Що живить зірки?
"Ми їмо, щоб жити", - каже прислів'я. Засвоєння їжі дає живим істотам енергію, що вони й витрачають у русі. Будь-яка машина для роботи вимагає, щоб її чимось живили в процесі роботи. Верстати споживають електроенергію, електростанції споживають вугілля - скам'янілі рослини далекого минулого; ці рослини споживали сонячне тепло та світло, але що ж споживає саме Сонце? За рахунок чого зірки витрачають такі жахливі кількості енергії? Вона має поповнюватися, бо в природі «вічного двигуна» немає і бути не може, чого, на жаль, досі не знають деякі горе-винахідники.
Якби Сонце складалося з кращого донецького вугілля і горіло, то навіть отримуй воно для цього в достатній кількості кисень, воно згоріло б цілком приблизно за 1500 років, та й кисню для цього йому взяти ні звідки.
Колись існувало думка, що енергія Сонця підтримується падінням нього метеоритів. Їхня кінетична енергія перетворюється при падінні в теплоту, що підтримує випромінювання Сонця. Метеоритів мало б сипатися на Сонці неймовірно багато, і вони так швидко збільшували б масу Сонця, що це було б помітно. Такий спосіб харчування допоміг би Сонцю не більше, ніж нам, якби ми надумали закип'ятити бочку води, ставлячи на її кришку гарячі праски.
Енергія повинна в Сонці надходити зсередини до поверхні, як це показують нам тепер усі дані про природу Сонця.
З часом висувався ще ряд гіпотез, відкинутих згодом. Ми їх перерахуємо коротко, головним чином для того, щоб комусь не спало на думку взяти на себе марну працю повторювати помилки минулого.
Енергія Сонця могла б поповнюватися за рахунок його стиснення, зменшення розмірів. При цьому енергія тяжіння до центру переходила в енергіютеплову. Однак вираховано, що якби навіть Сонце було колись нескінченно великим, то й у цьому випадку його стиск до сучасного розміру вистачило б на підтримку його енергії лише протягом 20 мільйонів років. Тим часом доведено, що земна кора існує і висвітлюється Сонцем набагато довше. Стиснення може мати і напевно має місце, але не воно є основним джерелом сонячної енергії.
Чи не складаються надра зірок із радіоактивних елементів таких, як торій, уран та радій? Розпадаючись, вони виділяють теплоту. Якби Сонце цілком складалося з радію (а треба сказати, що на Землі його всього лише видобуто лише кілька десятків грамів), воно випромінювало б більше енергії, ніж дійсне Сонце. Але за великої початкової марнотратності, неминучої при радіоактивному розпаді, інтенсивність його випромінювання спадала надто швидко. Радій не міг би підтримувати випромінювання Сонця так довго, як це потрібно. Допустити ж існування важких, «надрадіоактивних» елементів (не відомих на Землі), та ще сконцентрованих у надрах Сонця, сучасна фізика та теорія внутрішньої будови зірок не дозволяють.
На наше щастя, фізика атомного ядра, що виникла в двадцятих роках, вказала нам джерело зоряної енергії, що добре узгоджується з даними астрофізики і, зокрема, з висновком про те, що більшість мас зірок становить водень.
Чи ви чули про те, що водень горить? Так, водень у зірках «згоряє» і дає їм потрібне харчування, але це зовсім не те горіння, тобто не з'єднання з киснем, яке відоме з простого досвіду. Горіння - це хімічний процес, тобто перетасовування атомів між молекулами. Але енергії хімічних реакцій замало підтримки сонячного тепла.
З іншого боку, при жахливій спеці в надрах зірокнеможливе існування ні молекул, ні атомів — вони там розпадаються. Там можливі лише перетворення складних систем, званих ядрами атомів, які колись вважалися неподільними. При температурах мільйони градусів відбувається розпад як атомів, а й ядер і перетасовування продуктів розпаду, чому утворюються ядра нових елементів. Такі перетасовки називаються ядерними реакціями.
Теорія ядерних реакцій привела до висновку, що джерелом енергії у більшості зірок, у тому числі й у Сонці, є безперервне утворення атомів гелію з атомів водню.
Відомо, що атом гелію має масу приблизно вчетверо більшу, ніж атом водню. Однак ми не отримаємо атома гелію, склавши просто чотири атоми водню. Перш ніж матеріал чотирьох водневих атомів створить атом гелію, має відбутися ціла низка чудових перетворень, що нагадують казкові перетворення перевертнів. Але такі перетворення не проходять «безкарно», за них виділяється енергія, що веде до зміни маси. Тому маса атома гелію виходить дещо меншою маси чотирьох атомів водню.
Перш ніж ознайомитися докладніше, про те, як відбуваються ці перетворення і як працює фабрика гелію в надрах зірок, треба спочатку подумки «зануритися» в надра крихітних атомних ядер.