В работе «Источники звёздной энергии и теория внутреннего строения звёзд» Козырев рассматривает во Вселенной не просто перераспределение энергии, а предполагает наличие источников, снабжающих ее энергией: «Так как возраст звезд значительно больше времени охлаждения, мы должны признать, что, теряя энергию и сжимаясь, звезда вызывает некоторые процессы, компенсирующие эту потерю энергии. Приходится заключить, что звёзды представляют собой машину, вырабатывающую энергию».

 

Термодинамика жизни Вселенной. Карно – Козырев.

 

 

        Жизнь больше не выглядит как островок
сопротивления второму началу термодинамики
или как деятельность каких-то демонов Максвелла.
Она возникает теперь как следствие общих
законов физики.
И. Пригожин.

 

       

       

       

       

        Огромная потеря энергии, происходящая на поверхности звезды, соответствует очень небольшому расходу, отнесённому к единице массы звезды. Так, например, для соблюдения теплового баланса каждый грамм вещества внутри Солнца должен выделять только 1,9 эрга в секунду. Важнейший вопрос физики Солнца (так же, как и звёзд) - природа источников энергии. Энергия гравитационного сжатия оказалась недостаточной. Гипотеза, по которой источником солнечной энергии являются термоядерные реакции, с количественной, стороны может удовлетворительно объяснить излучение в течение миллиардов лет; тем не менее она нуждается в окончательной проверке. Н.А. Козырев исходит из спектральной классификации звёзд. С общепринятой в астрофизике точки зрения «Поведение материи внутри звёзд должно хотя бы приближенно, удовлетворять условиям механического и теплового равновесия. Козырев делает вывод: «В результате система, находящаяся вблизи равновесия, станет машиной, производящей энергию. Такого рода системами, вероятно, и являются звёзды.» [3]. Как видно из проведенного анализа предпосылок Козырева, положенных в основу математической по сути работы «Источники звёздной энергии и теория внутреннего строения звёзд», эти предпосылки находятся в полном согласовании со взглядами на эту проблему современной астрофизики. Тем более не могут вызывать сомнений результаты чисто математического решения. Единственное, что вызывало непонимание в среде астрофизиков, увлечённых идеей термоядерных реакций внутри звёзд, это толкование физического смысла полученных решений. Козырев говорит о том, что в мире космических объектов должны проходить процессы саморазогрева  даже в небольших телах, таких как спутники планет. Он ищет и находит этому доказательство открытием вулканической деятельности на Луне. Сегодня, когда космические аппараты доставили информацию с окраин солнечной системы, становится удивительным уже не результат математических расчётов Козырева, а нахождение предсказанных им необычных термодинамических процессов там, где их казалось и не должно быть.
        Теория – это математический способ описания процесса или явления природы, дающий возможность, математически рассчитать неизвестные проявления описываемого процесса или точно вычислить возможные результаты, уже известных проявлений описываемого процесса.
        Трудно не согласиться с не очень радостными энергетическими перспективами планеты, которые рисует академик Е.П. Велихов в последнем году ХХ века: «В настоящее время более 85% энергии производимой человеком получается при сжигании органических топлив - угля, нефти и природного газа. Этот дешевый источник энергии, освоенный человеком около 200 - 300 лет назад, привел к быстрому развитию человеческого общества, его благосостоянию и, как результат, к росту народонаселения Земли. Предполагается, что из-за роста народонаселения и более равномерного потребления энергии по регионам, производство энергии возрастет к 2050 г. примерно в три раза по сравнению с нынешним уровнем и достигнет 1021 дж в год. Не вызывает сомнения, что в обозримом будущем прежний источник энергии - органические топлива - придется заменить на другие виды производства энергии. Это произойдет как по причине истощения природных ресурсов, так и по причине загрязнения окружающей среды, которое по оценкам специалистов должно наступить гораздо раньше, чем будут выработаны дешевые природные ресурсы (нынешний способ производства энергии использует атмосферу в качестве помойки, выбрасывая ежедневно 17 млн. тонн углекислого и других газов, сопутствующих сжиганию топлив)» [1]. Академик отчётливо понимает, что нет и не может быть альтернативы иссякающим источникам химической энергии. «Переход от органических топлив к широкомасштабной альтернативной энергетике ожидается в середине 21 века. Предполагается, что будущая энергетика будет более широко, чем нынешняя энергетическая система, использовать разнообразные и, в том числе, возобновляемые источники энергии, такие как: солнечная энергия, энергия ветра, гидроэлектроэнергия, выращивание и сжигание биомассы и ядерная энергия. Доля каждого источника энергии в общем производстве энергии будет определяться структурой потребления энергии и экономической эффективностью каждого из этих источников энергии» [1].
        Сегодня, когда ХХI век уже вступил в свои права, мы не видим особых признаков активности в мире, которые могли бы соревноваться с ядерной энергетикой. Евгений Павлович посвятил свою жизнь созданию на Земле источника звёздной энергии. Решению этой задачи были посвящены его усилия и усилия лучших умов человечества на протяжении последних трёх десятилетий. Рассматривая перспективы на будущее, он справедливо отмечает: «По современным физическим представлением существует всего несколько фундаментальных источников энергии, которые, в принципе, могут быть освоены и использованы человечеством. Ядерные реакции синтеза - это один из таких источников энергии. В реакциях синтеза энергия производится за счет работы ядерных сил, совершаемых при слиянии ядер легких элементов и образовании более тяжелых ядер. Эти реакции широко распространены в природе - считается, что энергия звезд и, в том числе, Солнца производится в результате цепочки ядерных реакций синтеза, превращающих четыре ядра атома водорода в ядро гелия. Можно сказать, что Солнце - это большой естественный термоядерный реактор, снабжающий энергией экологическую систему Земли» [1].
        Попытке доказать это утверждение, найти ему подтверждение была посвящена жизнь другого академика - астрофизика Андрея Борисовича Северного и усилия целого коллектива руководимой им Крымской Астрофизической Обсерватории.
        Корпускулярные потоки, связанные с активными областями Солнца, были изучены в Крымской астрофизической обсерватории АН СССР (Э.Р. Мустель). Во внешних слоях Солнца происходят постоянные изменения магнитных полей. Исследования, проведённые в КрАО (А.Б. Северный), позволили установить связь между вспышками и быстрыми изменениями в строении магнитного поля в данной части солнечной поверхности. Теоретические исследования показали, что перенос энергии в Солнце (так же, как и в звёздах) происходит главным образом путём испускания и поглощения излучения. На этом выводе построена теория лучистого равновесия Солнца, относящаяся как к внешним, так и к внутренним слоям Солнца.
        «Важнейший вопрос физики Солнца (так же, как и звёзд) - природа источников энергии. Энергия гравитационного сжатия оказалась недостаточной. Гипотеза, по которой источником солнечной энергии являются термоядерные реакции, с количественной стороны может удовлетворительно объяснить излучение в течение миллиардов лет, тем не менее она нуждается в окончательной проверке. Полное выяснение природы источников солнечной и звёздной энергии будет иметь огромное значение для решения вопросов эволюции Солнца и звёзд» [3].
        Как видим, и сегодня астрофизики не могут с уверенностью сказать, что энергия звезд и, в том числе, Солнца производится в результате цепочки ядерных реакций синтеза, и более того скорее нет, чем да. Начало этих работ приходится на первые послевоенные годы подъёма, когда строилась на новом месте Крымская Астрофизическая Обсерватория, когда всё лучшее в мире было конечно нашим. Успехи засекреченной ядерной физики вскружили голову всем. Естественно, как было не предположить, что в недрах звёзд происходят те же самые ядерные реакции. Это могло быть только так и не иначе. Усилия астрофизиков страны направлены на то, чтобы найти признаки протекания термоядерных реакций внутри звезд. Естественно, при таком боевом настрое остаётся не услышанным, прозвучавший в той же КрАО АН СССР голос Николая Александровича Козырева:
        «Условия состояния материи и энергии внутри звёзд являются предметом исследования, а не предметом априорных предположений» [2].
        Ещё в 1947 году он пишет: «За последние годы успехи атомной физики привели к открытию термонуклеарных реакций, которые могут являться источником энергии, удовлетворяющим указанным требованиям. Эти реакции между протонами и различными лёгкими ядрами, в результате которых происходит преобразование водорода в гелий, могут происходить при температурах, вероятных для внутренних областей звёзд, - порядка двадцати миллионов градусов. Сравнительное изучение различных термонуклеарных реакций привело Бете (Bethe) к заключению, что энергия Солнца и звёзд основной последовательности вырабатывается в результате циклических реакций, в которых главную роль играет захват протона ядрами азота и углерода с последующим образованием ядра гелия. Эта теория Бете, получившая в последнее время широкое признание, до сих пор не имеет прямых астрофизических подтверждений. Звёзды вырабатывающие особенно много энергии, т.е. звёзды последовательности гигантов, вероятно имеют температуры  значительно более низкие, чем температура, необходимая для термонуклеарных реакций. Кроме того, наличие бурной конвекции в наружных слоях звёзд, вспышки новых, особенный ультрафиолетовый спектр говорят за то, что выделение энергии происходит в наружных слоях звёзд и в ряде случаев имеет характер взрывов. Естественное желание видеть во всех этих явлениях общую причину заставляет с осторожностью относится к теории термонуклеарных реакций. Можно без преувеличения сказать, что уже в течение ста лет, начиная с контракционной гипотезы Гельмгольца (Helmholtz), ни одно новое принципиальное открытие физики не происходило без попытки применения его к объяснению  звёздной энергии, причём каждый раз вопрос считался решенным, несмотря на отсутствие подтверждения астрофизическим материалом» [2].
        Обратите внимание, привычные нам термоядерные  реакции он ещё называет термонуклеарными, как это было принято в тридцатые годы, но и сегодня  почти, шестьдесят лет спустя не устарели слова Козырева: «Эта теория Бете, до сих пор не имеет прямых астрофизических подтверждений» [2].
        Козырев ставит вопрос о рассмотрении природы источников звездных энергий из астрофизических предпосылок. «В первую очередь необходимо внести в этот вопрос максимальную чёткость, проведя его рассмотрение с самых основ» [2]. При выработке основных предпосылок для построения математической теории он опирается именно на данные астрофизики: «Наблюдения показывают, что звезда обычно находится в равновесном или квазиравновесном состоянии» [2].
        Попытаемся оценить, как согласуются эти предпосылки, положенные Козыревым в основу математической теории 50 лет назад, с тем, что на сегодня в астрофизике принимается за классику. При изучении звёзд важную роль играют представления о строении Солнца, которые модифицируются таким образом, чтобы они удовлетворяли фотометрическим и особенно спектральным данным о звёздах. Вследствие разнообразного характера спектральной информации в конечном счёте удаётся найти однозначное решение этой проблемы. К настоящему времени классифицированы спектры более чем миллиона звёзд. Спектральная классификация звёзд была впервые разработана в начале XX века в Гарвардской обсерватории (США), а затем совершенствовалась и уточнялась. Главным признаком при этой классификации является наличие тех или иных спектральных линий и их относительные интенсивности [4].
        При построении теории источников энергии звёзд  Н.А. Козырев исходит именно из спектральной классификации звёзд. С общепринятой в астрофизике точки зрения «Поведение материи внутри звёзд  должно хотя бы приближенно, удовлетворять условиям механического и теплового равновесия. Средние плотности некоторых белых карликов более чем в миллион раз превосходят плотность воды. В дальнейшем теоретически была установлена возможность конфигураций звёздных масс, состоящих из вырожденного газа нейтронов и даже пшеронов. Плотности таких конфигураций должны достигать 1014 - 1015 плотности воды. Однако в течение многих лет такие конфигурации не смогли быть обнаружены. Лишь в 1967 были обнаружены пульсары - объекты, испускающие с периодом переменности, измеряемым в одних случаях секундами, а в других - долями секунды. Имеются серьёзные основания предполагать, что это и есть сверхплотные конфигурации» [4].
        «Вырожденный газ, газ, свойства которого существенно отличаются от свойств классического идеального газа вследствие квантово-механического влияния одинаковых частиц друг на друга. Это взаимное влияние частиц обусловлено не силовыми взаимодействиями, отсутствующими у идеального газа, а тождественностью (неразличимостью) одинаковых частиц в квантовой механике. В результате такого влияния заполнение частицами возможных уровней энергии даже в идеальном газе зависит от наличия на данном уровне других частиц. Поэтому теплоёмкость и давление такого газа иначе зависят от температуры, чем у идеального классического газа; по-другому выражается энтропия, свободная энергия и т.д.
        Вырождение газа наступает при понижении его температуры до некоторого значения, называемого температурой вырождения. Полное вырождение соответствует абсолютному нулю температуры.
        Влияние тождественности частиц сказывается тем существеннее, чем меньше среднее расстояние между частицами r по сравнению с длиной волны де Бройля частиц  λ = h/mv    (m - масса частицы,   v - её скорость,   h - Планка постоянная). Это объясняется тем, что классическая механика применима к движению частиц газа лишь при условии r >> l. Так как скорость частиц газа связана с температурой (чем больше скорость, тем выше температура), то температура вырождения, определяющая границу применимости классической теории, тем выше, чем меньше масса частиц газа и чем больше его плотность (т.е. чем меньше среднее расстояние между частицами). Поэтому температура вырождения особенно велика (порядка 10 000 К) для электронного газа в металлах: масса электронов очень мала (~ 1027 г), а их плотность в металлах очень велика (1022 электронов в 1 см3). Электронный газ в металлах вырожден при всех температурах, при которых металл остаётся в твёрдом состоянии.
        Для обычных атомных и молекулярных газов температура вырождения близка к абсолютному нулю, так что такой газ практически всегда ведёт себя как классический (при таких низких температурах все вещества находятся в твёрдом состоянии, кроме гелия, являющегося квантовой жидкостью при сколь угодно близких к абсолютному нулю температурах)» [5].
        Это мало чем отличается от утверждения Козырева: «В системе близкой к равновесию случайные изменения относительных вращений в её различных частях могут вести только к увеличению полной энергии. Поэтому может оказаться невозможным успокоение системы, то есть исчезновение кинетических энергий её отдельных частей» [2, 3]. Из таких предпосылок Козырев строит два основных уравнения, при помощи которых и осуществляется математическая формулировка этой задачи.
        Однако из этого обстоятельства Козырев делает вывод: «В результате система, находящаяся вблизи равновесия, станет машиной, производящей энергию. Такого рода системами, вероятно, и являются звёзды» [3]. Как видно из проведенного анализа предпосылок Козырева, положенных в основу математической по сути работы «Источники звёздной энергии и теория внутреннего строения звёзд», эти предпосылки находятся в полном согласовании со взглядами на эту проблему современной астрофизики. Тем более не могут вызывать сомнений результаты чисто математического  решения. Единственное, что вызывало непонимание в среде астрофизиков, увлечённых идеей термоядерных реакций внутри звёзд, это толкование физического смысла полученных решений.
        Козырев никогда не стоял догматично на толковании полученных результатов. Теория всегда исходит из известных природных проявлений описываемого явления природы в виде процесса. Эти проявления он применяет в качестве аргументов исследуемого процесса, по ним строит функциональную зависимость и находит полную функцию проявлений описываемого явления природы. Козырев просто не видит другой интерпретации полученных результатов. Он констатирует факт, математически получаемый из анализа наблюдательных материалов: «С точки зрения теории строения звёзд полученные выводы очень странны и неожиданны. Но они подтверждают наш основной тезис, что в Мире непрерывно действуют причины, мешающие переходу в равновесное состояние. Теперь можно сказать, что это положение распространяется на отдельные астрономические тела. Геологам уже сравнительно давно стало ясным, что жизнь Земли идет в непрерывной борьбе сжатия с расширениями. Эта борьба приводит к цикличности орогенеза, чередующегося с эпохами сравнительного тектонического покоя, когда начинают преобладать обычные силы сжатия. Для объяснения трещин и других особенностей лунного рельефа (например, знаменитой долины в Альпах) мы должны признать, что даже такое малое тело, как Луна, было неоднократно подвержено преобладающему действию этих непонятных причин, приводивших к его временному расширению. Поразительно также сходство этих процессов с циклическими изменениями ряда переменных звёзд. Таким образом, наши общие соображения о существовании причин, препятствующих деградации Мира, получили замечательное подтверждение. Кроме того мы убедились, что в отдельных астрономических телах сопротивление к переходу в равновесное состояние осуществляется выделением энергии. Таким образом сделан следующий важный шаг: неправильность следствий второго начала связана с неточной формулировкой первого начала термодинамики» [3].
        Математически Козыревым был получен непонятный результат, основанный на обработке наблюдений не одного поколения астрофизиков: «Огромная потеря энергии, происходящая на поверхности звезды, соответствует очень небольшому расходу, отнесённому к единице массы звезды. Так, например, для соблюдения теплового баланса каждый грамм вещества внутри Солнца должен выделять только 1,9 эрга в секунду» [3]. Этот вопрос был поставлен в докторской диссертации Козырева, а значит научной общественностью признан, как правомочный. Ответ на этот вопрос не найден и сегодня. Отсутствие следов термоядерных реакций на Солнце и звездах требуют более широкого взгляда на существо, поставленного Козыревым вопроса.
        Козырев не останавливается на этом. Ещё до начала Космической эры он делает смелое заявление: «Кроме того мы убедились, что в отдельных астрономических телах сопротивление к переходу в равновесное состояние осуществляется выделением энергии. Таким образом сделан следующий важный шаг: неправильность следствий второго начала связана с неточной формулировкой первого начала термодинамики» [3]. По сути Козырев говорит о том, что в мире космических объектов должны проходить процессы саморазогрева, даже в небольших телах, таких как спутники планет. Он ищет и находит этому доказательство открытием вулканической деятельности на Луне. Сегодня, когда космические аппараты доставили информацию с окраин солнечной системы, становится удивительным уже не результат математических расчётов Козырева, а нахождение предсказанных им необычных термодинамических процессов там, где их казалось и не должно быть.

        Спутники Юпитера.
        Два из них - Ио и Европа - размером с нашу Луну, а другие два - Ганимед и Каллисто - превзошли ее по диаметру примерно в полтора раза. Каллисто равна по размерам Меркурию, а Ганимед его обогнал.
        Ио - это самый близкий к Юпитеру Галилеевский спутник, он удалён от центра планеты на 422 тыс. километров, т.е. чуть дальше, чем Луна от Земли. Благодаря огромной массе Юпитера период обращения Ио гораздо короче лунного месяца и составляет всего 42,5 ч. Для наблюдателя в телескоп это самый непоседливый спутник: практически каждый день Ио видна на новом месте, перебегая с одной стороны Юпитера на другую. По массе и радиусу (1815 км) Ио похожа на Луну. Самая сенсационная особенность Ио заключается в том, что она вулканически активна! На её жёлто-оранжевой поверхности “Вояджеры” обнаружили 12 действующих вулканов, извергающих султаны высотой до 300 км. Основной выбрасываемый газ - диоксид серы, замерзающий потом на поверхности в виде твёрдого белого вещества. Доминирующим оранжевым цветом спутник обязан соединениям серы. На фотографиях “Вояджеров” видны чёрные озёра и даже целые моря расплавленной серы.  В отличие от земных вулканов, у которых мощные извержения эпизодичны, вулканы на Ио “работают” практически не переставая, хотя активность их может меняться. Вулканы и гейзеры выбрасывают часть вещества в космос. Поэтому вдоль орбиты Ио тянется плазменный шлейф из ионизованных атомов кислорода и серы и нейтральных облаков атомарных натрия и калия, образующих пространственный тор. Открытие действующих вулканов на Ио в 1979 г. было несомненной сенсацией.
        Спустя почти четверть века это явление по-прежнему остается уникальным. И теперь, когда наши знания о природе тел Солнечной системы значительно расширились, Ио считается объектом, обладающим наибольшей внутренней активностью. Полагают, что гравитационные силы, приводящие к возникновению приливной волны в твердом теле спутника, достигающей 100 м, есть энергетический источник, поддерживающий постоянный разогрев недр сравнительно небольшого тела.
        Первая встреча "Галилео" с Ио состоялась почти сразу же после его прибытия в систему Юпитера: 7 декабря 1995 г. он пролетел на расстоянии около 900 км. Впоследствии "Галилео" еще 7 раз сближался с Ио в 1999 - 2002 гг. Изображения поверхности спутника показали, что существуют слишком активные области, вулканические выбросы из которых практически не прекращались 18 лет с тех пор, как их заметили на снимках, сделанных "Вояджерами". Вместе с тем некоторые из эруптивных центров отмечены впервые, а значит являлись молодыми центрами вулканической активности (Земля и Вселенная, 1999, № 1; 2000, № 5; 2001, № 2; 2002, № 6). Тепловые измерения, проведенные бортовыми датчиками "Галилео", показали, что температура некоторых активных областей Ио даже более высокая, чем у действующих вулканов на Земле. По-видимому, выступающая из глубинных резервуаров спутника по трещинам вулканическая лава содержит силикаты с повышенным содержанием магния. Как и раньше, на снимках, полученных с борта "Галилео", наблюдались потоки расплавленной серы, а цветовая окраска этих образований указывала на разные температуры пород при выходе на поверхность.
        Многие наблюдатели замечали нестационарные явления на Луне в районе кратера Альфонс. Н.А. Козырев снял ряд спектрограмм этого кратера, на которых видны линии поглощения углерода в выделяющихся из кратера газах. Доказательством былой тектонической активности служит и знаменитая Прямая Стена в Море Облаков: это 125-километровый уступ высотой 200-300 м, образованный при движении лунных плит, и доставленные американскими астронавтами образцы вулканических пород. Таких откровенных доказательств вулканической активности даже на близкой к нам Луны, Н.А. Козырев не имел. Вулканы на Ио поражают своей убедительностью наличия внутри малых планет неизвестных источников внутреннего разогрева.


Рис.1. Вулканические извержения на Ио.
Момент вулканических извержений из двух эруптивных центров на Ио, зафиксированный "Галилео" 28 июня 1997 г. с расстояния около 600 тыс. км. Один выброс, высотой около 140 км, виден на лимбе спутника слева (на правом верхнем снимке показан его увеличенный фрагмент). Другой находится приблизительно в центре видимого диска Ио (на правом нижнем снимке - увеличенный фрагмент этой области). Высота "фонтана" - около 75 км, справа от эруптивного центра видна тень извержения. Фото JPL/NASA.













































Рис. 2. Два снимка Ио с происходящими там извержениями вулканов.
На нижнем снимке зафиксирован момент выхода на поверхность Ио раскаленной лавы - яркая желто-красная полоса вдоль трещины (единица измерения 50 км). Снимок получен "Галилео" 22 февраля 2000 г.

        По относительной распространенности вулканизм на Ио примерно в 100 раз превышает современный вулканизм Земли. Изображения, переданные "Галилео", продемонстрировали глобальные изменения вида поверхности за сравнительно небольшие сроки. Например, было замечено, что всего лишь за четыре месяца площадь около 300 тыс. км2, сравнимая с размерами штата Аризона в США, полностью покрылась выбросами из ближайшего вулкана. Состав и свойства горячих лав Ио могут быть сходны с продуктами вулканизма, существовавшего на Земле более 3 млрд. лет назад. Таких лавовых потоков, очевидных для всех, Козырев на Луне не наблюдал, он делал вывод по тончайшим спектральным наблюдениям, смысл которых понятен только специалистам.
        Геологическая история Европы не имеет ничего общего с историей соседних спутников. Это одно из самых гладких твёрдых тел в Солнечной системе. На Европе нет возвышенностей более 100 м высотой. Вся её молодая ледяная поверхность покрыта сетью светлых и тёмных узких полос огромной протяжённости. Тёмные полосы длиной в тысячи километров - это следы глобальной системы трещин (рис.3). Ледяная кора довольно подвижна и неоднократно раскалывалась от внутренних напряжений и крупномасштабных тектонических процессов.
 




























Рис 3. Снимок поверхности Европы.
Комбинированный снимок поверхности Европы. Небольшой участок ледяной коры показан в увеличенном виде на врезке (масштабная единица 50 км). Видны ледяные поля, дрейфующие по поверхности подледного океана, глубина которого, возможно, более 100 км. Фото JPL/NASA.

        До "Галилео" основные сведения о Европе сводились к тому, что это спутник преимущественно ледяного состава с необычно гладкой поверхностью, разрезанной сетью тонких трещин. Снимки с высоким разрешением, полученные в течение "года Европы", коренным образом изменили представление о характере его поверхности и природе. Отколовшиеся льдины размером с город дрейфовали в открытой воде вроде огромных айсбергов полярных морей Земли. Когда лагуны замерзали, начинали образовываться торосы. Множество наползавших друг на друга ледяных полей раскрывают историю появления огромных структур. Вырвавшаяся на поверхность вода замерзала в виде абсолютно гладких, как каток, ледяных полей, которые особенно выделяются среди громоздящихся друг на друга растрескавшихся льдин. Эти феерические картины дополняются куполами всплывавшего над поверхностью материала с более высокой температурой (Земля и Вселенная, 2000, № 3; 2002, № 4).
        Судя по некоторым морфологическим образованиям на поверхности спутника, можно предположить, что в отдельных районах хрупкий слой литосферы не превышает всего лишь 2 км. С другой стороны, выделяемое за счет приливного механизма тепло недостаточно для разогрева существующей массы льда. Зарегистрированные поля температурных аномалий - вероятно, выходы потоков внутренней тепловой энергии. Поэтому некоторые специалисты предлагают модель конвективного выноса тепла из разогретых недр Европы. Маленькая планета борется с остыванием и смертью неведомыми «противоположными процессами, которые могут быть названы процессами жизни, если употреблять это слово в самом широком его смысле» [3].
        Ганимед - крупнейший спутник планеты в Солнечной системе, его радиус 2631 км. Он вращается на расстоянии 1,07 млн. километров от Юпитера. 40% поверхности Ганимеда представляют собой древнюю мощную ледяную кору, покрытую многочисленными метеоритными кратерами. Эта кора была частично разломана и обновлена активными геологическими процессами примерно 3,5 млрд. лет назад. Те же процессы породили странные области, покрытые бороздами; они занимают остальные 60% площади Ганимеда.

        Спутники Сатурна.
        Общее число их, включая ряд малых спутников, составляет 47 (на 2005 год), которые названы в честь героев античных мифов о титанах и гигантах. Почти все эти космические тела светлые и состоят преимущественно из водяного льда. Их плотность 1200-1400 кг/куб.м (за исключением Титана). У наиболее крупных спутников формируется внутреннее каменистое ядро.
        Энцелад. Источник геологической активности на Энцеладе по-прежнему остается тайной. «Мы были поражены, увидев ледяные гейзеры в этом мире, который давно уже должен был стать холодным и мертвым. Какой-то неведомый процесс интенсивно разогревает внутренности Энцелада, особенно район его южного полюса, и вызывает выбросы факелов из ледяных частиц», - так комментирует ход исследований доктор Дэйл Круйкшанк (Dale Cruikshank) из Исследовательского центра NASA имени Эймса (NASA Ames Research center), участвовавший в работе научной группы, отвечающей за обработку результатов оптической и инфракрасной спектрометрии.
        Нужно, впрочем, отметить, что из-за небольших размеров Энцелада (диаметр спутника составляет только 500 км) его гипотетический глубинный источник, по мнению ряда ученых, не может длительное время выделять большое количество тепла. Тем не менее в пользу наличия вулканов на спутнике говорит и то обстоятельство, что атмосфера Энцелада постоянно пополняется. Энцелад (диаметр 500 км, радиус орбиты 238 тыс. километров) отражает практически 100% падающего на него света. Это самое светлое тело Солнечной системы, вероятно, покрытое тонким сплошным слоем молодого инея.
        Энцелад - наиболее геологически активный спутник Сатурна. На нём могут быть водные вулканы (гейзеры), которые обновляют иней на поверхности и служат источником вещества для разреженного пылевого кольца вдоль орбиты спутника. Энергетический источник вулканической и геологической активности Энцелада неизвестен.
        На  снимке (рис.4) показаны "Фонтаны Энцелада" - потоки из водяного пара, который вырывается из-под поверхности спутника и уносит множество мелких частичек льда. Потоки пара и льда выбрасываются на высоту до 500 км над поверхностью Энцелада. Эта величина примерно равна поперечнику этого спутника Сатурна. Таким образом, собранные данные "Кассини" подтверждают, что Энцелад геологически активен.

















         Рис.4. "Фонтаны Энцелада".

        Это изображение, переданное "Кассини", неожиданно, на  картине инфракрасного спектрометра наблюдается высокая температурная радиация из южного полюса Энцелада (рис.5). Есть экстремальное выделение температуры, сосредоточенное на полюсе, которое является признаком внутренней высокой температуры, просачивающейся из ледяной луны. Данные были приняты 14 июля 2005. Базируясь на данных от предыдущих  пролетов, которые не показывали южный полюс, предполагалось, что южный полюс будет очень холоден, как показано в левой картине (группе).


















Рис.5.  Карта температуры Энцелада.

        Энцелад - один из самых холодных объектов в системе Сатурна, потому что его чрезвычайно яркая поверхность отражает 80 процентов солнечного света, который достигает до объекта, и только 20 идут для нагрева его поверхности. Как на Земле, полюса должны быть еще более холодными, чем экватор, потому что Солнце сияет и там под таким же углом наклона.  Экваториальные температуры составляют приблизительно 80 градусов Кельвина, но Южный полюс занят четкой теплой областью, достигающей 85 Кельвина.  Это на 15 градусов теплее, чем ожидалось. Сложные инфракрасные данные спектрометра далее показывают, что отдельные небольшие области у полюса - еще с  более высокими температурами, достигая более чем 110 градусов Кельвина. Напыление этого относительно теплого льда, вероятно, производит облако водяного пара, обнаруженного "Кассини" выше южного полюса Энцелада, с помощью других инструментов.
        Природу южной полярной температуры очень трудно объяснить, - является ли солнечный свет единственным источником энергии нагревания поверхности (хотя экзотические механизмы, заманивающие в ловушку солнечный свет, еще не были полностью исключены). Поэтому кажется вероятным, что отдельные части полярной области нагреты до высокой температуры энергией, исходящей из интерьера недр луны.  Энцелад представляется третьим твердым объектом в Солнечной системе после Земли и Ио - вулканической луны Юпитера, где были обнаружены точки высокой внутренней температуры.
        Июнь 19, 2005. Возможный вулкан на Титане.
  Нечто, что напоминает вулкан на поверхности Титана, который может вносить вклад в метановую атмосферу луны Сатурна. Космический корабль НАСА "Кассини" отобразил исследуемую область в инфракрасном виде во время пролета мимо Титана 26 октября 2004 года (рис.6). Вулкан имеет диаметр приблизительно 30 км в поперечнике и, кажется, создан перекрывающимися потоками лавы. В его центре находится объект, который ясно напоминает кальдеру обычного вулкана. В центре предполагаемого вулкана на снимках наблюдается тёмная область, напоминающая кратер. Учёные полагают, что этот вулкан время от времени выбрасывает в атмосферу смесь водо-метанового льда и других углеводородных соединений. Теоретический источник тепловой энергии вынуждает эти вещества подниматься из глубин к поверхности и испаряться, таким образом, поставляя метан в атмосферу спутника. Инфракрасные снимки, сделанные аппаратом "Кассини" в ходе очередного сближения с поверхностью Титана, демонстрируют нечто, чрезвычайно напоминающее вулкан.






















Рис.6. Титан.













Рис.7. Снимки, сделанные аппаратом "Кассини"
       Вулкан - в правом верхнем углу (рис.7). На снимках видна округлая область диаметром приблизительно в 30 км, не похожая ни на что из наблюдавшегося на поверхности других ледяных спутников Сатурна. Изучив снимки учёные пришли к мнению, что это может быть т.н. ледяной вулкан, который, предположительно, и является одним из источников метана в атмосфере спутника.
        Рея (диаметр 1530 км, радиус орбиты 527 тыс. километров) - густократерированное тело, второй по размерам (после Титана) спутник Сатурна. Рея менее геологически активна, чем Диона, на поверхности которой заметны деформации коры. Открыта Дж. Д. Кассини в 1672 году.

        Спутники Урана.
        У Урана сейчас известно 15 спутников. Наиболее крупные из них Миранда, Ариэль, Умбриэль, Титания и Оберон были открыты задолго до запуска космических аппаратов. Титания и Оберон с радиусами 1586 км и 1546 км соответственно, были открыты еще в 1787 году. "Вояджер-2" к этому списку добавил еще 10 спутников. Правда размеры их невелики и составляют всего 50-80 км (кроме спутника Пак с диаметром 170-180 км). Система спутников очень компактная. Периоды обращения их вокруг Урана от 0,33 сут (Корделия) до 15,5 сут (Оберон). Средние плотности спутников близки к 1,4 г/см3, что говорит о том, что на 60% они состоят из водяного льда.

        Спутник Нептуна.
        Не менее, а возможно, еще более экзотическим и загадочным примером может служить вулканическая активность спутника Нептуна - Тритона. Для обозначения этих процессов пришлось ввести специальный экзотический термин - криовулканизм, т.е. вулканизм при низких температурах. Внешние проявления криовулканизма потрясают воображение: из поверхности, покрытой замерзшим азотом и имеющей температуру около 38 К, выбивается гейзер высотой около 8 км при толщине столба выброса от 20 м до 2 км




















Рис.8. Тритон.
    На снимке (рис.8), сделанном космическим аппаратом "Вояджер-2" в 1989 г. во время пролета системы Нептуна, были зафиксированы два действующих извержения. Выбросы развеивались ветром с востока на запад на значительное расстояние (более 100 км) и, осаждаясь на поверхность, оставляли следы в виде протяженных темных полос-шлейфов. По таким шлейфам в южной полярной области спутника было отождествлено еще около 50 ранее действовавших извержений. Тритон имеет диаметр около 2700 км и его средняя плотность составляет 2,0 г/см3. По массе спутник состоит на 70% из силикатов и на 30% изо льдов, в состав которых входят N2, CO и CH4. Для объяснения криовулканизма, наблюдаемого на Тритоне, предложено несколько механизмов, включая и описанный выше приливной разогрев. Предполагают также, что криовулканические процессы имеют приповерхностный источник энергии, когда при многослойной структуре верхних слоев льда в одном из слоев происходит аккумуляция слабого здесь солнечного тепла. Постепенно накапливаясь, внутреннее давление достигает уровня, достаточного для гигантского выброса. Какова природа криовулканизма в действительности, еще предстоит решить. Тритон самый большой спутник Нептуна. Радиус Тритона 1350 км - на 22 % меньше Луны. Он вращается в противоположную сторону, нежели Нептун и остальные его спутники.
        Тритон имеет самую холодную поверхность из известных в Солнечной системе - 39 градусов Кельвина. Азот при такой температуре замерзает, и поверхность Тритона покрыта азотным льдом - единственный известный объект такого рода. Розоватые отложения, составляющие огромную южную полярную шапку, как полагают, состоят из метанового льда, который под действием солнечного света розовеет. Темные полосы поверх розоватого льда могут быть углеродно-ледяной пылью, выбрасываемой огромными плюмажами гейзероподобных выбросов, некоторые их которых наблюдались "Вояджером-2" в действии. Зеленоватые области включают образования неизвестного происхождения, а также "криовулканические" ландшафты, образованные холодными жидкостями, извергающимися из недр Тритона.                                                                                                                                                                

        Результаты, получаемые современными способами с помощью космических аппаратов, не менее странны и неожиданны, чем теоретические выводы, сделанные Н.А. Козыревым из математической обработки результатов астрономических наблюдений 50 лет назад: на Плутон странным образом возвращается лето, несмотря на то, что он находится сейчас на удаленной от Солнца части своей вытянутой орбиты и продолжает удаляться от светила. Об этом сообщает Space.com. Астрономы предполагают, что средняя поверхностная температура увеличилась приблизительно на  2 градуса Цельсия, но при низких температурах это очень много. Заключение основано на данных с земных телескопов, полученных в ходе прохождения Плутона перед отдаленной звездой. Атмосферное давление на планете выросло в три раза по сравнению с тем, что было 14 лет назад, указывая на абсолютный подъем температуры, не связанный с обычными для других планет сезонами, смена которых в различных полушариях вызванная наклоном оси вращения небесного тела к плоскости его орбиты.
        Подобно Юпитеру и Сатурну, Нептун имеет внутренний источник тепла - он излучает более чем в два с половиной раза больше энергии, нежели получает от Солнца.
        Почему Уран, «лежащий на боку», не излучает больше тепла, чем он получает от Солнца, как другие газовые планеты?
        Джеймс Эллиот (James Elliot) из Массачусетского технологического института, координатор группы астрономов, намекнул на возможность другого фактора странного нагревания Плутона. Он сравнил Плутон с Тритоном, луной Нептуна. Оба имеют атмосферу, состоящую в основном из азота. В 1997 году Тритон также заслонял звезду и астрономы обнаружили, что его атмосфера заметно разогрета по сравнению с предыдущими наблюдениями, сделанными в 1989 в ходе полета космического аппарата "Вояджер" (Voyager), посетившего орбиту Нептуна. "Вояджер" собственно и обнаружил на поверхности Тритона следы  вулканической деятельности. Но говорить с уверенностью о том, что разогрев атмосферы Плутона - результат именно вулканической активности, пока рано.
        Удовлетворительного объяснения тому обстоятельству, что крошечный Энцелад (поперечник которого составляет около 500 километров) некогда был столь горяч, что плавился, дать никто не может. Энцелад вряд ли может содержать достаточное количество радиоактивных материалов, чтобы разогреваться за их счет, его орбита недостаточно эксцентрична для того, чтобы нагрев объяснить приливно-отливными взаимодействиями с планетой-гигантом.
        Для цикла Карно термический к.п.д. определяется только разностью температур  нагревателя и холодильника η = (Т1 - Т2)/Т1. Цикл Карно - идеальная машина, и работа ее максимальна. Работа реальной машины со всевозможными потерями заведомо меньше. Карно теоретически понадобилось создать некую идеальную тепловую машину, способную давать максимум движущей силы. По аналогии с механикой, где идеальная машина отличается от реальной отсутствием потерь, например, из-за трения, Карно предложил свою интерпретацию "трения" в тепловой машине. В механической машине на трение расходуется часть полезной работы. В тепловой - "бесполезно тратится теплород", когда два тела разной температуры приводятся в соприкосновение и тепло просто перетекает от более теплого тела к более холодному, не совершая никакой работы. Если подобной ситуации избежать, то, превратив теплоту в движение или механическую работу (что, по существу, одно и то же), можно использовать полученное движение и снова превратить его в теплоту, действуя так столько раз, сколько заблагорассудится. Этот процесс он назвал обратимым. Если удастся добиться, чтобы на любом, самом маленьком участке полного цикла процесс был обратимым, будет создана идеальная тепловая машина, т.е. машина без потерь.
        Рассматривая физический смысл теоретически полученных результатов в работе «Источники звёздной энергии и теория внутреннего строения звёзд» Козырев предполагает совершенно иную ситуацию. Он рассматривает во Вселенной не  просто перераспределение энергии, а предполагает наличие во Вселенной источников, снабжающих ее энергией: «Так как возраст звезд значительно больше времени охлаждения, мы должны признать, что, теряя энергию и сжимаясь, звезда вызывает некоторые процессы, компенсирующие эту потерю энергии. Приходится заключить, что звёзды представляют собой машину, вырабатывающую энергию». Открытие такого факта требует пересмотра самого понимания основ строения мира. Если ранее в рамках термодинамики Карно в мире предполагалось только перераспределение энергии, полученной неизвестно откуда при первичном взрыве, и этот процесс рано или поздно должен был закончиться тепловой смертью Вселенной, то при наличии источников энергии ситуация коренным образом меняется.  Меняется сам взгляд на строение Вселенной и действие её основных законов. Козырев отлично понимает создающуюся ситуацию: «Дело в том, что изменения второго начала едва ли возможны  при сохранении первого начала термодинамики. Поэтому можно думать, что, решив задачу о природе звездной энергии, мы найдем ключ к пониманию важнейших явлений звездного Мира. В звездах происходят сильные нерегулярные процессы, но общие характеристики звезд, как например, радиус, масса, светимость, степень сжатия от вращения и т.п. должны давать соотношения, зависящие только от главнейших причин».
        В теории информации введена отрицательная энтропия (негэнтроприя - Л. Бриллюэн, Р. Хартри, Л. Сциллард, К. Шеннон и др. И. Пригожину присуждена нобелевская премия за 1977 г. за доказательство существования устойчивых структур (в химии, биологии) с отрицательной энтропией [6].
        Разве фонтаны Энцелада это ещё не повод, чтобы задуматься над наблюдаемым фактом, говорящим, что первое начало термодинамики замечательно работает для тепловых машин, но не применимо для всей Вселенной, где очевидно действует предсказание Козырева: «Этот Мир может бороться со смертью противоположными процессами, которые могут быть названы процессами жизни, если употреблять это слово в самом широком его смысле» [3].


        Литература:

1. Велихов Е.П., Путвинский С.В. «Термоядерная энергетика статус и роль в долгосрочной перспективе». Доклад от 22.10.1999, выполненный в рамках Energy Center of the World Fede.
2. Козырев Н.А.«Источники звёздной энергии и теория внутреннего строения звёзд». Изв. Крымской астрофизической обсерватории, т. 2, 1947. С. 3-43.
3. Козырев Н.А. Причинная или несимметричная механика в линейном приближении. Пулково, 1958.
4. http://www.booksite.ru/fulltext/1/001/008/078/797.htm Астрофизика.
http://www.booksite.ru/fulltext/1/001/008/007/444.htm Вырожденный газ.
6. Седов Л.И. «Методы подобия и размерности в механике». М., ГИТ–ТЛ, 1954.
7. http://www.atlasaerospace.net/eng/newsi-r.htm?id=2095&printversion=1 Saturn's Moon Enceladus.
8. http://grani.ru/Society/Science/m.11672.html Вулканы на Титане.
9. http://grani.ru/Society/Science/m.88440.html Карта температуры Энцелада.

Зныкин П.А. Рукопись, 3 января 2006 года.

Впервые опубликовано 06.01.2006 г. на сайте Veinik.ru

СтатьиГлавная.

 



Hosted by uCoz