fonzeppelin

Categories:

Как не погасло Солнце

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
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
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
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.

Error

default userpic

Your reply will be screened

Your IP address will be recorded 

When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.