т.3 No 1

63

Глава 2. Гипотеза образования планетной системы (часть I)

2.3. Электрическое поле горячего тела

Гравитационный разогрев вещества при формировании звезды имеет огромные следствия, и первое из них проявляется уже на стадии протозвезды. Оно касается фундаментального физического свойства вещества, которое до сих пор, насколько нам известно, оставалось в тени внимания исследователей.

Как мы выяснили в предыдущем разделе, в центральных областях протозвёздного облака происходит одновременное увеличение давления газа и рост его температуры вплоть до "зажигания" термоядерного котла, что требует, как известно, миллионов градусов температуры и мегапаскалей давления, обеспечиваемых гравитационным сжатием. Из физики мы знаем, что уже при температурах в первые сотни тысяч градусов вещество достигает такого возбуждения, что собственная энергия электронов превосходит способность ядра их удерживать и электроны покидают свои атомы. Более того, этой энергии достаточно, чтобы часть электронов преодолела потенциальный барьер ядра протозвезды и вылетела в оболочку, состоящую преимущественно из нейтрального водорода. Указанный эффект близок по своим свойствам к термоэлектронной эмиссии, но вместе с тем имеет и существенные отличия.

Само по себе "явление термоэлектронной эмиссии можно рассматривать как испарение электронов из эмиттера. При термоэлектронной эмиссии на испарение (эмиссию) термоэлектронов затрачивается теплота, тем большая, чем больше работа выхода эмиттера, аналогичная теплоте испарения атомов и молекул. Равновесие между выходом термоэлектронов из эмиттера и их обратной конденсацией наступает при наличии над поверхностью этого эмиттера электронного газа определённой плотности, аналогичной плотности насыщенного пара при испарении атомов и молекул. Термодинамическое рассмотрение системы: эмиттер - равновесный электронный газ над ним также даёт возможность получить выражение для j(T) (тока эмиссии от температуры - авт.). Это рассмотрение не содержит каких-либо предположений о свойствах электронов внутри эмиттера, но требует знания свойств электронного газа над эмиттером. Если рассматривать этот газ как идеальный (законность этого можно обосновать почти для всех известных эмиттеров), то на основе термодинамики также получают уравнение

(где - средний коэффициент отражения термоэлектронов от границы эмиттер - вакуум; A₀ = 4ek ² m/ h ³ = 120 a/ cm ² *grad ²; m - масса электрона; h - постоянная Планка), из которого видно, что термоэлектронная эмиссия тела при заданной температуре определяется работой выхода и средним коэффициентом прохождения термоэлектронов (1 - ) через границу эмиттер - вакуум; последний близок к 1 и не сильно отличается у различных эмиттеров, поэтому основной характеристикой термокатода является его работа выхода" [7, с. 174].

В протозвезде росту температуры соответствует пропорциональный рост давления. Вначале давление компактизует атомы за счет плотной упаковки, а затем - за счет выдавливания электронов с орбит. Таким образом, само гравитационное сжатие выполняет роль внешнего потенциала, облегчающего выход термоэлектронов. При этом вышеприведенная закономерность в целом сохраняет свою справедливость. Иными словами, процессу эмиссии электронов из ядра протозвезды способствует своеобразная гравитационная дифференциация массы, но на уровне протонов и электронов. Причём доля электронов, способных покинуть цетральную область протозвезды, увеличивается с ростом температуры по экспоненциальному закону - а значит, можно утверждать, что перед зажиганием термоядерного котла, в ядре протозвезды остаётся очень незначительная часть электронов. Большая их часть выталкивается во внешние области протозвезды. Это означает, что на некотором этапе перед вспышкой первоначально нейтральное вещество материнского газово-пылевого комплекса активно электрически расслаивается, формируя центральную положительно заряженную область и окружающее её отрицательно заряженное облако внешнего кокона. И действительно, Шкловский многократно подчеркивает, что колыбелью протозвезд являются облака нейтрального водорода, а когда протозвезда сформировалась, она окружена водородом ионизованным.

Явление ионизации вещества звезд установил еще Пикеринг [8, с. 92] при исследовании спектров Кормы. Причем Бор [9, с. 92- 93], проводя сравнение этого исследования с лабораторными опытами Фаулера по исследованию смеси водорода и гелия в вакуумных трубках [10], вывел предположение, что если Фаулер получил частично ионизованный газ, то Пикеринг наблюдал полностью ионизованный гелий, т.е. природа приложила к газу Кормы на порядки большую энергию, чем удалось достичь в лаборатории с помощью сильного разряда. Теперь мы видим, что в звезде происходит поистине грандиозное перераспределение энергии, способное обеспечить такую ионизацию. Примером подобного разделения зарядов может служить уже не раз упомянутое созвездие Змееносца, где Шкловский отмечает отсутствие сколько-нибудь протяженных областей ионизованного водорода [1, с.95], - т.е. там, где гравитационный разогрев еще невелик, молекулярное облако еще не претерпело ионизацию. В то же время, у всех вспыхнувших звезд Шкловский отмечает сильно ионизованную атмосферу, и мы видим, что на рис. 2.8.5 и 2.8.6 звезда показана в окружении ионизованного водорода.