Природа космических тел Солнечной системы - Тимофеев Дмитрий Николаевич
В книге затронута только небольшая область знаний о Земле и космических телах Солнечной системы. Понятно, что такие представления могут распространяться и на системы других звезд Вселенной.
Глава 1. Базовые гипотезы
В существующем представлении об окружающем нас мире есть большое количество загадок и заблуждений. Многие представления, которые даются нам в университетах не соответствуют действительности, противоречат фундаментальным законам природы, а существуют только по традиции, другие не могут ответить на ряд вопросов.
Из существующих гипотез образования Солнечной системы наибольшую популярность имеет гипотеза О. Ю. Шмидта, согласно которой наша планетная система и, в частности, Земля возникли в результате сгущения окружавшего Солнце допланетного газопылевого облака [Шмидт, 1960]. С течением времени частицы этого облака слипались и образовали планеты.
Недостатком этой концепции является отсутствие предыстории появления самого вещества Солнечной системы. Концепция существует как бы в одном измерении космической механики, в то время как реально процессы идут еще одновременно в измерении ядерной физики и химии.
Надо отметить, что в эпоху зарождения Солнечной системы, примерно несколько миллиардов лет назад, образовались и сами элементы. Это не случайно, а произошло в результате одного события.
Образования элементарного вещества космических тел Солнечной системы в результате взрыва нейтронной звезды
Гипотеза 1
Исследованиями определено, что вещество Солнечной системы образовалось примерно 4,5 миллиарда лет назад. Такое представление сделано на основании того, что в составе элементов пород имеются радиоактивные изотопы (нестабильные атомы), которые с определенной скоростью постепенно распадаются. Если бы элементы существовали вечно, то нестабильных атомов не могло бы быть. Наличие нестабильных атомов в породах позволяет не только сделать вывод о том, что их элементы образовались, но и по скоростям распада вычислить примерно, когда это произошло.
Объяснение природы образования элементов Солнечной системы требует знаний ядерной физики. Знания этой области науки не являлись сильной стороной геологического сообщества, поэтому, когда возникали такие вопросы, ученые пространно ссылались на процессы, происходящие внутри звезд, или взрывы сверхновых.
Для объяснения явления образования элементов звездных систем выдвинута следующая гипотеза.
Образование элементов звездных систем происходит при взрывах нейтронных звезд
[Тимофеев, 2009; Тимофеев, 2013а]. При взрыве нейтронное вещество звезд распадается на атомы химических элементов, образующие в дальнейшем звездные системы.
Нейтронные звезды не могут существовать вечно. При длительном горении энергетические возможности их исчерпываются, звезда начинает остывать. Нейтронное вещество звезды способно существовать только при очень высоких температурах, а при остывании становится нестабильным. После остывания до критической температуры нейтроны, как это и положено в нашем более холодном мире, способны на β-распад. Происходит взрыв нейтронной звезды с образованием химических элементов. Такие взрывы сопровождаются значительным выделением энергии, сильным излучением нейтронов, протонов, электронов, фотонов (рис.1).
Рис. 1. Образование элементов Солнечной системы при взрыве нейтронной звезды:
1 – нейтронная звезда; 2 – нейтроны; 3 – протоны; 4 – электроны; 5 – ядра атомов; 6 – нейтрино
В нашей Галактике на месте Солнечной системы находилась нейтронная звезда, которая 4,5 миллиарда лет назад взорвалась, образовав туманность. В результате β-распада нейтронов образовался целый спектр элементов, при этом образовалось примерно 1200 видов ядер, из которых более 900 нестабильны.
Опишем образования элементарного вещества космических тел Солнечной системы в результате взрыва нейтронной звезды, с использованием формул ядерных реакций. Образования элементов происходят в результате β-распада нейтронов. При распаде единичного нейтрона образуется водород [Емельянова, 1958] При образовании протонов в сгустках нейтронов происходит образование ядер атомов, например, по реакциям рис.2 образуются кислород, германий, уран.
Аналогично образуются ядра и всех других элементов. Нестабильные изотопы элементов распадаются, и большое количество их, имеющих период полураспада менее миллиона лет, распалось полностью до последнего атома, превратившись в другие элементы. Содержание радиоактивных изотопов продолжает уменьшаться, поэтому и в настоящее время состав элементов Земли не постоянен. Он постепенно меняется в сторону увеличения содержания стабильных ядер. Часто при переходе в стабильные атомы, радиоактивные изотопы трансформируются по цепочке через несколько радиоактивных изотопов, иногда с малым периодом полураспада. Такое природное свойство изотопов позволяет присутствовать некоторым нестабильным элементам в составе пород. К таким изотопам относятся, например, радий Ra223 c периодом полураспада Т1/2 =1617 лет или радон Rn222 c периодом полураспада Т1/2 =3,825 дня. Кроме постоянного распада нестабильных изотопов на состав Земли некоторое влияние оказывает космическое излучение, а также излучение собственных радиоактивных элементов, которые вызывают преобразования ядер атомов. Так в результате космического излучения в атмосфере Земли ядра атомов азота трансформируются в ядра изотопа углерода С14 с периодом полураспада Т1/2 =5700 лет. Но все эти преобразования создают незначительное отклонение от уже сложившегося состава планеты.
Мир вокруг сейчас прекрасен,
травка зеленеет, солнышко блестит.
Прежде мир мог быть ужасен,
Вся Земля пылает, всё вокруг горит.
Земля оплавлена светом взрыва сверхновой
Гипотеза 2
В космосе периодически происходят взрывы сверхновых. Вполне логично считать, что это не единичные явления, а закономерность, по которой происходит изменение состояния звёзд в цикле их преобразований. Такое происходит с нейтронными Звёздами в конце их существования, когда в результате исчерпания энергии звезда охлаждается до критической температуры, при которой нейтронное вещество не может существовать и распадается с образованием обычных химических элементов (рис.1)
Наша планета, а возможно и другие планеты, существовали и вращались по орбитам вокруг нейтронной звезды, которая взорвалась.
За время взрыва сверхновой на Землю обрушился поток света, радиоактивное излучение, поток частиц, мощность потока света на Землю возросла до ста миллионов киловатт на квадратный метр, давление света на Землю возросло с 0,43 дин/м2, (0,43·10—3г/м2), до 40 кг/м2. Следы от мощного воздействия на Землю взрыва сверхновой сохранились до настоящего времени. В результате взрыва нейтронной звезды образовалось облако пыли и газов. Постепенно облако сгущалось и образовало Солнечную систему.
При облучении взрывом сверхновой верхний слой Земли испарился (рис. 3), поскольку температуры кипения пород небольшие, например, кварц кипит при температуре 2590°С, хлорид натрия при 1440оС, окись алюминия (глинозём) 3000оС, а хлорид калия при 1411оС. Давление атмосферы, образовавшейся от испарения всего верхнего слоя, достигало у поверхности Земли четырёх тысяч атмосфер. При этом плотность газа у поверхности Земли, превышала 2 тонны на кубический метр.
