Химический состав вещества во Вселенной

Для понимания структуры и эволюции Вселенной очень важен во­прос о химическом составе вещества во Вселенной.

Как известно, всякое вещество состоит из атомов. В естественном виде на Земле встречается около 90 разных видов атомов; кроме того, несколько новых видов атомов получено искусственно. Вещество, образованное атомами только одного какого-нибудь вида, называется элементом. Атомы большинства элементов способны объединяться друг с другом или с атомами других элементов, образуя молекулы; конкретные законы такого объединения являются предметом изучения химии. Любое вещественное образование — от самого твердого (алмаза) до газообразного, от органических соединений тела человека до отдаленнейших галактик — представляет собой различные ком­бинации тех же основных элементов.

Простейший элемент — водород. Его атом состоит всего из двух частиц — электрона и протона. Следующий простейший элемент — гелий, каждый атом которого содержит шесть частиц: два протона и два нейтрона, расположенные в центре, образуют ядро, а два электро­на, связанные с ядром электрическим притяжением, вращаются вокруг него по орбитам. Основные различия между атомами обусловле­ны разным количеством протонов в их ядрах. Сейчас известны все атомы, ядра которых содержат от 1 до 92 протонов. Самым сложным из существующих в природе элементов является уран; ядро его атома включает 92 протона и около 140 нейтронов, а вокруг него обраща­ются 92 электрона. Элементы, имеющие в ядре более 92 протонов и полученные искусственным путем (например, нептуний и плутоний), неустойчивы (радиоактивны) и довольно быстро распадаются. Поэ­тому они не были найдены на Земле в естественном виде.

При спектроскопическом исследовании астрономических объек­тов во всей доступной нам Вселенной обнаруживаются одни и те же элементы. Однако относительная распространенность элементов, присущих Земле, не характерна для других частей Вселенной. Так, около 90% всех атомов во Вселенной — атомы водорода; остальные — главным образом атомы гелия. Более тяжелые атомы, которые обычны для нашей планеты Земля, составляют во Вселенной лишь ни­чтожно малую часть. Ясно, что Земля сформировалась в особенных условиях, не характерных для среднестатистического распростране­ния элементов во Вселенной, что вначале во Вселенной не было сложных атомов, но впоследствии образовался какой-то способ синтеза сложных элементов из более легких и простых. Когда и как образовалась такая «фабрика» химических элементов — одна из цент­ральных проблем современного естествознания, лежащая на «стыке» астрономии, химии и физики.