Ссылки[]
- Водород на Webelements
- Водород в Популярной библиотеке химических элементов
- «Водород» — статья в Физической энциклопедии
| H | He | |||||||||||||||||
| Li | Be | B | C | N | O | F | Ne | |||||||||||
| Na | Mg | Al | Si | P | S | Cl | Ar | |||||||||||
| K | Ca | Sc | Ti | V | Cr | Mn | Fe | Co | Ni | Cu | Zn | Ga | Ge | As | Se | Br | Kr | |
| Rb | Sr | Y | Zr | Nb | Mo | Tc | Ru | Rh | Pd | Ag | Cd | In | Sn | Sb | Te | I | Xe | |
| Cs | Ba | * | Hf | Ta | W | Re | Os | Ir | Pt | Au | Hg | Tl | Pb | Bi | Po | At | Rn | |
| Fr | Ra | ** | Rf | Db | Sg | Bh | Hs | Mt | Ds | Rg | Uub | Uut | Uuq | Uup | Uuh | Uus | Uuo | |
| * | La | Ce | Pr | Nd | Pm | Sm | Eu | Gd | Tb | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | Lu | |||
| ** | Ac | Th | Pa | U | Np | Pu | Am | Cm | Bk | Cf | Es | Fm | Md | No | Lr |
|
Выделить Водород и найти в:
|
|
|
- Страница — краткая статья
- Страница 1 — энциклопедическая статья
- Разное — на страницах: 2 , 3 , 4 , 5
- Прошу вносить вашу информацию в «Водород 1», чтобы сохранить ее
Звёзды
Правда, детально как именно в плотном холодном газовом облаке зажигается термоядерная реакция и собственно возникает звезда, непонято до сих пор. Сложность этого процесса в десятки раз превосходит сложность тех процессов, который мы рассмотрели в этой статьей. С его моделированием не справляются даже самые мощные современные суперкомпьютеры. Главная проблема — последние 10 000 лет эволюции газового облака. Первые 200 млн лет моделируются за 12 часов массивных параллельных вычислений, но когда плотность газа возрастает до звёздной структура облака начинает меняться всё быстрее и быстрее, поэтому если начальные стадии можно моделировать с шагом в 100 000 лет или около того, то для последних 10 000 лет требуется делать шаг не длиннее нескольких суток! Подобный расчёт занял бы более года даже на самой быстрой из существующих машин. А на моделирование всех возможных параметров звёзд не хватит и человеческой жизни. По этой причине мы и не знаем до сих пор, например, как были распределены первичные звёзды по массам, а поскольку именно масса звезды определяет её температуру и количество различных элементов, которое образуется в её недрах, то следовательно, мы не знаем и химический состав Вселенной после эпохи первичных звёзд. И у нас только одна надежда: закон Мура.
Угаритское затмение
Согласно анализу глиняной таблички, обнаруженной в 1948 году, одно из самых ранних зарегистрированных солнечных затмений, затмение в Угарите, затемнило небо на 2 минуты и 7 секунд 3 мая 1375 года до нашей эры. Затем был опубликован отчет в журнале Nature в 1989 году. предположил, что затмение действительно произошло 5 марта 1223 года до нашей эры. Эта новая дата была основана на исторической датировке таблички, а также на анализе текста таблички, в котором упоминается видимость планеты Марс во время затмения.
Месопотамские историки в Угарите, портовом городе на севере Сирии, рассказывают, что во время этого полного затмения солнце было «посрамлено».
Звезды состоят не только из железа
Сесилия Хелена занялась изучением физики звезд, которые, как тогда считали, содержат в себе только железо. Проведя огромную исследовательскую работу, Пейн пришла к выводу, что большинство звезд является примерно однородными по химическому составу. В основном в них находится водород и гелий, при этом наше Солнце не является исключением.
В 1925 году Сесилия Хелена Пейн написала работу под названием «Звездные атмосферы», которая была первой из всех, сделанных ею в обсерватории Гарварда. За нее была присвоена ученая степень, но дал ее университет не Гарварда, а Рэдклиффа. По мнению Отто Струве, который был крупнейшим астрофизиком прошлого столетия, эта диссертация без сомнения была самой блестящей из когда-либо написанной астрономами.
В сборнике монографий, изданном Гарвардской обсерваторией, работа «Звездные атмосферы» значилась под первым номером. Для того времени она была довольно смелой. Коллеги смогли убедить женщину в том, что в научный труд необходимо включить оговорку, отмечающую возможность ошибки. Но позже было выяснено, что Сесилия Пейн была права.
Фабрика Вселенной
Космический телескоп «Джеймс Уэбб» приступил к работе совсем недавно, но уже отправил на Землю новейшие данные о наблюдаемой Вселенной: 12 июля 2022 года весь мир наблюдал потрясающие снимки скопления галактик, расположенных в пяти миллиардах световых лет от Земли. Еще одним уловом обсерватории стал так называемый звездный питомник – область в космосе, где рождаются звезды. Все эти данные были получены через несколько дней после начала полноценной работы.
Недавно, как и ожидали астрономы, космический телескоп побил собственный рекорд, обнаружив самую далекую галактику во Вселенной под названием SDSS.J141930.11+5251593. Расположилась эта «старушка» на расстоянии от 3 до 4 миллиардов световых лет от нашей планеты. Правда, наблюдая за объектом пять дней, исследователи пришли к выводу, что смотрят не на галактику – перед ними красовалась сверхновая. Подтвердить догадку удалось с помощью архивных данных космического телескопа «Хаббл».
Вспышка сверхновой звезды в представлении художника
А вот и самое удивительное: наблюдаемый Уэббом объект оказался первой сверхновой, появившейся на просторах Вселенной. При этом сам телескоп на подобные задачи не рассчитан, а его главная цель – сканирование обширных участков неба и наблюдение за скоплениями галактик. Это означает, что космическая обсерватория увидит самые молодые галактики во Вселенной, что сформировались спустя несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва.
Если объединить полученные данные о галактиках с обнаруженной сверхновой, мы сможем насладиться видом звезд первого поколения, осветивших Вселенную после Темных веков. Состав самых молодых звезд, как считают астрономы, намного проще чем состав звезд, родившихся в более поздние эпохи.
На просторах бесконечной Вселенной нет ничего вечного
Сверхновые сложно обнаружить, поскольку сам взрыв длится доли секунды. Яркий пузырь пыли и газа, порождаемый смертью массивных звезд, исчезает через несколько дней. По этой причине астрономические инструменты должны смотреть в правильном направлении в нужное время.
Антиматерия и материя
Предположительно, на ранних этапах существования Вселенной симметрия между частицами и античастицами была нарушена. Преобладание частиц оценивается как 1 частица на 1 млрд пар частица-античастица. Почти все античастицы аннигилировали при встрече с частицами, поэтому мы наблюдаем их такое ничтожно малое количество.
Возможно, нарушение симметрии в ранней Вселенной как-то связано с различиями свойств таких короткоживущих частиц как К-мезоны и различиями свойств материи и антиматерии за счет существования трех поколений кварков. Возможно, это как-то связано и с очарованными мезонами — это короткоживущие частицы, которые могут переключаться между двумя состояниями: частицы и античастицы. В июне 2021 года это выяснили ученые из Оксфорда.
Как бы то ни было, весь видимый мир в теории состоит из частиц. По крайней мере, доступный нам мир — это материя. Причем из всего огромного сонма частиц, весь мир состоит всего из трех: две — это нуклоны: протон и нейтрон (нуклонами называются потому что они составляют ядро атома) и во внешней оболочке атома — электроны. Этот феномен — перекос в сторону частиц — получил название Барионная асимметрия Вселенной. Барионы — это тяжелые частицы, к которым относятся также протоны и нейтроны. Кроме того, к барионам относятся и другие тяжелые частицы, состоящие из кварков. И у каждого бариона есть антибарион, который состоит из соответствующих антикварков. Но все эти частицы обладают крайне малым сроком жизни, так что их следует оставить в стороне.
Барионная асимметрия — вопрос исключительно космологии и физики частиц. Если бы барионов и антибарионов было поровну и не было бы никакого различия свойств между материей и антиматерией, то как показал академик Андрей Сахаров в 1967 году, вся Вселенная превратилась бы в излучение — очевидно, этого не произошло. Но может быть материя и антиматерия не были «смешаны» в ранней Вселенной однородно и просто разлетелись в разные стороны — в нашем уголке преобладает материя, а где-то есть области, где антизвезды составляют антигалактики?
Теоретически это возможно, но очень маловероятно, потому что плотность ранней Вселенной была слишком велика, чтобы большие сгустки могли просто так разлететься в разные стороны предварительно не проконтактировав.
И все же антизвезды ищут. Для их обнаружения нужно зарегистрировать ядра антигелия, поскольку только антигелий может гарантировать, что образовался не под воздействием космических лучей — антипротоны и антидейтероны (ядро тяжелого изотопа водорода — дейтерия, состоит из антипротона и антинейтрона) такого гарантировать не могут. А вот ядро антигелия «собраться» случайно практически не может, так что если его зарегистрируют, значит оно прилетело к нам как продукт термоядерных реакций антизвезды.
Постнаука
В 2021 году была опубликована статья, авторы которой создали каталог из 14 кандидатов в антизвезды, проанализировав данные космического телескопа Fermi. Телескоп зарегистрировал именно ядра антигелия.
Дмитрий Казаков, доктор физико-математических наук, Объединенный институт ядерных исследований, Дубна:
«Проблема антисимметрии Вселенной по отношению материи и антиматерии действительно серьезна и давно уже обсуждается в физике высоких энергий, но ясного понимания пока нет. Это связано со свойствами взаимодействия элементарных частиц и, возможно, с новыми частицами.
При изучении спектра космических лучей как раз регистрируют позитроны и антипротоны, их гораздо меньше на общем фоне и их можно регистрировать по сигналу аннигиляции. Так, например, пытаются зарегистрировать сигнал от темной материи. Но специально античастицы не изучают, в этом нет специального интереса. Мы знаем, что все частицы имеют античастицы и у них те же самые свойства. Тут нет загадки кроме того как во Вселенной образовался перекос в сторону частиц».
Футурология
Загадочные частицы: что ученые знают о космических лучах
Переезд в США
В тот момент мало кто мог представить, что предметом научных интересов девушки будет субстанция, горящая в недрах звезд. А также, что с ее помощью изменится астрономическая картина мира, присущая пониманию многих ученых. Тогда Сесилии Пейн по окончании Кембриджа не дали научную степень из-за ее пола. Свой патриархальной уклад Кембридж нарушил лишь в 1948 году, когда присудил ей ученую степень.
Девушке стало понятно, что в традиционной Великобритании у нее нет научного будущего. Там ей в лучшем случае светило стать учительницей, но Сесилию Пейн не устраивала подобная участь. В 1923 году она переехала в Соединенные Штаты и стала работать в Гарварде.
Молодые и старые звезды
В таких галактиках как наша вспышки сверхновых происходят нечасто. К счастью, во Вселенной неограниченное количество галактик, а потому астрономы наблюдают несколько сотен сверхновых в год за пределами Млечного Пути. Для поиска таких звезд NASA используют несколько типов телескопов, в том числе космическую обсерваторию NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR), которая работает с 2012 года.
Но вернемся к галактике SDSS.J141930.11+5251593, в которой расположилась самая юная сверхновая. Уэбб наблюдал ее в течение пяти дней и обнаружил, что за прошедшее время массивная звезда немного потускнела. Такое поведение считается типичным для сверхновых, а их обнаружение может открыть совершенно новую область астрономических исследований.
Крабовидная туманность — остаток массивной звезды в нашей галактике, гибель которой произошла на расстоянии 6500 световых лет от Земли.
Интересно, что первой сверхновой, видимой невооруженным глазом за более чем 400 лет, была вспышка массивной звезды под названием SN 1987A, обнаруженная в 1987 году. На протяжении нескольких месяцев она вспыхивала с невероятной мощностью и позволила астрономам детально себя изучить. Теперь с помощью обсерватории «Джеймс Уэбб» исследователи намерены проанализировать остатки вспышки, пролив свет на то, что именно происходило после смерти звезды.
Отметим, что сверхновые играют решающую роль в эволюции галактик, создавая более тяжелые элементы (из которых состоит все, включая нас с вами). Будучи самыми энергичными объектами во Вселенной, сверхновые испускают взрывные волны, которые распространяются с бешеной скоростью.
Сверхновая видна на изображениях Уэбба как маленькая яркая точка справа от большого яркого пятна слева
На этом изображении, полученном космическим телескопом Хаббл, видна сверхновая 1987A в Большом Магеллановом Облаке – нашей соседней галактике
Так как многое о сверхновых остается неясным, астрономы намерены использовать телескоп «Джеймс Уэбб» для изучения области, на которую пришлась взрывная волна этой массивной звезды. Как правило ударные волны возникают при столкновении с окружающим звезду газом и пылью, разбивая пылинки на мелкие фрагменты. Как полагает астроном Роберт Киршнер из Гарвардского университета, скорее всего, мы увидим доказательства наличия источника энергии, нагревающего пыль.
Что касается самой молодой сверхновой в наблюдаемой Вселенной, то исследователям понадобится больше времени и данных, чтобы сделать окончательные выводы о наблюдаемом объекте. Ну а благодаря новейшему телескопу, стоимостью 10 миллиардов долларов, многие тайны Солнечной системы и космического пространства будут раскрыты.
Космическая обсерватория Джеймс Уэбб – самое настоящее технологическое чудо
Первые звезды. Оставить след во Вселенной
Первые звезды были гораздо более активными, чем звезды, подобные нашему Солнцу. А это, в свою очередь, говорит о производимых ими огромных количествах ультрафиолетового излучения. Когда ученые ищут следы деятельности первого поколения звезд, остатки мощного УФ-света – именно то, что им нужно. Некоторые ученые даже предполагают, что нашли объект, возникший всего лишь через 190 миллионов лет после Большого взрыва.
Таким образом Вселенная рождала огромные звезды. Которые быстро сжигали свое почти чистое водородное топливо всего за несколько миллионов лет. Физика говорит, что звезде требуется около 8-12 солнечных масс, чтобы закончить свою жизнь как сверхновая. Поэтому все эти монстры взорвались, выбросив в космос множество тяжелых элементов. Это изменило состав Вселенной навсегда.
Эти массивные звезды и черные дыры, которые они создали, притягивали звезды вокруг себя. И в космосе начали появляться первые галактики. Звезды всех размеров стали рождаться в новых звездных питомниках. И Вселенная стала такой, как мы ее знаем…
Применение[]
Водород используют при синтезе аммиака NH3, хлороводорода HCl, метанола СН3ОН, при гидрокрекинге (крекинге в атмосфере водорода) природных углеводородов, как восстановитель при получении некоторых металлов. Гидрированием природных растительных масел получают твёрдый жир — маргарин. Жидкий водород находит применение как ракетное топливо, а также как хладагент. Смесь кислорода с водородом используют при газосварке.
Одно время высказывалось предположение, что в недалёком будущем основным источником получения энергии станет реакция горения водорода, и водородная энергетика вытеснит традиционные источники получения энергии (уголь, нефть и др.). При этом предполагалось, что для получения водорода в больших масштабах можно будет использовать электролиз воды. Электролиз воды — довольно энергоёмкий процесс, и в настоящее время получать водород электролизом в промышленных масштабах невыгодно. Но ожидалось, что электролиз будет основан на использовании среднетемпературной (500—600 °C) теплоты, которая в больших количествах возникает при работе атомных электростанций. Эта теплота имеет ограниченное применение, и возможности получения с её помощью водорода позволили бы решить как проблему экологии (при сгорании водорода на воздухе количество образующихся экологически вредных веществ минимально), так и проблему утилизации среднетемпературной теплоты.
Атомарный водород используется для Атомно-водородной сварки.
Пищевая промышленность
- При производстве маргарина из жидких растительных масел
- Зарегистрирован в качестве пищевой добавки E949 (упаковочный газ)
Авиационная промышленность
Водород очень лёгок и в воздухе всегда поднимается вверх. Когда-то дирижабли и воздушные шары наполняли водородом. Но в 30-х гг. XX в. произошло несколько катастроф, когда дирижабли взрывались и сгорали. В наше время дирижабли наполняют гелием.
Топливо
Водород используют в качестве ракетного топлива.
Ведутся исследования по применению водорода как топлива для легковых и грузовых автомобилей. Водородные двигатели не загрязняют окружающей среды и выделяют только водяной пар.
В водородно-кислородных топливных элементах используется водород для непосредственного преобразования энергии химической реакции в электрическую.
Распятие Иисуса
В христианских евангелиях говорится, что небо потемнело на несколько часов после распятия Иисуса, что историки рассматривали либо как чудо, либо как предзнаменование грядущих темных времен. Более поздние историки использовали астрономию, чтобы точно определить смерть Христа на основе этого упоминания о затмении. Некоторые историки связывают распятие с полным солнечным затмением продолжительностью 1 минуту 59 секунд, которое произошло в 29 году н. Э .; другие говорят, что второе полное затмение, заблокировавшее солнце на 4 минуты 6 секунд в 33 году н. э., ознаменовало смерть Иисуса.
Учительница или астрофизик?
Уже на первом курсе Кембриджа Сесилия Пейн знала, что будет изучать науку. Некоторое время она колебалась между ботаникой и физикой. Сделать выбор в пользу последней ей помог астроном Артур Эддингтон, который в 1919 году провел в университете публичную лекцию о своей экспедиции, в которой он наблюдал за солнечным затмением. Эддингтон объяснил, как его наблюдения подтвердили сформулированную в 1915-1916 годах Альбертом Эйнштейном общую теорию относительности. И Пейн загорелась тем, чтобы узнать о звездах больше. «После этой лекции моя картина мира перевернулась. Вернувшись в свою комнату в общежитии, я поняла, что могу пересказать и записать ее дословно», —
вспоминала
Сесилия Пейн. Так она утвердилась в мысли: физика — это ее.
Позже Пейн решила посетить Кембриджскую обсерваторию на день открытых дверей. Она задавала столько сложных вопросов, что организаторам пришлось позвать профессора Эддингтона. Получив возможность поговорить с ним, Сесилия тут же рассказала профессору, что тоже хочет стать астрономом. Он порекомендовал ей книги, которые могли бы помочь на этом пути, оказалось, что все их она уже прочла. Тогда Эддингтон дал ей доступ к специальной библиотеке при обсерватории — там она могла почитать последние журналы по астрономии. Так Пейн попала в эпицентр астрономической мысли тех времен. «Нет большего удовольствия, чем сталкиваться с фактами, которые нельзя объяснить в текущей системе научных координат», — говорила она.
Сесилия
попросила
профессора дать ей какой-нибудь интересный объект для исследования. Эддингтон отправил ее изучать рассеянное скопление M 36 — это космический объект, в котором находится по меньшей мере 60 звезд. Все свободное время Пейн сидела в обсерватории и наблюдала за движениями звезд, временами, как она сама признавалась, игнорируя занятия по физике и математике. Потом он спросила преподавателя по звездной динамике по фамилии Смарт, что ей делать со всеми собранными данными, и он ответил: «Сделай регрессию по методу наименьших квадратов». Пейн не знала, что это такое — поэтому пошла в библиотеку Британского музея и запросила там работы Гаусса, автора метода наименьших квадратов. Ей выдали толстенные тома работ, написанных на немецком, и девушка долго сидела, продираясь сквозь тексты Гаусса, чтобы понять, что ей нужно сделать. И разобралась. Потом Пейн шутила, что она, наверное, была единственной студенткой современности, которая изучала метод Гаусса по его оригинальным работам.
В конце концов Сесилия применила метод наименьших квадратов к звездам в созвездии М 36 и принесла результаты работы Эддингтону. «Очень хорошо. Мы это опубликуем», — ответил он и отправил работу в Королевское астрономическое общество. Так Сесилия Пейн стала автором своей первой научной работы, еще даже не закончив университет.
Впрочем, в Кембридже ей нученая степень и не светила — ведь там девушкам все еще не выдавали дипломы. Даже во время учебы Сесилии все время давали понять, что она «не такая»: например, ей приходилось сидеть в одиночестве на занятиях по физике, так как ей запрещалось занимать места на одном ряду с мальчиками. Тем не менее она сдала все экзамены наравне с остальными — и получила вместо полноценного диплома «сертификат». С ним в родной Великобритании Пейн могла стать только учительницей. Это не могло удовлетворить ее амбиции, поэтому она стала
искать
альтернативные варианты развития своей карьеры.
Пейн понимала, что ей нужно переезжать в Соединенные Штаты и продолжать образование там. Но для этого нужно было получить грант, который бы покрыл все ее расходы. В 1923 году, после окончания Кембриджа, она познакомилась с директором обсерватории Гарвардского университета Харлоу Шепли. От него она узнала о PhD-программе по астрономии в Гарварде — и поступила на нее, получив стипендию для молодых женщин-астрономов. Пейн была лишь второй студенткой, выигравшей такой грант: первой подобную стипендию получила Аделаида Эймс, которая в будущем тоже стала великим астрономом, членом Американского астрономического общества и ближайшей подругой Сесилии.
Второй свет
Вселенная словно застыла. Астрофизики скажут вам, что холодный газ является ключевым компонентом для создания звезд. И это верно. Но сгустков газа тогда еще не было. Материалы, который создал Большой взрыв, образовали простейшие атомы только через многие и многие тысячелетия. Это время было необходимо, чтобы все успокоилось настолько, чтобы протоны и электроны объединились и создали атомы. Потом потребовалось еще очень много времени, чтобы эти атомы притянулись друг к другу и возникли облака из газообразного водорода.
Но в конце концов через миллионы лет начались процессы, которые мы наблюдаем в космосе сегодня. Образовались плотные сгустки остывшей материи. А затем гравитация заставила ее сжиматься все сильнее и сильнее. В то время водород и гелий были почти единственными элементами в космосе. Ранняя Вселенная содержала около 75% водорода, 25% гелия и немного лития и бериллия. Таким было распределение масс. Если же посчитать атомы вместо граммов, отношение будет таким – примерно 92% водорода и 8% гелия, а также следы других элементов.
Это означает, что самые первые звезды были очень чистыми. Более того, только эти элементы, дрейфующие в космосе в газообразном виде, вообще существовали в тот момент.
Первые звезды были огромны. Ученые все еще спорят о том, насколько они были велики. Но консервативные оценки говорят о 30 и, что более вероятно, 300 массах нашего Солнца. Более экстремальные оценки говорят о 1000 и больше солнечных массах.
Химические свойства[]
Молекулы водорода Н2 довольно прочны, и
для того, чтобы водород мог вступить в реакцию, должна быть затрачена большая энергия:
- Н2 = 2Н − 432 кДж
Поэтому при обычных температурах водород реагирует только с очень активными металлами, например с кальцием, образуя гидрид кальция:
- Ca + Н2 = СаН2
и с единственным неметаллом — фтором, образуя фтороводород:
- F2 + H2 = 2HF
С большинством же металлов и неметаллов водород реагирует при повышенной температуре или при другом воздействии, например при освещении:
- О2 + 2Н2 = 2Н2О
Он может «отнимать» кислород от некоторых оксидов, например:
- CuO + Н2 = Cu + Н2O
Записанное уравнение отражает восстановительные свойства водорода.
- N2 + 3H2 → 2NH3
С галогенами образует галогеноводороды:
- F2 + H2 → 2HF, реакция протекает со взрывом в темноте и при любой температуре,
- Cl2 + H2 → 2HCl, реакция протекает со взрывом, только на свету.
С сажей взаимодействует при сильном нагревании:
- C + 2H2 → CH4
Взаимодействие со щелочными и щёлочноземельными металлами
При взаимодействии с активными металлами водород образует гидриды:
- 2Na + H2 → 2NaH
- Ca + H2 → CaH2
- Mg + H2 → MgH2
Гидриды — солеобразные, твёрдые вещества, легко гидролизуются:
- CaH2 + 2H2O → Ca(OH)2 + 2H2↑
Оксиды восстанавливаются до металлов:
- CuO + H2 → Cu + H2O
- Fe2O3 + 3H2 → 2Fe + 3H2O
- WO3 + 3H2 → W + 3H2O
Гидрирование органических соединений
Молекулярный водород широко применяется в органическом синтезе для восстановления органических соединений. Эти процессы навзывают реакциями гидрирования. Эти реакции проводят в присутствии катализатора при повышенных давлении и температуре. Катализатор может быть как гомогенным (напр. Катализатор Уилкинсона), так и гетерогенным (напр. никель Ренея, палладий на угле).
Так, в частности, при каталитическом гидрировании ненасыщенных соединений, таких как алкены и алкины, образуются насыщенные соединения — алканы.
R−CH=CH−R′+H2→R−CH2−CH2−R′{\displaystyle {\mathsf {R\!\!-\!\!CH\!\!=\!\!CH\!\!-\!\!R’+H_{2}}}\rightarrow {\mathsf {R\!\!-\!\!CH_{2}\!\!-\!\!CH_{2}\!\!-\!\!R’}}}
Виноваты звезды
В 1925 году все усилия Пейн и ее настойчивость в сексистском мире астрофизики наконец принесли свои плоды — она получила докторскую степень. В своей диссертации она, по сути, ответила на давно интересовавший ученых вопрос: из чего состоят звезды?
Ранее многие астрономы считали, что звезды — это какие-то загадочные образования, состоящие из разных элементов в разных пропорциях и конфигурациях. Ведь как иначе объяснить, что одни небесные светила больше и ярче, другие — мелкие и едва заметные, а третьи образуют плотные созвездия, которые выглядят практически как небесная пыль? Ученые думали, что внешние контуры звезд определяют твердые вещества, которые можно найти и на Земле — такие как, например, кальций или железо. И если нагреть их до температуры Солнца, мы получаем такое же свечение — значит, Солнце и другие звезды должны состоять из больших количеств каких-то раскаленных твердых веществ.
Сесилия Пейн изучала в Гарварде квантовую физику и знала, что при сильном нагреве один или несколько электронов могут оторваться от атома, который вследствие этого превращается в ион. А конфигурация небесного свечения, исходящего от звезд, зависит как раз от тех атомов, которые они испускают. В своей докторской Пейн показала, что разное излучение звезд зависит от того, насколько ионизированы атомы, исходящие с ее поверхности, — и это определяется только температурой звезды, а вовсе не содержанием в ней разных элементов, как считалось ранее. Все звезды, как выяснила Пейн, примерно одинаковы по составу и сделаны из двух основных элементов — водорода и гелия. А твердые вещества, такие как кальций и железо, составляют менее 2% массы звезд.
Таким образом, получалось, что бОльшая часть Вселенной состоит из самых легких веществ — водорода и гелия, а вовсе не из тех тяжелых, твердых элементов, из которых построена наша планета. Для начала ХХ века это была революционная мысль, перевернувшая представление астрономов и физиков о том, как устроен мир.
К сожалению, из-за сексистских правил того времени даже такое восхитительное открытие не очень помогло Сесилии продвинуться в карьере. Она вполне могла бы претендовать на должность профессора в Гарварде, но из-за того, что была женщиной, она еще долгие годы после защиты докторской
занимала
более низкие и плохо оплачиваемые позиции в университете.
В 1934 году Пейн посетила обсерваторию в Ленинграде — Советский Союз тогда был почти на пороге новой войны с Германией, — а затем отправилась и в Германию. Там она познакомилась с перспективным астрономом Сергеем Гапошкиным: он был не согласен с политикой СССР, но, несмотря на это, ему удалось добиться неплохих успехов в науке на родине (правда, в итоге все равно пришлось бежать в Европу). На момент их встречи из-за усложнившихся русско-немецких отношений Гапошкина в Германии начали преследовать. Сергей попросил Сесилию помочь ему переехать в США.
Ученую тронула его история, и, вернувшись домой, она занялась тем, чтобы сделать Гапошкину визу беженца. Ей это удалось, и уже в том же 1934 году Сергей приехал в Штаты. Они тут же поженились, и так Сесилия Пейн стала Сесилией Пейн-Гапошкиной. Двойная фамилия довольно символична — в дальнейшем многие исследования чета астрономов проводила совместно.