Книга: Новая занимательная астрономия

Солнце и нейтрино

Солнце и нейтрино

Мы уже говорили, что наше дневное светило Солнце — это «черный ящик», у которого астрономы могут наблюдать только «выход». Все сведения, которыми располагает о Солнце современная астрономия, получены благодаря исследованию различных излучений, возникающих в самых верхних слоях нашего дневного светила.

Непосредственно из недр Солнца никакая информация к нам не поступает. Таким образом, теория внутреннего строения Солнца, согласно которой его энергия поддерживается термоядерными реакциями, — это, строго говоря, всего лишь теоретическая модель.

Впрочем, выражение «всего лишь» в данном случае не совсем уместно. Термоядерная теория достаточно хорошо объясняет процессы звездной эволюции и находится в хорошем согласии с наблюдаемыми физическими характеристиками Солнца и звезд. И все же, как любая теоретическая модель внутреннего «устройства» «черного ящика», эта теория нуждается не только в косвенных свидетельствах, но и в прямых подтверждениях, а для этого необходима информация, полученная непосредственно из звездных недр.

В последние годы такая возможность в принципе появилась. Речь идет о так называемой «нейтринной астрономии» или, точнее, «нейтринной астрофизике».

Нейтрино — «неуловимая» частица, принимающая непосредственное участие в термоядерных реакциях. В частности, нейтрино образуются в процессе термоядерных превращений водорода в гелий, которые, согласно современным представлениям, и служат источниками внутризвездной энергии. Энергия этих частиц и величина их потока зависят от температуры и характера ядерных реакций.

В то время как фотон, образовавшийся в недрах Солнца, прежде чем вырваться наружу, испытывает около 10 миллиардов соударений, нейтрино, обладающие огромной проникающей способностью, проходят через всю толщу солнечного вещества практически беспрепятственно и достигают Земли. Если бы нам удалось «поймать» солнечные нейтрино, мы в некотором смысле «увидели» бы, что происходит в центре Солнца. Но наблюдать нейтрино можно только косвенным путем, заставляя их взаимодействовать с другими частицами и регистрируя результаты подобных взаимодействий.

Подходящей ядерной реакцией может служить взаимодействие нейтрино с ядром одного из изотопов хлора, с атомным весом 37. Уловив нейтрино, такое ядро превращается в ядро изотопа аргона-37. При этом образуется один электрон, который можно зарегистрировать хорошо известными физикам способами. Кроме того, аргон-37 радиоактивен, значит, через определенные промежутки времени можно измерять, сколько его накопилось.

Но нужно еще «отстроиться» от других космических излучений, которые также могут вызывать ядерную реакцию превращения хлора в аргон. Чтобы избавиться от таких- помех, надо все измерения проводить глубоко под землей, куда обычные космические частицы проникнуть заведомо не могут.

Идея «хлорного детектора» для регистрации солнечных нейтрино была предложена известным советским физиком академиком Б. Понтекорво и осуществлена американским физиком Р. Девисом и его сотрудниками. «Нейтринным телескопом» служила огромная цистерна, заполненная 600 тоннами перхлорэтилена — вполне прозаической жидкости, применяемой для чистки одежды. Аппаратура была установлена в заброшенном золотом руднике в штате Южная Дакота вблизи города Хоумстейк.

Наблюдения проводились на протяжении длительного времени несколькими сериями и дали неожиданный результат. Число зарегистрированных актов взаимодействия оказалось намного меньше предсказанного теорией.

Для объяснения были выдвинуты различные гипотезы, в том числе и довольно экстравагантные. Так например, некоторые ученые предположили, что солнечный термоядерный реактор работает в «импульсном режиме». В силу определенных особенностей течения физических процессов в недрах Солнца термоядерная реакция время от времени прекращается. И тогда Солнце светит за счет запасов энергии, накопленных в предыдущем цикле. Вспомним, что фотоны электромагнитного излучения, приходящие к нам от Солнца, фактически родились около миллиона лет назад — ведь им еще надо было «пробиться» к солнечной поверхности. Нейтрино же дают нам информацию о состоянии Солнца практически в момент наблюдения. Поэтому нет ничего удивительного в том, что «электромагнитная» и «нейтринная» картины могут не совпадать… Не означает ли отсутствие солнечных нейтрино в опытах Девиса, что в нашу эпоху солнечный термоядерный реактор как раз не работает?

Очевидно одно: решение возникшей проблемы требует дальнейших нейтринных наблюдений Солнца. И для этого в настоящее время создается необходимая регистрирующая аппаратура.

С другой стороны, не исключена возможность, что отрицательный результат наблюдений Девиса объясняется свойствами самого нейтрино. К этому вопросу мы вернемся в следующей главе.