Как не погасло Солнце

[fonzeppelin]

Солнце даёт тепло и жизнь Земле. И будет дарить ещё многие сотни  миллионов лет — звезды такого типа живут долго. Но во второй половине XX  века ученые всерьёз опасались, что Солнце может погаснуть в любую  минуту.

Что происходит на Солнце прямо сейчас?

Казалось бы, изучать поведение Солнца просто. Наведи телескоп — и  смотри (только не забудь про фильтры). Но на самом деле понять, что  происходит сейчас внутри звезды, очень сложно. Огромная толща солнечной  материи — на редкость плохая оптическая среда. Свету из солнечного ядра  приходится тащиться от 100 000 до 50 000 000 земных лет, чтобы  только-только добраться до поверхности. А затем еще восемь минут, чтобы  достигнуть Земли.

Напоминаю, что скорость света в 300 000 км/с — это скорость света в вакууме.  В прозрачной среде скорость света может быть значительно меньше.  Например, в лаборатории были созданы такие условия, при которых свет  полз со скоростью едва-едва 17 метров в секунду.

Конечно, астрономов и физиков не очень-то устраивает наблюдать лишь  то, что происходило внутри Солнца много-много лет назад. Им хочется  знать, что же там творится сейчас.

Снимок Солнца, сделанный Обсерваторией солнечной динамики, NASA

И тут на помощь приходят нейтрино. Эти маленькие шустрые частицы,  практически лишённые массы, очень-очень слабо взаимодействуют с  окружающей их материей. Планеты, звёзды и люди для нейтрино мало чем  отличаются от пустого места: они проскакивают их навылет, лишь изредка  задевая атомы. Сплошная стена из меди толщиной в световой год (9,5 триллиона километров), возможно, сумела бы остановить половину летящих через неё нейтрино.

Родившись в ядре Солнца, нейтрино тратит не более пары секунд, чтобы  подняться к поверхности. Ещё восемь минут — чтобы достигнуть Земли.

То есть наблюдая за потоком нейтрино, можно понять, что происходит в недрах Солнца прямо сейчас, а не сотни тысяч лет назад.

Именно нейтрино и решили использовать американские ученые Рэймон  Дэвис и Джон Бакал для изучения внутренней структуры Солнца. Хотя  заметить сами нейтрино почти невозможно, следы их пролёта можно  обнаружить по косвенным признакам — например, по распаду протонов в  толще воды.

Чтобы заметить неуловимые нейтрино, Дэвис установил огромный бак с  тетрахлорэтиленом в глубокой подземной шахте: пролетающие сквозь бак  солнечные нейтрино превращали некоторые атомы стабильного изотопа  хлор-37 в радиоактивный аргон-37, количество которого можно было затем  подсчитать. Бакал выполнил теоретические расчёты, позволявшие примерно  оценить, какого порядка цифры стоит ожидать от солнечных нейтрино. И в  1970 году установка заработала.

Вот только возникла проблема.

Обнаруженный поток нейтрино был ровно втрое слабее расчётного.

А если Солнце погаснет?

Разумеется, будучи настоящими учеными, Дэвис и Бакал первым делом  перепроверили свои расчёты и эксперименты. Но никакой ошибки в них не  обнаружили. Более того, никакой ошибки в них не смогли найти и другие  специалисты. Нет, вычисления Бакала и эксперименты Дэвиса были верны: а  это значило, что нейтринный поток от ядра Солнца и в самом деле втрое  слабее того, каким должен был быть. А значит, что-то не так было либо с  нейтрино, либо с Солнцем.

Что вызвало… двойственную реакцию в научном сообществе.

Физики-ядерщики пожали плечами и сказали, что нейтрино — это  малоизученные частицы и, наверное, какое-то их свойство было понято  неправильно. Интересно, но не особенно важно. Мир ведь от этого не  кончится.

Астрономы побледнели от ужаса. Ибо с их точки зрения, мир от этого как раз мог закончиться, причём в любую минуту.

С точки зрения астрономов, нейтринный поток от Солнца в 1/3 от  расчетного означал, что сама активность недр Солнца по какой-то причине  ослабела до 1/3 от обычной. Прямо сейчас это не было заметно, поскольку  поверхность Солнца все еще излучала фотоны, порождённые в его ядре 100  000 — 50 000 000 лет назад. Но в какой-то момент в будущем тепло,  излучаемое Солнцем, должно было ослабеть на две трети. С  катастрофическими последствиями для Земли вообще и человечества в  частности.

Строение Солнца

Самым неприятным во всём этом было то, что никак нельзя было понять:  когда же именно начало гаснуть Солнце? Если сравнительно недавно, то у  человечества еще были сотни тысяч, возможно, миллионы лет в запасе. Но  если активность солнечного ядра снизилась давно, то Солнце  могло погаснуть в любой момент. Хоть завтра. Хоть через восемь минут  (когда последние «старые» фотоны доберутся до Земли).

Журналисты, разумеется, взвыли от восторга: немало газет  выходило с броскими заголовками «УЧЁНЫЕ НЕ УВЕРЕНЫ, ВЗОЙДёТ ЛИ СОЛНЦЕ  ЗАВТРА!».

Фантастам идея грядущей солнечной катастрофы тоже пришлась по вкусу:  роман «Песни далёкой Земли» сэра Артура Кларка был вдохновлён именно  этим. Остальной мир отреагировал ожидаемо: сначала обеспокоился… а затем  забыл о проблеме. Поскольку прогнозы астрономов относительно того,  когда Солнце должно погаснуть, варьировались от «прямо сейчас» до «через  пятьдесят миллионов лет», причём примерно равновероятно, человечество  достаточно логично рассудило, что «прямо сейчас» делать что-то уже  поздно, а готовиться к катастрофе через сотни тысяч лет — рано.

В последующие десятилетия нейтринные астрономы лихорадочно пытались  найти какое-то светлое пятно в леденящем мраке будущего. Но все  эксперименты лишь подтверждали ранее полученные цифры. И только в 2001  году наконец пришло разрешение ситуации — научный мир вздохнул с  облегчением.

Физики были правы — астрономы нет.

Вся суть проблемы оказалась в том, что в природе существуют три типа  нейтрино: электронные, мюонные и тау-нейтрино. Детектор Дэвиса мог  засекать только один тип — электронные нейтрино, поскольку считалось,  что Солнце излучает только их. Так и есть на самом деле. Но выяснилось,  что у маленьких юрких нейтрино был ещё один трюк в кармане: они могли  спонтанно превращаться из одного типа в другой. Например, из электронных  — в мюонные… которые установка Дэвиса не видела.

Теория «нейтринных осцилляций» была предложена ещё в 1957 году, но  долгое время физикам не удавалось придумать эксперимент, который  позволил бы её проверить. Но они обратили внимание на то, что число  типов нейтрино (три) странным образом перекликается с тем, что Солнце  излучает лишь 1/3 электронных нейтрино от расчётного числа. Едва ли  такое могло быть просто совпадением.

Детекторы нейтрино в нейтринной обсерватории в Садбери

В 2001 году канадская нейтринная обсерватория провела измерение всего  потока нейтрино от Солнца. В отличие от эксперимента Дэвиса, новая  установка могла засекать все три типа нейтрино. И результаты  эксперимента показали: 35 процентов нейтрино, летящих от Солнца,  приходилось на электронные, а остальной поток составляли мюонные и  тау-нейтрино. Последние, судя по всему, образовались путем превращения  электронных нейтрино в полёте от солнечного ядра до Земли. Вместе все  три типа нейтрино прекрасно укладывались в расчётные ожидания Бакала.

Мир был спасён. Солнце продолжало сиять в полном соответствии с  ожиданиями. Недовольны были только фантасты, у которых отобрали такую  красивую и соблазнительную катастрофу.

Comments

[john-jack.livejournal.com]

То инерция, а то гравитация против распирающей силы излучения. Сверхновой не будет, просто туманность и белый карлик. И вот он уже да, миллионы лет.

[igor-sabadah.livejournal.com]

Скорее всего вы правы

[three-l1.livejournal.com]

> гравитация против распирающей силы излучения
Не излучения, а температуры. Причем процесс гравитационного сжатия будет снова нагревать. Это, конечно, не миллиарды лет, как при работающем термояде, но тоже процесс весьма небыстрый.

[john-jack.livejournal.com]

Я таки извиняюсь, а температура без излучения бывает? К тому же излучение поддерживает и внешние слои звезды, которые сами по себе относительно холодные.
Сжатие да, будет нагревать, потому карлик останется именно белый. Но нагреет оно потом, когда звезда уже разделилась,

[three-l1.livejournal.com]

У нас в ядре реакции остановились. Так что не будет ни красного гиганта, ни сброса оболочки, будет только относительно медленное остывание и сжатие.