Объяснение природы образования элементов Солнечной системы требует знаний ядерной физики. Знания этой области науки не являлись сильной стороной геологического сообщества, поэтому, когда возникали такие вопросы, ученые пространно ссылались на процессы, происходящие внутри звезд, или взрывы сверхновых.
Для объяснения явления образования элементов звездных систем выдвинута следующая гипотеза.
Образование элементов звездных систем происходит при взрывах нейтронных звезд
[Тимофеев, 2009; Тимофеев, 2013а]. При взрыве нейтронное вещество звезд распадается на атомы химических элементов, образующие в дальнейшем звездные системы.
Нейтронные звезды не могут существовать вечно. При длительном горении энергетические возможности их исчерпываются, звезда начинает остывать. Нейтронное вещество звезды способно существовать только при очень высоких температурах, а при остывании становится нестабильным. После остывания до критической температуры нейтроны, как это и положено в нашем более холодном мире, способны на β-распад. Происходит взрыв нейтронной звезды с образованием химических элементов. Такие взрывы сопровождаются значительным выделением энергии, сильным излучением нейтронов, протонов, электронов, фотонов (рис.1).
В нашей Галактике на месте Солнечной системы находилась нейтронная звезда, которая 4,5 миллиарда лет назад взорвалась, образовав туманность. В результате β-распада нейтронов [Емельянова, 1958] образовался целый спектр элементов, при этом образовалось примерно 1200 видов ядер, из которых более 900 нестабильны. Нестабильные изотопы элементов распадаются, и большое количество их, имеющих период полураспада менее миллиона лет, распалось полностью до последнего атома, превратившись в другие элементы. Содержание радиоактивных изотопов продолжает уменьшаться, поэтому и в настоящее время состав элементов Земли не постоянен. Он постепенно меняется в сторону увеличения содержания стабильных ядер. Часто при переходе в стабильные атомы, радиоактивные изотопы трансформируются по цепочке через несколько радиоактивных изотопов, иногда с малым периодом полураспада. Такое природное свойство изотопов позволяет присутствовать некоторым нестабильным элементам в составе пород. К таким изотопам относятся, например, радий Ra223 c периодом полураспада Т1/2 =1617 лет или радон Rn222 c периодом полураспада Т1/2 =3,825 дня. Кроме постоянного распада нестабильных изотопов на состав Земли некоторое влияние оказывает космическое излучение, а также излучение собственных радиоактивных элементов, которые вызывают преобразования ядер атомов. Так в результате космического излучения в атмосфере Земли ядра атомов азота трансформируются в ядра изотопа углерода С14 с периодом полураспада Т1/2 =5700 лет. Но все эти преобразования создают незначительное отклонение от уже сложившегося состава планеты. При этом образовалось примерно 1200 видов ядер, из которых более 900 нестабильны. Нестабильные изотопы элементов распадаются, и большое количество их, имеющих период полураспада менее миллиона лет, распалось полностью до последнего атома, превратившись в другие элементы. Содержание радиоактивных изотопов продолжает уменьшаться, поэтому и в настоящее время состав элементов Земли не постоянен. Он постепенно меняется в сторону увеличения содержания стабильных ядер. Часто при переходе в стабильные атомы, радиоактивные изотопы трансформируются по цепочке через несколько радиоактивных изотопов, иногда с малым периодом полураспада. Такое природное свойство изотопов позволяет присутствовать некоторым нестабильным элементам в составе пород. К таким изотопам относятся, например, радий Ra223 c периодом полураспада Т1/2 =1617 лет или радон Rn222 c периодом полураспада Т1/2 =3,825 дня. Кроме постоянного распада нестабильных изотопов на состав Земли некоторое влияние оказывает космическое излучение, а также излучение собственных радиоактивных элементов, которые вызывают преобразования ядер атомов. Так в результате космического излучения в атмосфере Земли ядра атомов азота трансформируются в ядра изотопа углерода С14 с периодом полураспада Т1/2 =5700 лет. Но все эти преобразования создают незначительное отклонение от уже сложившегося состава планеты.
Рис. 1. Образование элементов Солнечной системы при взрыве нейтронной звезды:
Рис. 1. Образование элементов Солнечной системы при взрыве нейтронной звезды:
1 нейтронная звезда; 2 нейтроны; 3 протоны; 4 электроны; 5 ядра атомов; 6 нейтрино
Червяк в яблоке считает, что весь мир
состоит из сочной и сладкой мякоти.
Подойдем к этому вопросу разумней.
Критика существующих представлений о составе элементов Солнечной системы
Принятые оценки состава космических тел Солнечной системы противоречивы. Существующие представления о составе Земли взяты из результатов анализа вещества метеоритов, которое ранее считалось реликтовым веществом Солнечной системы первичного пылевого облака. Дополнительно использовалась информация о составе фотосферы Солнца. Однако, по убеждению многих, состав Солнца совершенно иной, чем, например, Земли. Оно, по их мнению, из водорода и гелия. Как такое может быть, если вся Солнечная система образовалась из одного облака пыли и газов? Для спасения такой концепции появилась гипотеза О. Ю. Шмидта о якобы захвате роя гуляющих по космическому пространству планет Солнцем. Но состав других планет, по мнению ряда авторов, совсем не похож на состав Земли. Получилась полная неразбериха. Попробуем разобраться в этом беспорядке. Прежде всего, необходимо отказаться от представлений, что состав всей Земли и состав метеоритов схожи. Многочисленные исследования показали, что при конденсации веществ в вакууме в условиях образования реликтового космического вещества получается достаточно рыхлая масса подобная снегу или саже. Но найденные на Земле метеориты, по которым и проведена оценка состава Земли, имеют структуру не конденсированного из вакуума, а переплавленного вещества. Вещество метеоритов соответствует вулканическим породам поверхностей планет, а встречающиеся иногда метеориты из хондритов близки к структуре слежавшейся лунной пыли, и содержат аналогичные стекловидные шарики. Вулканические породы являются легкой фракцией вещества Земли и не отражают весь ее состав веществ. Реликтовые метеориты образовали при ударах о космические тела вторичные, те третичные, далее более кратные метеориты. Удары метеоритов о поверхности малых космических тел, не имеющих атмосферы, происходят с огромной скоростью, при этом как метеорит, так и ударяемое вещество разогревается до значительной температуры, образуя шар раскаленных газов (рис.2).
Рис. 2. Образование шара раскаленных газов при ударе метеорита-инициатора в космическое тело. Фрагменты: 1 каменные; 2 мезосидериты; 3 палласиты; 4 железные; 5 расплавленная порода; 6 расширяющийся раскаленный газ
Сохраняются только сравнительно небольшие метеориты при падении на планеты, имеющие атмосферы, о которые они тормозятся, тратят при этом всю кинетическую энергию и при ударе остаются целыми. Максимальная скорость метеорита на его почти параболической орбите на расстоянии 1 а. е. д. от Солнца составляет 42 км/с. Если происходит встречный удар метеорита с Луной, относительная скорость удара получается 72 км/с., (орбитальная скорость Земли примерно 30 км/с. Круговую скорость Луны в 1.68 км/с не считаем). При такой скорости каждый килограмм метеоритного вещества имеет энергию 0.62х106 килокалорий, что в 620 раз мощнее тротила. По балансу энергии метеорит-инициатор массой в 1 кг может при скорости 72 км/с, теоретически, образовать 955 килограммов вторичных метеоритов со скоростью убегания для Луны в 2.33 км/с. Метеориты, летящие по догоняющей Землю орбите со скоростью 42 км/с, столкнутся с Луной на скорости примерно 12 км/с. При такой скорости теоретически 1 кг метеорита-инициатора может образовать 26 кг вторичных метеоритов, что тоже немало.
Еще более мощный удар происходит при падении комет, поскольку их скорости намного выше, а масса больше. В перигелии скорость комет достигает 500 км/с, а масса ядра средней кометы примерно 4 миллиарда тонн [Солодов,1977]. При расширении газы выбрасывают породу космического тела с образованием вторичных метеоритов (рис. 3).
Рис. 3. Выбрасывание вторичных метеоритов
Таким образом, за время существования Солнечной системы, количество метеоритов из реликтового вещества свелось к незначительной величине, а число вновь образованных метеоритов, состоящих из легкого поверхностного вещества планет и их спутников, достигло подавляющего большинства [Симоненко,1979].