Чтобы проиллюстрировать экспоненту для нашего случая, примем весь миллион лет сгущения межзвездного газа за один час. Поставим таймер и посмотрим. И увидим, что одна сотая доля всей массы, раскиданной взрывом сверхновой, сгустилась за 45 минут. За следующие 15 минут (без нескольких секунд) в центре сконденсировалась ровно половина газа, составлявшего будущую солнечную систему. А оставшаяся половина массы слетелась за несколько секунд до финального гонга. Вот вам экспонента.
Что же представлял собой этот самый газ, который сгустился до крутящейся приплюснутой туманности? Клёвую кашу из новеньких атомов, наработанных в ядерной топке сверхновой и потом раскиданных взрывом по межзвездному пространству! Там была вся таблица Менделеева. Были там и радиоактивные элементы – как долгоживущие, так и с периодом полураспада в сто тысяч или миллион лет. Сейчас их в нашей Солнечной системе уже нет – давно вымерли. А когда-то были и сыграли очень важную роль.
…Для тех, кто в танке и, к стыду своему, напрочь забыл, что такое изотопы и радиоактивные элементы, поясняю максимально просто, как для французов. Глянем в таблицу Менделеева. Что мы там увидим? Мы увидим массу всякой интересной всячины! Вот, например, элемент под № 6 – углерод, который обозначается буквой С. Номер элемента в периодической таблице – не просто цифирка в реестре. Она означает, что в ядре углерода 6 протонов. А вокруг них, соответственно, по своим орбитам вращаются 6 электронов. Атомный вес углерода 12 единиц. Это вес ядра. За единицу веса принят вес одного протона. Значит, помимо шести протонов, в ядре атома углерода есть еще шесть частиц без электрического заряда (12 – 6 = 6). Мы знаем, как они называются, – нейтроны. Вес нейтрона практически равен весу протона.
Таким образом, ядро атома углерода под номером 6 с атомным весом 12 сделано из шести протонов и шести нейтронов, вокруг которых болтаются шесть электронов.
Ядро атома железа, которое стоит в таблице Менделеева под номером 26 и имеет атомный вес, равный 56 единицам, сделано из 26 протонов и 30 нейтронов (56 – 26), вокруг которых крутятся по орбитам 26 электронов, уравновешивая своими 26-ю отрицательными электрическими зарядами 26 положительных зарядов протонов. И делая атом полным, законченным и электронейтральным.
Однако в природе встречаются атомы-уродики, в которых нейтронов больше, чем положено по штату. Такие атомы называются изотопами. Например, вместо шести нейтронов в ядре углерода их может быть восемь. Тогда атомный вес возрастает на две единички, и углерод называют С-14, в отличие от обычного углерода С-12. Изотопы нестабильны и норовят развалиться на более стабильные составляющие. Время жизни у каждого изотопа свое. Например, у С-14 период полураспада составляет примерно 5500 лет. Это значит, что за пять с половиной тысяч лет из килограмма такого углерода распадется полкило. Из тысячи атомов развалится 500 штук. Из двух атомов – один. А из одного?
Хороший вопрос.
Один атом углерода за 5500 лет распадется с вероятностью 1/2.
…Кроме изотопов, нестабильными являются также те элементы таблицы Менделеева, которые имеют очень большой порядковый номер и атомный вес. Ядра этих атомов, состоящие из многих десятков частиц, столь крупны, что протоны, расположенные на противоположных краях огромного ядра, довольно далеко отстоят друг от друга. В этих условиях мощные, но короткодействующие ядерные силы, скрепляющие протоны в ядре, уже не справляются – над ними начинают преобладать более слабые, но зато дальнодействующие силы электростатического отталкивания между одноименно заряженными протончиками. И ядро разваливается.
Такой самопроизвольный распад называется радиоактивностью. При распаде нестабильного ядра получается стабильное ядро, а прочь от него улетают «лишние» частицы и высокоэнергетичные кванты электромагнитного излучения – гамма-лучи. Именно эти гамма-лучи и сыграли ключевую роль в истории нашей крутящейся туманности. Они ионизировали атомы, из которых туманность состояла.
Для тех, кто опять-таки страдает склерозом, напомню, что ионизация атома – это отрыв от него одного или нескольких электронов. Гамма-квант шарахает по электрону и срывает его с орбиты. Электрончик отправляется в свободный полет, а атом в целом, потеряв один отрицательный заряд, соответственно, перестает быть электронейтральным и приобретает положительный заряд +1. Если атом теряет два электрона, он приобретает заряд +2.
Короче говоря, из-за радиоактивности и сопутствующей ей ионизации наша туманность состояла из частично ионизированного газа – плазмы. Плазма – электропроводник. А в центре небулы, к тому времени разогретом до нескольких тысяч градусов и потому начавшем тускло светиться темно-красным светом, появились первые конвекционные потоки, которые выносили избытки тепла к внешним границам небулы. От горячего центра нагретый газ поднимался вверх, остывал и снова опускался вниз. Так зимой в комнате движется воздух, нагреваемый батареей.