Итак, по своему строению нейтронная звезда напоминает, скорее, планету земного типа, нежели звезду. Она покрыта твердой корой, под которой простирается обширная жидкая зона. Впрочем, четкой границы между этими двумя областями нет. Мощное магнитное поле связывает их.
На этом аналогии между нейтронной звездой и планетами заканчиваются, поскольку астрономы мало что знают о том, что происходит в ее недрах на глубине всего в несколько километров, когда плотность превысит в 10 раз плотность атомного ядра. Ведь даже на современных ускорителях при столкновении атомных ядер не удается достичь подобной плотности. По некоторым гипотезам, там пребывают в свободном состоянии кварки. А, может быть, там находятся какие-то неизвестные пока науке элементарные частицы?
По оценкам астрономов, только в нашей Галактике расположено около миллиарда нейтронных звезд, но в большинстве своем они еще не обнаружены (подробнее об этих звездах, именуемых также «пульсарами», см. «3-С», 9/05).
Пульсары гибнут за металл
Как показывают модельные расчеты, при столкновении двух нейтронных звезд в окружающее пространство мгновенно — за тысячную долю секунды! — выбрасывается большое количество необычайно раскаленного звездного вещества.
Когда плазма остывает до температуры менее 10 миллиардов градусов, в ней начинаются цепные реакции — тот самый быстрый захват нейтронов. Это приводит к образованию тяжелых элементов.
Ученые соотнесли картину распределения тяжелых элементов, полученную путем моделирования на компьютере, и оценили предполагаемое число столкновений нейтронных звезд. Соотнесли и убедились, что именно эти события, очевидно, и породили большую часть золота, платины, урана, содержащихся во Вселенной. Почти все то золото, ради которого люди гибли веками, — это золото звезд нейтронных.
Когда же оно возникло? Как попало на нашу планету?
Время синтеза золотых запасов Земли можно установить только приблизительно. Например, предполагается, что возраст этого золота — не более 10 миллиардов лет, ведь именно таков возраст Млечного Пути. Незримые «космические фабрики» по производству драгметалла открылись в нашей Галактике лишь после того, как она сформировалась. После того, как звезды в ней старились, взрывались, превращались в черные дыры или нейтронные звезды, а те время от времени сталкивались друг с другом. Под громовой аккомпанемент этой «космической алхимии» различные вещества, содержавшиеся в недрах нейтронных звезд, словно по мановению волшебной палочки, превращались в золото. Так что, возраст земных богатств (хотя бы некоторых) — почти 10 миллиардов лет. Они вдвое старше Земли.
Схематическое изображение пульсара
Великая космическая бомбардировка позолоченными снарядами
Разумеется, атомы золота проделали долгий путь, прежде чем попали к нам на планету. Многие из них достигли наших палестин еще в ту отдаленную эпоху, когда на месте Солнечной системы вращалась обширная туманность из газа и пыли. Постепенно пылинки и небольшие крупицы, содержавшиеся в протопланетном диске, сталкивались и слипались, что вело к образованию твердых сгустков — планетезималей. В них уже содержались крупицы золота.
Планетезимали превращались в прото планеты. Когда, наконец, около 4,56 миллиарда лет назад возникла Земля, она была покрыта океаном магмы. В нем и происходило разделение химических элементов. Жидкое железо опускалось к центру Земли; расплавленные горные породы оставались в верхних слоях молодой планеты. Что же касается «сидерофильных» элементов (от греческих слов sideros — железо и phileo — люблю), то есть металлов, которые, наряду с железом, участвуют в формировании ядер планет — а это не только никель, но и, например, платиноиды, — то они тоже перемещались внутрь Земли. Так, еще около 4,5 миллиарда лет назад, когда земная мантия пребывала в расплавленном состоянии, содержавшиеся в ней тяжелые металлы, в том числе золото, погрузились вглубь и образовали земное ядро. Мантия же сформировалась из более легких элементов — прежде всего, горных пород.
По оценкам ученых, сегодня в недрах нашей планеты, на большой глубине, таится столько золота, что его запасов хватит, чтобы покрыть всю поверхность Земли слоем в четыре метра высотой. Впрочем, немало вожделенного металла залегает довольно близко к поверхности Земли. Мантия нашей планеты и ее кора содержат в десятки тысяч раз больше золота, чем допускает теория.
Здесь также много платины и других ценных металлов. А ведь все они еще 4,5 миллиарда лет назад должны были погрузиться в недра Земли.
История появления золотоносных жил теперь, когда мы узнали, как золото попало на нашу планету, стала вызывать вопросы у ученых. Лишь недавно британские геофизики опубликовали в Nature статью, в которой разгадали этот «алхимический секрет».
Матиас Уилболд и его коллеги из Бристольского университета проанализировали содержание вольфрама в пробах, взятых из мантии Земли. Этот металл также принадлежит к числу сидерофильных элементов. Один из его изотопов — вольфрам-182 — стал для ученых «меткой», позволившей выяснить некоторые подробности геологической истории планеты. Точный анализ содержания изотопа показал, что почти во всех пробах этот показатель одинаков. Исключение составляют разве что древние образцы пород, собранные в Западной Гренландии. Там концентрация вольфрама-182 заметно выше. Самое примечательное, что эти образцы (их возраст — около 3,8 миллиарда лет) относятся к той эпохе, когда молодая Земля еще не подверглась интенсивной космической бомбардировке (см. статью «Великая космическая бомбардировка»).
До этого концентрация вольфрама-182 менялась вот по какой причине. Этот стабильный изотоп вольфрама образуется при распаде другого изотопа — радиоактивного гафния- 182 (у него то же самое массовое число, то есть суммарное количество протонов и нейтронов в атомном ядре, что и у вольфрама; оно равно 182). Гафний — в отличие от вольфрама — не имеет сродства с железом. Поэтому, когда шло формирование земного ядра, гафний оставался в мантии. Период полураспада его радиоактивного изотопа составляет 8 миллионов лет. Уже по прошествии 50 миллионов лет почти весь гафний, содержавшийся в мантии Земли, распался. Зато концентрация вольфрама-182 значительно возросла. Ведь на протяжении этого периода все новые количества вольфрама появлялись в результате распада изотопа гафния.
Почему же потом этот показатель начал снижаться? Дело в том, что вольфрам редко встречается в метеоритах. Когда около 3,8 миллиарда лет назад в сторону Земли устремилось множество астероидов, содержание вольфрама в ее мантии поневоле уменьшилось. Чем больше метеоритов падало на Землю, пополняя ее верхние слои, тем ниже становился этот показатель. Сегодня он почти повсеместно одинаков. Лишь древнейшие образцы пород, относящиеся к эпохе, которая предшествовала «Великой космической бомбардировке», сохранили свой прежний химический состав.
По оценкам геологов, за счет метеоритов, усеявших поверхность Земли, ее масса возросла почти на один процент. Никогда впоследствии наша планета не прибавляла так резко в весе. В этом космическая бомбардировка пошла ей на пользу.
Как и в другом: содержание золота и прочих благородных металлов в верхних слоях планеты вновь увеличилось. Принесенные из космоса вещества, в том числе крупицы золота, платины и других металлов, откладывались на поверхности молодой планеты, со временем смешиваясь с верхними слоями коры. Они не могли погрузиться вглубь Земли, ведь ее внутренняя структура уже окончательно сформировалась. Как отмечает Матиас Уилболд, «те самые благородные металлы, играющие важнейшую роль в нашем хозяйстве и нашей промышленности, по большей части оказались на Земле в результате случайного стечения обстоятельств — когда на планету обрушилось огромное количество метеоритов». Пусть это и была катастрофа — но с золотым отливом!