Как не погасло Солнце
Mar. 30th, 2021 07:19 pm![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
fonzeppelinСолнце 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.
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.
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.
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.
![[identity profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/openid.png){kind=small}
no subject
Date: 2021-03-30 04:48 pm (UTC)no subject
Date: 2021-03-30 04:48 pm (UTC)no subject
Date: 2021-03-30 05:12 pm (UTC)- Через пять миллиардов лет!
- Фух, слава Богу, а я уже испугался, что через пять миллионов лет...
no subject
Date: 2021-03-30 06:11 pm (UTC)no subject
Date: 2021-03-30 06:12 pm (UTC)no subject
Date: 2021-03-30 06:17 pm (UTC)Немного не в тему, недавно в ленте поскочило что якобы в США создали компактные детекторы нейтрино и с их помощью начали искать подлодки, мне лично в это слабо верится, а что вы скажете?
no subject
Date: 2021-03-30 06:20 pm (UTC)А при чем здесь вообще свет, про конвекцию солнечного вещества они что не слышали? Даже если термояд вдруг как в книге Казанцева прекратится, то сколько миллионов лет такая дура просто остывать будет?
no subject
Date: 2021-03-30 06:27 pm (UTC)no subject
Date: 2021-03-30 06:29 pm (UTC)А где бы почитать чтобы хоть принцип понять чайнику?
no subject
Date: 2021-03-30 06:30 pm (UTC)А где бы почитать чтобы, чайнику принцип понять?
no subject
Date: 2021-03-30 06:32 pm (UTC)https://physicsworld.com/a/coherent-neutrino-scattering-seen-with-compact-detector/
no subject
Date: 2021-03-30 06:40 pm (UTC)no subject
Date: 2021-03-30 06:43 pm (UTC)no subject
Date: 2021-03-30 06:46 pm (UTC)no subject
Date: 2021-03-30 06:56 pm (UTC)Орбитальные резонансы как ещё пример.
no subject
Date: 2021-03-30 06:58 pm (UTC)no subject
Date: 2021-03-30 07:01 pm (UTC)no subject
Date: 2021-03-30 07:03 pm (UTC)no subject
Date: 2021-03-30 07:12 pm (UTC)no subject
Date: 2021-03-30 07:36 pm (UTC)no subject
Date: 2021-03-30 07:51 pm (UTC)no subject
Date: 2021-03-30 07:55 pm (UTC)no subject
Date: 2021-03-30 08:02 pm (UTC)no subject
Date: 2021-03-30 08:07 pm (UTC)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.
no subject
Date: 2021-03-30 09:12 pm (UTC)no subject
Date: 2021-03-30 10:22 pm (UTC)no subject
Date: 2021-03-31 09:41 am (UTC)Сжатие да, будет нагревать, потому карлик останется именно белый. Но нагреет оно потом, когда звезда уже разделилась,
no subject
Date: 2021-03-31 10:54 am (UTC)no subject
Date: 2021-03-31 01:10 pm (UTC)no subject
Date: 2021-03-31 01:31 pm (UTC)no subject
Date: 2021-04-01 05:34 pm (UTC)Отличная статейка! Хочу ещё
no subject
Date: 2021-04-03 05:55 pm (UTC)no subject
Date: 2021-04-03 06:10 pm (UTC)no subject
Date: 2021-04-04 04:29 am (UTC)