Внутреннее строение звезд

Происхождение источников звездной энергии не может быть выяснено без знания физического строения звездных недр, т. е. без теории внутреннего строения звезд. Проверить же ее трудно, потому что недра звезд недоступны для наблюдений. Все, что тут можно сделать, — это теоретически строить различные модели звезд, согласованные с известными нам законами механики и физики. Сравнение их с действительностью можно сделать только через посредство связей, существующих между массой, светимостью, отдачей энергии и свойствами поверхностных слоев звезд. Но тут в свою очередь нужно знать источники звездной энергии. Все же в 1916 г. Эддингтон показал, что, и не зная этого, можно составить представление о свойствах звездных недр. К 1926 г. он развил теорию, правдоподобно рисующую строение звезд и довольно хорошо совпадающую с наблюдениями.

Мы рассматриваем звезду как тело, подверженное действию разных сил. Сила тяготения стремится стягивать вещество звезды к центру, газовое же и световое давления, направленные изнутри, стремятся оттолкнуть его от центра. Так как звезда, как мы видим, существует как устойчивое тело, не сжимается заметно и не распухает, то, следовательно, между борющимися силами есть какое-то равновесие. Для этого температура разных слоев в звезде должна установиться такая, — и ее рассчитали, — чтобы в каждом слое поток энергии наружу уводил к поверхности всю энергию, возникающую под ним. При этом рассматривали два случая: 1) вся энергия производится в точечном центре звезды и 2) энергия производится всей массой звезды, но меняется определенным образом от слоя к слою, в зависимости от его плотности и температуры. Так нашли, что в центре Солнца температура составляет около 13000000°, а плотность в 76 раз больше плотности воды. Вычислили и изменение этих величин по мере приближения к поверхности, а другие ученые проверили и подтвердили эти выводы.

В 1926 г., не имея еще никаких опытных данных, допускали два источника питания звезд — выделение всей энергии, связанной с массой при соединении протона с электроном, и образование гелия из водорода. Последнее считали более вероятным, хотя в то время о возможности этого ничего не было известно.

Прошло всего два десятка лет с тех пор, и мы узнали, что истина лежит посредине между двумя упомянутыми выше звездными моделями и что в них заложено даже не зерно истины, а нечто большее.

Гелий из атомов водорода действительно образуется и в самом деле не простым их слиянием. При этом действительно происходит уменьшение массы образующегося вещества, так как часть ее, вместе с присущей ей энергией, переходит в массу и энергию γ-квантов; это и есть источник энергии, питающий звезды. Наконец, энергия образуется действительно в центре звезды, но не в точке, а в небольшом центральном ядре.

Пересмотр теории внутреннего строения звезд на основе установленного источника питания их энергией очень мало изменил описанные выводы. На истории этого вопроса мы еще раз убеждаемся в том, как развитие науки уточняет картину мира и как из «устаревших» теорий сохраняются те зерна истины, без которых подъем на следующую ступеньку знания был бы невозможен. В этом смысле прав оказался и Гельмгольц, предполагавший в прошлом столетии, что сжатие звезды есть источник ее энергии. Теперь мы согласны и с ним, но только для начального периода жизни звезды, когда вследствие сжатия температура ее недр повышается настолько, что становятся возможными ядерные реакции. Начавшись, они уже очень долгий срок (пока хватит запасов водорода в звезде) снабжают ее энергией. В Солнце сейчас около 50% водорода (по массе), а раньше его было еще больше. Этого запаса Солнцу не только «на наш век хватит», но и хватит еще на много миллиардов лет.

Одна из книжек, посвященных использованию солнечной энергии, не совсем удачно была названа так: «Солнце — двигатель, Солнце — теплота». Если все же принять это заглавие, то следует иметь в виду, что если Солнце — двигатель, то оно, как и любая звезда, является «двигателем внутреннего сгорания»¹.

Примечания

1. Подробнее о внутреннем строении звезд рассказывается в популярной книге: Каплан С.А. Физика звезд. — 2-е изд. — М.: Наука, 1970.