Огненный шар в небе, который мы называем Солнцем, уже 4,6 миллиарда лет осуществляет термоядерный синтез ядер водорода. Солнечный свет обеспечивает химические процессы, необходимые для жизни, как мы её знаем, используя продукты синтеза внутри массивных звёзд, предшествовавших Солнцу и взорвавшихся как сверхновые, чтобы обогатить материал, из которого сформировалась Солнечная система, тяжёлыми элементами. В первые десять миллионов лет существования Солнечной системы оставшийся материал из аккреционного диска, питавшего Солнце, сформировал планеты, включая нашу Землю.
Тяжёлые элементы в солнечном диске сначала осели на его средней плоскости, химически соединились в пылевые частицы, затем сгруппировались в крупные камни благодаря трению и вихрям в окружающем газе, а затем стали достаточно большими, чтобы гравитация смогла удерживать их вместе в виде каменистых планет. Таким образом, ядро Солнца, сформировавшееся в начале, должно содержать больше тяжёлых элементов, чем его оболочка, образовавшаяся позже, когда тяжёлые элементы уже ушли в состав планет. Примечательно, что данные о нейтрино, испускаемых в результате реакций синтеза в ядре Солнца, недавно подтвердили эту ожидаемую структуру «луковичной оболочки».
Когда я вошёл в астрофизику 35 лет назад, я не знал, как светит Солнце. Это было неловко, так как Джон Бахколл, щедро предложивший мне пятилетнюю стипендию в Институте перспективных исследований (IAS) в Принстоне при условии, что я перейду в астрофизику, посвятил свою карьеру изучению солнечных нейтрино. Джон стал пионером нейтринной астрофизики, которая, помимо улучшения нашего понимания внутренней структуры Солнца, привела к открытию масс нейтрино и подтвердила, что сверхновые образуют нейтронные звёзды, размер которых сопоставим с размером города, а масса — с массой Солнца. Мои первые работы с Джоном были посвящены диффузии элементов в Солнце, процессу погружения тяжёлых элементов под действием гравитации, который оказался недостаточно сильным, чтобы объяснить их повышенное содержание в солнечном ядре.
Века назад ни один астрофизик не знал, как светит Солнце. В 1920 году сэр Артур Эддингтон предположил, что синтез водорода в гелий выделяет энергию в соответствии с эквивалентностью массы и энергии Альберта Эйнштейна. После открытия нейтрона Джеймсом Чедвиком в 1932 году физики смогли рассчитать энергию связи каждого ядра, сравнив разницу между массами свободных нейтронов и протонов и фактической массой ядра. Эта ядерная энергия связи является источником энергии звёзд.
Железо-56, содержащее 26 протонов и 30 нейтронов, является конечным продуктом ядерного горения в звёздах, поскольку оно обладает минимальной массой на один нуклон. Ядра легче железа выделяют энергию при увеличении массы в результате синтеза, тогда как ядра тяжелее железа выделяют энергию при расщеплении (делении). Если звёзды получают энергию из синтеза, то все электрогенерирующие ядерные реакторы на Земле до сих пор основаны на делении. Природные реакторы синтеза с гравитационным удержанием газа, известные как звёзды, стабильны. Однако концепции человеческих реакторов синтеза на основе магнитного или инерционного удержания сталкиваются с жестокими нестабильностями.
Ядерные знания могут использоваться как во благо, так и во зло. Во время Второй мировой войны Манхэттенский проект под руководством физика Роберта Оппенгеймера (ставшего позже директором IAS) привёл к созданию первых ядерных бомб. Сегодня ядерное оружие включает бомбы деления, такие как сброшенные в 1945 году на Хиросиму и Нагасаки, и термоядерные бомбы, которые используют деление для запуска синтеза изотопов водорода — дейтерия и трития.
В 1942 году Энрико Ферми создал первый человеческий самоподдерживающийся реактор деления в Университете Чикаго. В 1950 году, находясь в Лос-Аламосе, Ферми задал знаменитый вопрос о внеземных технологических цивилизациях: «Где все?» Один из возможных ответов заключается в том, что они уничтожили себя через столетие или два после открытия ядерной энергии и больше не существуют.
Недавно президент России Владимир Путин повысил градус ядерной риторики, заявив, что он использует «все доступные средства» для защиты российской территории. Президент США Джо Байден предупредил, что мир находится на грани ядерного «Армагеддона». Обострение войны на Украине до уровня мирового конфликта может поставить человечество под угрозу существования.
Находимся ли мы на грани Третьей мировой войны ядерного характера?
Научные знания дестабилизируют технологическое общество: ядерная война, пандемии, вызванные биологическим оружием или утечками из лабораторий, искусственный интеллект, изменение климата. Мы можем получить статистическую перспективу наших шансов выжить, изучая миллиарды скалистых экзопланет. Технологические шрамы на поверхностях обитаемых планет могут рассказать нам о наиболее распространённых катастрофах.
В библейской истории познание добра и зла привело к изгнанию Адама и Евы из Эдема, чтобы они не вкусили дерево жизни и не стали бессмертными. Возможно, наше технологическое знание либо разрушит нас, либо обеспечит самоисцеление, позволяющее выживать в космосе.
Если вы хотите читать больше интересных историй, подпишитесь пожалуйста на наш телеграм канал: https://t.me/deep_cosmos