Природа космических тел Солнечной системы - Дмитрий Николаевич Тимофеев

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).

Рис. 1. Образование элементов Солнечной системы при взрыве нейтронной звезды:

1 – нейтронная звезда; 2 – нейтроны; 3 – протоны; 4 – электроны; 5 – ядра атомов; 6 – нейтрино

В нашей Галактике на месте Солнечной системы находилась нейтронная звезда, которая 4,5 миллиарда лет назад взорвалась, образовав туманность. В результате β-распада нейтронов образовался целый спектр элементов, при этом образовалось примерно 1200 видов ядер, из которых более 900 нестабильны.

Опишем образования элементарного вещества космических тел Солнечной системы в результате взрыва нейтронной звезды, с использованием формул ядерных реакций. Образования элементов происходят в результате β-распада нейтронов. При распаде единичного нейтрона образуется водород [Емельянова, 1958] При образовании протонов в сгустках нейтронов происходит образование ядер атомов, например, по реакциям рис.2 образуются кислород, германий, уран.

Аналогично образуются ядра и всех других элементов. 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.

Мир вокруг сейчас прекрасен,

травка зеленеет, солнышко блестит.

Прежде мир мог быть ужасен,

Вся Земля пылает, всё вокруг горит.

Земля оплавлена светом взрыва сверхновой

Гипотеза 2

В космосе периодически происходят взрывы сверхновых. Вполне логично считать, что это не единичные явления, а закономерность, по которой происходит изменение состояния звёзд в цикле их преобразований. Такое происходит с нейтронными Звёздами в конце их существования, когда в результате исчерпания энергии звезда охлаждается до критической температуры, при которой нейтронное вещество не может существовать и распадается с образованием обычных химических элементов (рис.1)

Наша планета, а возможно и другие планеты, существовали и вращались по орбитам вокруг нейтронной звезды, которая взорвалась.

За время взрыва сверхновой на Землю обрушился поток света, радиоактивное излучение, поток частиц, мощность потока света на Землю возросла до ста миллионов киловатт на квадратный метр, давление света на Землю возросло с 0,43 дин/м2, (0,43·10—3г/м2), до 40 кг/м2. Следы от мощного воздействия на Землю взрыва сверхновой сохранились до настоящего времени. В результате взрыва нейтронной звезды образовалось облако пыли и газов. Постепенно облако сгущалось и образовало Солнечную систему.

При облучении взрывом сверхновой верхний слой Земли испарился (рис. 3), поскольку температуры кипения пород небольшие, например, кварц кипит при температуре 2590°С, хлорид натрия при 1440оС, окись алюминия (глинозём) 3000оС, а хлорид калия при 1411оС. Давление атмосферы, образовавшейся от испарения всего верхнего слоя, достигало у поверхности Земли четырёх тысяч атмосфер. При этом плотность газа у поверхности Земли, превышала 2 тонны на кубический метр.

Верхний ионизированный слой атмосферы защищал планету от большей части излучения взрыва сверхновой. Толщина этого слоя могла быть 100 – 300 км. Мощная защита этим слоем происходила поскольку при ионизации атомы аккумулируют огромное количество энергии, например калий на первую ионизацию 44398 ккал/кг, на вторую ионизацию 6687416 ккал/кг, на третью ионизацию 9670580 ккал/кг. Это соответствует, например, выделению энергии взрыва 44 кг тротила (ТНТ) при первой ионизации, ещё 6,86 тонны ТНТ при второй ионизации, ещё 9,6 тонны ТНТ при третьей ионизации. Всего, при потере только трёх электронов, 1 кг калия поглощает энергию, содержащуюся в 16,4 тоннах ТНТ.

Рис. 3. Планета Земля, облучаемая взрывом сверхновой: 1-ионизированный слой; 2-слой атомарных элементов; 3-слой химических соединений; 4-океан расплавленной породы; 5-порода, не подвергнутая воздействию облучения.

Слой атомарных газообразных элементов имел температуру примерно 6000 – 20000оС. Элементы в газообразном состоянии оказались здесь из-за того, что при высокой температуре (выше 6000оС) все химические соединения распались на атомы. Этот слой поглощал большое количество энергии за счёт разрушения веществ на атомы, поскольку энергия разрыва химических связей большая, достигает 300 ккал /моль. Толщина слоя атомарных элементов могла быть 80—100 км,

Ниже находился слой газообразных химических соединений SiO2, CO2, SiН4, K2O, Al2O3, O2, N2, NaCl, H2O, СН4… Этот слой атмосферы Земли имел температуру примерно 2000 – 6000оС образовался в результате кипения и разложения пород поверхности планеты. В этом слое происходили процессы как синтеза пород, например полевого шпата KAlSi3O8, так и разделения (сепарации) соединений по видам. Толщина этого слоя могла быть 40—60 км.

Мощную атмосферу создали как испарившиеся породы с поверхности планеты, так и определённое количество веществ, образовавшихся при взрыве нейтронной звезды и выпавших на Землю. Основу нижнего слоя атмосферы составляла двуокись кремния SiO2 в состоянии газа. Другие соединения и элементы в состоянии газов разделились по фракциям, как при перегонке и сепарировались в атмосфере своими слоями на разной высоте в зависимости от плотности. Ниже находилась поверхность океана расплавленных силикатных пород и солей.

Породы всей поверхности Земли расплавились сравнительно равномерно, поскольку планета вращалась вокруг своей оси, разогретые газы пород переносили тепло на полярные территории, а ураганы усредняли температуру.

При плавлении пород произошла достаточно эффективная очистка (рафинирование) вещества от многих элементов, что привело к образованию достаточно однородных по всей поверхности планеты веществ гранитов, гнейсов, базальтов. Поверхность Земли расплавилась на глубину до 350 км. В верхний слой океана расплавленной каменной массы сепарировались породы более лёгких фракций из которых получились граниты и гнейсы. В нижний слой сепарировались породы содержащие элементы с большей плотностью атомов, например железо, и образовали при затвердении более тяжелые породы базальты и габбро. Элементы с самой большой плотностью атомов со временем опустились в нижнюю мантию и ядро Земли. Состав как элементов атмосферы, так и состав океана расплавленной породы зависел большой степени от процентного содержание элементов в составе Земли.

После прекращения воздействия света взрыва сверхновой начался процесс охлаждения поверхности Земли. Расплавленная поверхность обновлённой Земли постепенно затвердела и за 4 миллиарда лет превратилась гранитный слой толщиной