времена, астрономы и физики измеряют, сколько гелия успело образоваться с тех пор.
