Читать книгу Биология. Общая биология. Профильный уровень. 10 класс - Н. И. Сонин - Страница 15

Что собой представляет межзвездное пространство? Какие процессы протекают в нем? Ответ на эти и многие другие вопросы лежит на стыке двух наук – химии и астрономии.

Спектроскопия – важнейшая точка соприкосновения астрономии и химии. Анализ света, излучаемого звездами, дает богатые сведения об их химическом составе. Исследование спектров позволяет не только идентифицировать химические элементы, но дает также и другую информацию. Например, сравнивая интенсивность линий одного и того же элемента, можно измерить температуру источника, а содержание каждого элемента можно найти, измеряя относительную интенсивность его главных спектральных линий.

С конца XIX в. было зарегистрировано более 2 млн спектров примерно 15 тыс. звезд и Солнца. На основе их изучения был сделан вывод, что всюду во Вселенной существуют одни и те же химические элементы и выполняются одни и те же физические законы (табл. 2.1).

Таблица 2.1. Содержание во Вселенной некоторых из наиболее распространенных элементов (по сравнению с числом атомов водорода)

Рис. 2.1. Реакции ядерного синтеза можно видеть на примере слияния атомов водорода, в результате чего образуется атом гелия

Водород – наиболее часто встречающийся и самый простой элемент. Его атом состоит из одного протона и одного электрона. Если первичное вещество Вселенной составлял исключительно водород, то можно объяснить не только наличие, но и распространенность всех остальных элементов в настоящее время. В такой первичной Вселенной, состоящей из чистого водорода, образовались звезды. Они являются довольно крупными гравитационно-связанными скоплениями вещества, в ходе образования которых температура повышается настолько, что начинают протекать ядерные реакции. Основной ядерной реакцией является слияние ядер атомов водорода. В этой реакции водород превращается в гелий с выделением энергии (рис. 2.1). Масса ядра атома гелия, состоящего из двух протонов и двух нейтронов, точно измерена и составляет 4,0026 атомной единицы массы (а.е.м.). При давлении и температуре, достаточно высоких для того, чтобы началась реакция слияния водородных атомов, четыре атома водорода сливаются в один атом гелия. Но масса одного атома водорода равна 1,0079 а.е.м., и, следовательно, четыре его атома имеют массу 4,0316 а.е.м. Разность между массой четырех атомов водорода и массой одного атома гелия равна 0,029 а.е.м. – это очень небольшое число, но именно оно движет Вселенной. По закону сохранения массы и энергии эта разность масс превращается в энергию излучения.

Согласно уравнению Эйнштейна, энергия равна массе, умноженной на квадрат скорости света. Превращение водорода в гелий сопровождается небольшой потерей массы – 0,7 % на каждый атом гелия – и высвобождением колоссального количества энергии.

Дальнейшее взаимодействие элементов приводит к возникновению других элементов. Очевидно, что реакции последних между собой выражаются в образовании более сложных молекул и их комплексов – пылевых частиц. Газы и пылевые частицы образуют в космическом пространстве скопления газово-пылевой материи.

Примером такого скопления может служить гигантская туманность в созвездии Ориона. Эту туманность в районе «меча» Ориона можно видеть в бинокль. Она имеет около 15 световых лет в диаметре и содержит такое количество газа и пыли, которого достаточно для образования 100 000 звезд размером с наше Солнце. Одна из многих туманностей в нашей галактике – Млечный Путь, диаметр которой около 100 000 световых лет. Туманность Ориона, отстоящая от нас на расстояние около 1500 световых лет, является ближайшей к нам туманностью.