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 не правы.

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.

Понравилась статья? Бойцовым Котам нужны патроны - поддержи нас на Patreon! ^_^

16 КОММЕНТАРИИ

  1. Спасибо. Интересно!
    Но… разве “просто погаснуть” входит в жизненный цикл звезды? и разве как минимум часть получаемой энергии от Солнца не приходится на энергию, которую излучают ее поверхностные слои?

    • Источник энергии Солнца – термоядерные реакции, которые могут происходить только при очень высоких температурах. “Поверность” Солнца, видимая нами, слишком холодна. Там происходят только перемешивание вещества и переизлучение родившегося в глубинах света

      • //Источник энергии Солнца – термоядерные реакции,

        Это понятно. Но я почему-то думал, что мы греемся не напрямую от ядра. А в том числе за счет переизлучения энергии верхними слоями солнца. Когда фотоны из ядра поглощаются зоной лучистого переноса, а потом еще все смешивается в конвекционной (или как она там), где вещество также излучает энергию.

  2. Да уж, напомнило, обратно, сюжетную канву “Пекла”
    https://youtu.be/ZwdxHm4yUoM

  3. “Но во второй половине XX века ученые всерьёз опасались, что Солнце может погаснуть в любую минуту.”

    Смотря на то куда пришла современная наука, ничего удивительного в этом нет.

    У этих идиотов глобальное потепление сменяет ледниковый период каждый год, в зависимости от того какая погода была в сезоне.

    • Эти идиоты когда-то изобрели компьютеры и интернет, в котором тепеть пишут гении вроде вас

      • Идиоты которые верят что Солнце скоро взорвётся, изобрели компьютер?

        За что же вы Тьюринга то так? Что он вам сделал?

        • Так это вы смешали в одну кучу астрофизиков, физиков-теоретиков и климатологов. Почему бы туда не добавить Тьюринга или Шокли?

        • Изобретение компьютеров и детектирование нейтрино очень хорошо связаны. Компьютеры в современном виде стали возможны благодаря физикам которые объяснили свойства полупроводников. Это сделали Мотт и Шоттке на основе работ Ферми, который объяснил поведение электронов в твердых телах, т.н. статистика Ферми. Работы Ферми в свою очередь стали возможны благодаря Паули, который предложил свой знаменитый принцип – два электрона не могут находиться в одном и том же квантовом состоянии. Помимо этого, Паули теоретически предсказал нейтрино, чтобы объяснить “несохранение” энергии и углового момента в бета-распаде. Эксперимент по детектированию нейтрино тогда выполнить не могли, т.к. свойства нейтрино были неизвестны. Впоследствии Ферми разработал теорию слабого ядерного взаимодействия, которая объясняла бета-распад и предсказывала свойства нейтрино. Его ученик Бруно Максимович Понтекорво предложил эксперимент по детектированию нейтрино с помощью реакции превращения ядер хлора в ядра радиоактивного аргона, который впоследствии реализовали Дэвис и Бакалл.

  4. “в вакууме. В прозрачной среде”

    а вакуум непрозрачный? почему такое противопоставление

  5. Вообще-то всё было строго наоборот. Неправы оказались физики, которые считали невозможной осцилляцию солнечных нейтрино.

  6. Добрый день! Меня зовут Константин. Представляю несколько инфо-сайтов. Я на счет рекламы у вас на сайте. Хотели бы разместить статью с индексируемой ссылкой навсегда.
    Сориентируйте по стоимости, пожалуйста и возможности размещения.

Добавить комментарий