Распространенность элементов в космосе

Распространенность элементов в космосе изучает космохимия.

Изучение распространенности элементов в космосе -довольно сложная задача, так как вещество в космическом пространстве находится в различном состоянии (звезды, планеты, пылевые облака, межзвездное пространство и т. д.). Иногда состояние вещества трудно представить. Например, сложно говорить о состоянии вещества и элементов в нейтронных звездах, белых карликах, черных дырах при колоссальных температурах и давлениях. Тем не менее науке достаточно много известно о том, какие элементы и в каких количествах есть в космосе. В межзвездном пространстве встречаются ионы и атомы различных элементов, а также группы атомов, радикалы и даже молекулы, например молекулы формальдегида, воды, HCN, CH3CN, CO, SiO2, CoS и др. Особенно много в межзвездном пространстве ионов кальция. Кроме него, в космосе рассеяны атомы водорода, калия, углерода, ионы натрия, кислорода, титана и другие частицы. Первое место по распространенности во Вселенной принадлежит водороду.

Химический состав звезд зависит от многих факторов, в том числе и от температуры. По мере повышения температуры состав частиц, существующих в атмосфере звезды, упрощается. Так, спектральный анализ звезд с температурой 10000-50000° С показывает в их атмосферах линии ионизированных водорода и гелия и ионы металлов. В атмосферах звезд с температурой 5000° С обнаруживаются уже радикалы, а в атмосферах звезд с температурой 3800° С - даже молекулы оксидов. Химический состав некоторых звезд с температурами 20 000-30 000° С приведен в табл. 1.1. Видно, что, например, в звезде у-Пегаса на 8700 атомов водорода приходится 1290 атомов гелия, 0,9 атома азота и т. д.

В спектрах звезд первых 4 классов (самых горячих) преобладают линии водорода и гелия, но по мере понижения температуры появляются линии других элементов и даже линии соединений. Это еще простые соединения: оксиды циркония, титана, а также радикалы СН, ОН, NH, CH2, C2, С3, СаН и др. Наружные слои звезд состоят главным образом из водорода. В среднем на 1 0 000 атомов водорода приходится около 1 000 атомов гелия, 5 атомов кислорода и менее 1 атома других элементов. Существуют звезды с повышенным содержанием того или иного элемента: кремния, железа, марганца, углерода и др. Звезды с аномальным составом довольно разнообразны. В молодых звездах типа красных гигантов присутствует повышенное количество тяжелых элементов. Так, в одной из подобных звезд содержится в 26 раз больше молибдена, чем в Солнце.

Химический состав звезды отражает влияние двух факторов: природы межзвездной среды и тех ядерных реакций, которые развиваются в звезде в течение ее жизни. Начальный состав звезды близок к составу межзвездной материи (газопылевого облака), из которой возникла звезда. А состав газопылевых облаков не одинаков, что и могло привести к отличию в составе элементов, содержащихся в звезде.

Спектральный анализ показывает, что наличие многих элементов в составе звезд может быть обусловлено только ядерными реакциями, протекающими в них (барий, цирконий, технеций). Существуют звезды, в которых водород превратился в гелий. Их атмосфера состоит из гелия. В

Химический состав некоторых звезд класса В

таких гелиевых звездах обнаружены углерод, неон, титан, азот, кислород, кремний, магний. Известны гелиевые звезды, практически не содержащие водорода, который выгорел в результате ядерных реакций.

Очень интересными являются углеродные звезды. Это относительно холодные звезды (гиганты и сверхгиганты), их поверхностные температуры лежат в пределах 2500-6000° С. При температуре ниже 3500° С при равном количестве кислорода и углерода в атмосфере большая часть этих элементов связана в монооксид углерода СО. Из других углеродных соединений в атмосферах таких звезд присутствуют радикалы CN и СН.

Исследование распространенности элементов в космосе показало, что с увеличением атомной массы элемента уменьшается его распространенность. Кроме того, элементы с четными порядковыми номерами встречаются чаще, чем с нечетными. Распространенность элементов в космосе приведена на рис. 3.1 .

Логарифм относительного содержания (на 1012 атомов Н)

Рис. 3.1. Распространенность элементов в космосе