Юрий Фиалков - Свет невидимого

Самая главная проблема, которая нынче стоит перед космохимиками (появилась уже такая специальность!), — химический состав далеких миров. Чтобы получить ответ на этот вопрос, и посылаются космические автоматы на Луну, Венеру и Марс, ради этого экспедиции, высаживаясь на Луну, прежде всего приступали к сбору образцов лунных пород.

Нет, новых химических элементов в этих образцах не нашли, да и не предполагали отыскать. Но вот атомной массой элементов, входящих в состав лунных, венерианских и марсианских пород, интересовались, и весьма сильно. И уж совсем жгучий интерес вызывала атомная масса тяжелых элементов: таллия, свинца, висмута — последних устойчивых элементов из числа тех, что замыкают Менделеевскую таблицу. За висмутом следуют элементы, которые не имеют ни одного стабильного изотопа, а распадаются с большей или меньшей скоростью.

Радиоактивные элементы, замыкающие Периодическую систему, испускают три вида радиоактивных лучей: альфа, бета и гамма. Альфа-частицы — это ядра атомов гелия, бета-частицы — электроны, гамма-лучи — излучение, подобное рентгеновому, только с иной длиной волны. Впрочем, я начинаю пересказывать школьный учебник физики, где об этом написано подробнее и обстоятельнее.

Очевидно, что при радиоактивном распаде масса ядра изменяется лишь в случае выбрасывания альфа-частиц; бета-частица обладает такой ничтожной массой, что уход ее из ядра практически не сказывается на его массе. Вот почему если при радиоактивном распаде изменяется масса ядра, то всегда на одну и ту же величину: 4 единицы атомной массы — именно такова масса альфа-частицы, выраженная в атомных единицах.

Теперь понятно, что если какой-то радиоактивный изотоп имеет атомную массу, которая без остатка делится на 4, то и все продукты его распада также будут без остатка делиться на 4. Если же изотоп при делении на 4 дает в остатке, скажем, 3, то эта тройка неизбежно будет «сидеть» в остатке при делении на 4 атомной массы всех продуктов радиоактивного распада этого элемента.

Вот вам и отличительная классификация радиоактивных элементов: элементы, которые делятся на 4 без остатка, которые при делении на 4 дают в остатке 1, 2 и, наконец, 3. Всего четыре семейства.

Раз классификация создана, надо все разложить по полочкам. Вот полочка «безостаточных» радиоактивных элементов. Здесь расположились торий-232, радий-228 и другие. На полочке «остаток 3» устроились актиний-227, радий-223. На полочке «остаток 2» скопились торий-230, уран-238, радий-226, полоний-210 — словом, много, очень много изотопов. На полочке «остаток 1»… ни одного. Ни одного!

Ну что ж, нет так нет. Почему-то природе не захотелось создавать радиоактивные изотопы с таким атомным весом, который при делении на 4 дает в остатке единицу. Ей, природе, виднее. Наверное, есть какая-то причина.

— Стойте!.. — встрепенулся кто-то из физиков (а может, и химиков). — А как же висмут-209?

— И впрямь, а как же висмут? — удивились остальные.

Удивляться здесь было чему. Висмут стоит в конце Периодической системы. И ни у кого никогда не возникало сомнений, что этот элемент так же, как и его сосед свинец, образовался из более тяжелых радиоактивных элементов.

А раз так, то где же тогда предки висмута-209? Где те неизвестные элементы, которые при делении на 4 давали в остатке единицу? Ведь не возник же висмут-209 из ничего?

Видите, какой шквал вопросов. И все из-за какой-то единицы, да еще в остатке.

Ответ на все эти вопросы был один:

— По всей видимости, предок висмута-209 существовал, но успел уже распасться.

— Кто же мог быть этим предком?

И начался поиск висмутовых пращуров. Отыскать предков 83-го элемента оказалось делом несложным. Впрочем, последний эпитет требует пояснений.

Если бы проблема поиска предков висмута возникла несколькими десятилетиями ранее, то, занимайся ею даже тысяча ученых, все равно у них ничего не получилось бы. А все потому, что основателем рода, в потомки которого вошел висмут, оказался 93-й элемент, нептуний, тот самый нептуний, полученный физиками искусственно — с помощью ядерных реакций.

Когда были синтезированы различные изотопы нептуния (как спокойно ставим мы сегодня рядом эти два слова «синтез» и «элемент» («изотоп»); а ведь еще несколько десятилетий назад это сочетание звучало ничуть не менее романтично, чем сегодня «Полет на Марс»), выяснилось, что самый долгоживущий изотоп этого элемента, нептуний-237, имеет период полураспада 150 тысяч лет — срок, быть может, почтенный для истории человечества, но для истории Земли — миг, не более. А 237, заметим, как раз число, которое при делении на 4 дает в остатке долгожданную единицу.

Далее все было просто. Узнав об основателе рода, специалисты быстро отыскали промежуточных между нептунием и висмутом родственников, кстати, давно и хорошо известные им радиоактивные изотопы, самый долгоживущий из которых имеет период полураспада всего 7500 лет, то есть он вовсе не мог сохраниться в древних горных породах и минералах.

Что ни говорите, а интересно — по величине атомной массы столь обыденного (для химиков, разумеется) висмута ученые с бесспорностью устанавливают, что в отдаленные геологические эпохи перечень естественных элементов Периодической системы завершался не № 92 — ураном, а, по крайней мере, № 93 — нептунием. Таким образом, число химических элементов на планете может быть мерой ее возраста. Как видим, природа сама придумала для себя своеобразный интересный календарь, о котором мы еще будем говорить в последующих главах.

А сейчас еще раз подивимся мудрости природы, которая существует в движении, беспрерывном движении, изменении и развитии материи в любой ее форме.

Как раз в те мартовские дни 1982 года, когда я просматривал рукопись этой книги перед отправкой в издательство, весь мир был взбудоражен известиями о столь блистательно удавшихся мягких посадках на поверхность нашей соседки по Солнечной системе автоматических станций «Венера-13» и «Венера-14». Автоматические станции сняли цветные панорамы венерианских ландшафтов, а, главное, произвели химический и изотопный анализ компонентов почвы и атмосферы. Больше всего исследователей интересовало содержание и изотопный состав инертных газов, из которых важнейшим для них был, разумеется, аргон. Ответ на этот вопрос мог бы многое прояснить в загадке происхождения планет вообще и Венеры в частности. Так вот, оказалось, что, вопреки земной модели, аргон на Венере в основном состоит не из изотопа-40, а из более легких изотопов. И следовательно, венерианский аргон произошел не из калия.

Ученый, комментировавший этот факт в телевизионной программе «Время», выглядел несколько недоумевавшим, чтобы не сказать растерянным. Похоже, что аргон не оставил давнюю привычку удивлять и озадачивать ученый мир…

В этой книге, посвященной радиоактивности, речь пойдет, конечно, не о радиоизотопных часах — не об устройствах, черпающих энергию для движения часовой и минутной стрелок из энергии радиоактивного распада, а о том, как с помощью радиоактивности ученые сумели восстановить события прошлого, иногда недавнего, иногда очень далекого…

История, с которой начинается эта глава, в свое время была сенсационно известной. Она отмечена многими особенностями, отличающими ее от происшествий подобного рода. Начавшись как детектив высокого накала, она затем быстро сошла со страниц газет и экранов телевидения. Для того же чтобы узнать, чем она завершилась, мне пришлось покопаться в годовых подшивках научных, именно научных, журналов.

В протокольном изложении история выглядит так:

В августе 1957 года чета Ионссонов продала свой дом на окраине Акранеса вместе с прилегающим к нему наделом сыну пастора, молодому Ауздеерсону. Продажу дома старики Ионссоны задумали задолго до описываемых событий: вот уже год, а то и больше, Ионссоны охотно рассказывали каждому, кто соглашался их послушать, что им уже трудно самим обрабатывать землю. Вот и решили Ионссоны скоротать остаток дней в Рейкьявике возле сына и внуков.

В конце августа Ионссоны, увязав нехитрый скарб, уехали в Рейкьявик, где их спустя две недели без труда разыскал полицейский комиссар и, предъявив обвинение в преднамеренном убийстве, отвез в комиссариат и заточил стариков — поодиночке! — в тюремные камеры.

Для столь суровой меры у комиссара основания в общем-то были. После отъезда Ионссонов из Акранеса новый владелец надела решил расширить домик, поскольку в ближайшее время ждал увеличения семьи по меньшей мере на одного члена. Выбрав место для пристройки, он начал долбить мерзлый грунт, чтобы соорудить яму для фундамента, и очень скоро наткнулся на мертвое тело, закопанное примерно метрах в пяти от старого фундамента.