Эти особенности должны были обязательно проявиться в распространенности тяжелых элементов в составе космического излучения. Но результаты просмотра и анализа следов ядер в эмульсиях, которые экспонировались и в стратосфере, и на орбитальной станции «Скайлэб», пока не дают возможности сделать однозначный вывод. В распределении следов тяжелых ядер, зарегистрированных в стратосфере, налицо максимум в области платины, а серия измерений в космическом пространстве выявила преобладание ядер в области свинца.
Сейчас в разных странах готовится большая серия экспериментов для окончательного решения вопроса о содержании ядер тяжелых элементов в космических лучах, а следовательно, и о двух моделях нуклеосинтеза.
Некоторые теоретики допускают, что нейтронная звезда — остаток сверхновой — это космическая фабрика, специализирующаяся на производстве тяжелых элементов. По идее американского теоретика Ф. Дайсона, «вулканическая» деятельность на быстро вращающемся пульсаре в сочетании с сильным магнитным полем приводит к выбрасыванию в межзвездное пространство быстрых ядер тяжелых элементов.
Таким же путем космические лучи могут обогащаться и каплями нейтронного вещества, которые после бета-распада части нейтронов приобретают протоны и превращаются в ядра сверхтяжелых элементов.
По-видимому, вся солнечная планетная система и образовалась несколько миллиардов лет назад из такого «вторсырья». То есть вещества, уже прошедшего через горнило ядерного звездного синтеза. Иначе невозможно объяснить присутствие тяжелых элементов в такой относительно молодой звезде, как наше Солнце.
— Если процессы, в результате которых возникли все химические элементы, закончились многие миллиарды лет назад, то может ли наука доказать, как это происходило и когда возникло именно вещество Земли?
— Ученые все более точно устанавливают этот момент в космологической шкале времени, опираясь на результаты экспериментов с ускоренными частицами, на исследования естественной радиоактивности и космических лучей.
Ближайшая к нам звезда — Солнце — находится на относительно ранней стадии развития. И все, что мы о ней знаем, подтверждает предположение об исправно работающей в ее недрах термоядерной печи. «Иначе и быть не может», — говорят ученые уже на протяжении почти полувека.
Но и на сегодняшний день нет прямых доказательств протекания внутри Солнца этой первой реакции в цепи ядерного синтеза, то есть синтеза ядер гелия из ядер водорода. Английский астрофизик А. Эддингтон говорил: «Нет ничего проще звезды». Современные ученые думают несколько иначе.
Физика элементарных частиц подсказала, как можно добыть вернейшее доказательство истинной работы нашего светила. Для этого надо зарегистрировать нейтрино, которые рождаются на Солнце в некоторых реакциях термоядерного цикла.
Американский ученый Р. Дэвис из Брукхейвенской лаборатории США попытался добыть эти доказательства в очень сложном и дорогостоящем эксперименте с помощью аппаратуры, спрятанной глубоко под землей. Опыт не удался. Солнечные нейтрино словно сквозь землю провалились. После первых неудачных измерений рабочие, собиравшие установку, желая ободрить ученого, говорили: «Не огорчайтесь, доктор Дэвис, ведь лето было такое облачное». Они не знали, что практически не существует такой преграды, которая могла бы помешать потоку солнечных нейтрино достигнуть установки Дэвиса.
Отрицательный результат поисков солнечных нейтрино не поколебал уверенности астрофизиков в медленном, но неуклонном превращении запаса солнечного водорода в ядра гелия-4. Отсутствие нейтрино вполне можно было объяснить, не отказываясь от идеи термоядерных реакций, другими, менее радикальными способами, иногда весьма оригинальными.
Желание подкрепить прямыми экспериментальными результатами гипотезу об эволюции звезд и о ядерном нуклеосинтезе, то есть образовании ядер, не оставляло ученых разных специальностей.
Вещество внутренних слоев звезды за семью печатями упрятано от земных наблюдателей. Доступна только звездная атмосфера. В то же время известно, что синтез ядер идет в самой глубине, там решается судьба звезды. И химический состав ее раскаленной сердцевины может подтвердить или опровергнуть предположения ученых.
Но если пока не удается заглянуть внутрь даже нашего ближайшего соседа — Солнца, то что уж, казалось бы, мечтать об исследовании удаленных звезд. Тем не менее астрофизики обратили внимание на звезды, эволюция которых заканчивалась мощной световой вспышкой, — на сверхновые. Взрыв сверхновой выбрасывал наружу вещество, «перетомившееся» в раскаленной звездной печке.
Так появилась уникальная возможность исследования химического состава глубинного вещества звезды. Важно было сравнить содержание водорода, гелия, углерода и кислорода — основных участников двух термоядерных циклов — в оболочках сверхновых и во всех других космических объектах.
В атмосфере звезд, Солнца и газовых туманностей больше всего водорода; гелия в 5 раз меньше, а углерода, азота и кислорода, соответственно, в 3 тысячи, 8 тысяч и в полторы тысячи раз меньше водорода. В оболочках сверхновых соотношение между этими элементами должно быть другим. А как же иначе? Вещество, миллиарды лет находившееся в недрах звезды, не могло не подвергнуться изменениям. Причем его участие в термоядерных реакциях углеродно-азотного цикла должно было наложить на него вполне определенный отпечаток. Неопровержимой уликой мог стать «недовес» углерода и кислорода, которые интенсивно превращались в ядра азота.
Очень сложный анализ оптических спектров оболочек сверхновых принес чрезвычайно интересную информацию. Относительное содержание химических элементов в выброшенном из недр звезды веществе резко отличалось от обычной распространенности элементов в остальных космических телах. В нем было много атомов гелия, азота и металлов и недоставало водорода, углерода и кислорода.
Это был очень важный результат и для гипотезы об эволюции звезд, и для проблемы происхождения элементов.
Синтез элементов, по-видимому, непрерывно происходит во вселенной. Радиоактивный элемент технеций, который обнаружен в оптических спектрах некоторых звезд, имеет период полураспада всего 220 тысяч лет. Но звезды значительно старше, значит, ядра технеция образуются в процессе нуклеосинтеза, идущего в их недрах.
В настоящее время на Земле новые элементы в заметном количестве не возникают. И тот факт, что долгоживущих тяжелых радиоактивных элементов тем меньше, чем короче период полураспада, наводит на мысль об их образовании в отдаленные времена.
Нестабильные атомные ядра тяжелых элементов, присутствующие ныне на Земле, — эти радиоактивные часы вселенной — аккуратно отмеряют время, отделяющее нас от момента формирования солнечной планетной системы и завершения процесса создания ее вещества.
Ядерная космохронология, опираясь на естественное предположение о том, что все тяжелые элементы в процессе нуклеосинтеза образовались примерно в одинаковом количестве, позволяет сделать очень интересные выводы. Зная время жизни сохранившихся тяжелых ядер и их современную распространенность на Земле, можно совершить увлекательную космологическую прогулку в далекое прошлое к моменту рождения этих нуклонных систем.
Прослеживая в обратном направлении судьбу любого из долгоживущих изотопов урана-238, тория-232 и почти исчезнувшего урана-235, мы уткнемся в одну и ту же точку на шкале времени. Точку, которой соответствует одинаковое максимальное количество самых тяжелых изотопов.
Между нашим временем и этой точкой лежит интервал примерно в 5 миллиардов лет. Но около 5 миллиардов лет и нашей Земле. Видимо, синтез элементов в нашей Галактике закончился (в его наиболее интенсивной фазе) непосредственно перед созданием солнечной системы.
До последнего времени ученые в своих расчетах опирались только на три типа «подопытных» ядер. Но чем разнообразнее материал для исследования, тем достовернее результаты.