Чем дальше орбита планеты от Солнца, тем больше в её составе элементов с большой парусностью атомов Гипотеза До настоящего времени нет подробных экспериментальных данных о том, какое отличие имеют составы Солнца, планет, их спутников, метеоритов, комет, астероидов Солнечной системы. Имеются отдельные данные о составах веществ на поверхностях Луны, Земли, Марса и Венеры, а также приблизительный состав фотосферы Солнца. Эти поверхности состоят из сравнительно легких элементов, что естественно. Интересен вопрос, разный ли средний состав элементов у планет? Попробуем оценить, чем отличаются планеты по составу элементов, используя фундаментальные законы.
Как Солнце, так и все планеты образовались из газопылевого облака, которое возникло при взрыве нейтронной звезды [Тимофеев Д. Н. 2021] (взрыв сверхновой). Атомы образовавшихся элементов при таком взрыве, по астрономическим наблюдениям, разлетаются со скоростями от нескольких тысяч, до 20000 км/сек, образуя туманность. При взрыве разлёт образовавшихся разных элементов происходит с разными скоростями, что приводит к их разделению. Разделение веществ в туманности по мере удаления от центра взрыва нейтронной звезды подтверждается космическими наблюдениями. При редком явлении, взрыва одной из звёзд двойной звезды в созвездии Водолея, образовавшаяся туманность Улитка имеет вид с сечением, на котором видно различие цвета веществ находящихся на разном удалении от центра (рис.1).
Рис.1. Туманность Улитка в созвездии Водолея. Отчётливо виден ряд слоёв примерно равноудалённых от центра взрыва имеющих разную окраску.
Скорость разлёта атомов элементов равна сумме скорости разлёта частиц от самого взрыва и скорости последующего разгона частиц от силы света и корпускулярного излучения взрыва.
Скорости разлёта частиц самого взрыва определяется законом адиабатического расширения газов. В соответствии с кинетической теорией газов среднеквадратичная скорость теплового движения атомов описывается формулой
U=√(3RT/M)
Где U – скорость атома;
R – универсальная газовая постоянная;
T – температура;
M – атомная масса.
Получается, что соотношение скоростей разлёта атомов от взрыва соответствует формуле
U1/U2 =√(М2/М1 )
Из этой формулы видно, что скорости разлёта лёгких частиц всегда больше чем тяжелых.
Первоначальная скорость разлёта будет придаваться атомам только в зоне взрыва, где имеется давление газообразного вещества. С удалением от центра взрыва происходит рассеивание атомов, давление исчезает. Дальнейший, более сильный, разгон атомов продолжается только давлением создаваемым излучением от реакций взрыва нейтронной звезды (светового, рентгеновского, гамма, протонного, нейтронного…). Для упрощения, будем называть всю совокупность видов разгоняющего излучения светом. Явление ускорения частиц от влияния светового давления имеет экспериментальное подтверждение в виде эффекта «солнечного ветра». Советскими межпланетными космическими аппаратами «Гелиос» установлено, что скорость корпускулярных частиц с удалением от Солнца возрастает от нескольких километров в секунду, у Солнца, до 450 км/сек у орбиты Земли. Поскольку светимость взрыва сверхновых в несколько миллиардов раз больше, чем у Солнца, сила разгона таким излучением будут иметь большое значение. Приращение скорости за счёт последующего разгона от силы давления света взрыва для атомов будет равно произведению ускорения на время разгона, а ускорение в соответствии со вторым законом Ньютона будет обратно пропорционально массе частицы и прямо пропорционально силе светового давления. Логично считать, что сила давления будет пропорциональна площади поперечного сечения атома. Поскольку атомные радиусы известны, то несложно рассчитать их площади поперечных сечений. Таким образом, все атомы предлагается оценивать новой характеристикой, по способности ускоряться от светового давления которой дадим название «ПАРУСНОСТЬ АТОМА».
Парусность атома, это способность его разгоняться от светового давления, прямо пропорциональна площади его сечения и обратно пропорциональна его атомной массе.Поскольку все буквы латинского алфавита уже израсходованы на различные обозначения физических величин, обозначим величину парусности атома буквой «П» из кириллицы и будем оценивать её в единицах м2/г. Значение парусности атома будет определяться формулой
П=S/M
Где П – парусность атома;
S – площадь поперечного сечения атома;
M – атомная масса.
Физический смысл величины парусности атома можно наглядно представить, как площадь, которую можно покрыть одним граммом элемента, нанеся его на поверхность толщиной в один атом. Значения парусности атомов мною рассчитаны (таблица 1) и впервые представлены в книге [Тимофеев Д. Н. 2021]. Элементы расставлены в порядке увеличения величин парусности.
Таблица 1
Рассчитанные значения парусности атомов (м2/г)
№ Символ Парусность № Символ Парусность № Символ Парусность № Символ Парусность
78 Pt 0,18 44 Ru 0,3 17 Cl 0,43 56 Ba 0,59
76 Os 0,18 83 Bi 0,3 64 Ga 0,43 16 S 0,61
77 Ir 0,18 35 Br 0,31 60 Nd 0,43 25 Mn 0,62
86 Rn 0,18 46 Pd 0,31 61 Pm 0,43 6 О 0,63
75 Re 0,19 34 Sе 0,32 88 Ra 0,44 87 Fr 0,67
92 U 0,19 50 Sn 0,32 40 Zr 0,45 15 Р 0,69
74 W 0,2 69 Tu 0,34 10 Ne 0,45 55 Cs 0,72
79 Au 0,2 49 In 0,34 18 Ar 0,45 22 Ti 0,73
84 Po 0,21 45 Rh 0,34 59 Pr 0,45 7 N 0,76
85 At 0,22 67 Ho 0,36 58 Ce 0,46 38 Sr 0,8
73 Ta 0,22 33 As 0,36 28 Ni 0,47 14 Si 0,83
91 Pa 0,22 68 Er 0,37 43 Tc 0,47 21 Sc 0,87
54 Xe 0,24 89 Ac 0,37 2 He 0,48 6 С 0,93
80 Hg 0,24 66 Dy 0,37 57 La 0,48 37 Rb 0,93
90 Th 0,26 41 Nb 0,38 9 F 0,5 13 Al 0,98
53 J 0,26 65 Tb 0,38 30 Zn 0,5 5 В 1,17
36 Kr 0,27 64 Gd 0,39 27 Co 0,51 12 Mg 1,31
52 Te 0,27 48 Cd 0,39 63 Eu 0,52 20 Ca 1,43
81 Tl 0,27 32 Ge 0,39 26 Fe 0,53 4 Ве 1,7
72 Hf 0,27 70 Yb 0,41 39 Y 0,56 19 K 1,86
82 Pb 0,28 47 Ag 0,41 29 Cu 0,57 11 Na 1,95
71 Lu 0,28 62 Sm 0,41 23 V 0,58 1 Н 2,56
51 Sb 0,29 42 Mo 0,42 24 Cr 0,59 3 Li 4,89
Диаграмма значений парусности атомов (рис. 2).
Рис. 2. Атомы расположены в порядке увеличения значений парусности
Из таблицы видно, что максимальная парусность у атомов лития, водорода, натрия, а минимальная у атомов платины, осмия, иридия, радона, урана, при этом видно, что от платины до алюминия (большая часть элементов) парусность довольно равномерно возрастает примерно в 5,4 раза. Дальше, у восьми элементов, парусность круто возрастает в ряду бор – магний – кальций – бериллий – калий – натрий – водород – литий. Аномально большая парусность у атомов лития, которая примерно в 27 раз больше чем, например, у осмия. Сравнительная парусность для некоторых элементов (рис. 3).
Рис. 3. Парусность лития в сравнении с парусностью некоторых других элементов
Известно, что солнечные лучи в яркий день создают давление приблизительно 0,43 дин/м2 (0,43 мг/м2). Учитывая, что блеск сверхновой, по астрономическим наблюдениям, в несколько миллиардов раз сильнее, чем у Солнца, величины максимальных давлений света от взрыва сверхновой будут большими (порядка одной тонны на квадратный метр). Чем больше парусность у атома элемента, тем больше будет на один грамм этого вещества сила давления света, тем больше будет ускорение, тем больше будет приобретена скорость разлёта от точки взрыва нейтронной звезды.
Ускорение от давления света для разных атомов можно описать формулой:
асд= П x Fд
где асд - ускорение атома элемента от светового давления;
П – парусность атома;
Fд – удельная сила давления света г/м2;
Надо отметить, что силы давления света будут уменьшаться по мере увеличения расстояния от центра взрыва при разлёте атомов.
Скорость, приобретаемая атомами при разлёте (без учёта торможения от сил гравитации) можно рассчитать по формуле:
V = aсдt =П x Fдt
Где t – время продолжительности светового давления.
При давлении света например, натрий имеющий парусность в 1,95 м2/г будет ускоряться силой светового давления в 9,75 раз сильнее чем вольфрам имеющий парусность в 0,2 м2/г. что обеспечит атомам натрия, практически, в десять раз больше ускорение. В результате атомы с большей парусностью разгоняются давлением света интенсивней, и улетают дальше от точки взрыва нейтронной звезды, чем атомы с меньшей парусностью.
Взрыв нейтронной звезды продолжается примерно десять суток, после чего световой поток резко слабеет, а разогнанные атомы элементов продолжают удаляться от центра взрыва по инерции, постепенно замедляясь силами гравитации, направленными в центр масс туманности.
Элементы с большой атомной массой, а также с малой парусностью, такие как осмий, иридий, платина, уран, рений, золото, вольфрам… разлетаются в результате взрыва нейтронных звёзд на меньшее расстояние.
Диаграммы процентного содержания разлёта некоторых элементов от точки взрыва и шкала разделения веществ (похожа на хроматограмму) в туманности Улитка показаны на рис. 4.
Рис. 4. Размеры орбит планет Солнечной системы и шкала (спектр) разделения веществ в туманности Улитка. Туманность охватывает область пространства в 2,5 светового года
Далее туманность начнёт сжиматься. Разделение по содержанию веществ в туманности передастся планетам, образующимся в звёздной системе. Атомы с меньшей парусностью и большей массой окажутся в больших концентрациях в составах веществ планет, ближе расположенных к Солнцу. Из этой закономерности получается, что наибольшие концентрации тяжелых элементов находятся в составе Солнца. Чемпионом из планет по содержанию осмия, иридия, рения, урана, золота, вольфрама является Меркурий. На Венере максимальное содержание ртути, свинца, сурьмы… На Земле больше, чем на других планетах содержание железа, титана, кислорода, азота, кремния… На Марсе больше рубидия, скандия, углерода… На более далёких планетах Юпитере, Сатурне, Уране, Нептуне большое содержание магния, кальция, калия, водорода. Плутон обладает максимальным содержанием запасов натрия и лития.
Получается, что состав планет разный и соответствует составам элементов, собравшихся в своё время на разных орбитах, при этом планеты расположенные ближе к Солнцу дополнительно будут обогащаться некоторым количеством лёгких элементов, возвращающихся на Солнце после разлёта, в то время как для дальних планет содержание тяжелых элементов может быть сильно ограничено.
Гипотеза имеет следующее определение
Чем дальше орбиты космических тел планет, их спутников, астероидов удалены от Солнца, тем больше они содержат в своём составе элементов с большей парусностью лития, водорода, натрия кальция, калия... Процент элементов с большими атомными массами и меньшей парусностью иридия, осмия, урана, вольфрама, золота, рения..., больше у близких планет к Солнцу и максимальный в составе самого Солнца.При дальнейшем изучении этой темы надо учесть, что при взрыве нейтронной звезды химические элементы образуются в разных количествах, а также, что в космическом пространстве разлетающиеся атомы могут образовывать химические соединения. Учитывая, что разные элементы имеют разную способность создавать химические соединения, например золото, платина, ртуть будут в виде чистых металлов, в то время как более активное железо может быть в виде окиси Fe2O3.
Литература
- Тимофеев Д.Н. Природа космических тел Солнечной системы. 2 издание «Ридеро» 2021
-
https://ridero.ru/books/priroda_kosmicheskikh_tel_solnechnoi_sistemy/- Дементьев А. Дементьева А. Планетарная туманность Улитка в созвездии Водолея.
-
https://zen.yandex.ru/nauka?lang=ru&parent_rid=67998915.96.1657848792051.98472&from_parent_id=-4717052843651747350&from_parent_type=brief
