Водород, самый легкий и простой из элементов, целиком образовался во время Большого взрыва. Он решительно преобладает над всеми 94 элементами, которые мы находим в природе. Из каждых трех атомов человеческого тела два – атомы водорода.
Девять десятых всех атомов во Вселенной – атомы водорода. В раскаленном огненном ядре Солнца каждую секунду сталкивается 4,5 миллиарда тонн быстро движущихся водородных атомов. Эти столкновения и обеспечивают энергию свечения Солнца.
Гелий должен быть вам знаком по дням рождения – им надувают шарики. Гелий почти такой же легкий и летучий, как водород. Но водород, как я уже говорил, страшно легко взрывается. Шарики, наполненные водородом, использовать на детском дне рождения никто бы не позволил.
Стоило бы поднести такой шарик к свечке на торте – и некому было бы получать подарки. Поэтому мы надуваем шарики гелием, потом всасываем в себя этот газ и начинаем пищать голосом Микки Мауса.
Гелий – второй по простоте и по распространенности во Вселенной элемент. Как и водород, гелий появился при Большом взрыве. Но он образуется и в звездах. Его, конечно, гораздо меньше, чем водорода, но все-таки вчетверо больше, чем всех остальных элементов во Вселенной, вместе взятых.
С тремя протонами в ядре, литий – третий по простоте элемент во Вселенной. Как водород и гелий, литий образовался при Большом взрыве. Теперь именно литий помогает ученым удостовериться, что теория Большого взрыва правильна. Ведь в соответствии с этой моделью в любой части Вселенной не более чем один из каждых ста атомов должен быть атомом лития.
И никто еще не нашел галактики, в которой этот предел был бы превзойден. Такое совпадение наших предсказаний с тем, что мы видим в телескопы, – еще одно подтверждение того, что Вселенная и правда родилась так, как мы думаем.
Элемент углерод можно встретить почти везде. Углерод образуется внутри звезд, выносится из их недр на поверхность, а потом выбрасывается в окружающее пространство и распространяется по всей галактике. Из углерода можно образовать больше молекул, чем чуть ли не из любого другого элемента. Это один из главных ингредиентов жизни в той форме, в какой мы ее знаем – от микроскопических растений и жучков до огромных слонов или, скажем, до поп-звезд. Например, Селена Гомес[7] – это форма жизни на углеродной основе.
Но что, если есть и другие формы жизни, неизвестные нам? Что, если в космосе существуют инопланетные формы жизни, построенные не из углерода и кислорода, а на какой-то другой основе? Может, жизнь могла бы строиться на базе элемента кремния? Писатели-фантасты любят сочинять истории о кремниевых созданиях. Экзобиологи, ученые, которые пытаются понять, как может выглядеть жизнь на других планетах, уже рассматривали и эту возможность. Но все-таки в конечном счете мы предполагаем, что большинство форм жизни будет связано именно с углеродом – ведь его во Вселенной намного больше, чем кремния.
Алюминий составляет довольно большую долю земной коры, толстой твердой оболочки вокруг расплавленного центра нашей планеты. Древние не знали алюминия. Лично я очень его люблю, потому что из полированного алюминия делают великолепные астрономические зеркала. Такое зеркало – главная деталь телескопа, оно позволяет фокусировать свет и получать увеличенные оптические изображения, а это дает астрофизикам возможность лучше видеть далекие небесные тела. Почти все зеркала современных телескопов покрыты алюминием.
Другой тяжелый элемент, титан, получил название от могучих титанов из древнегреческих мифов. Титан более чем вдвое прочнее алюминия. Он используется в военных самолетах, из него делают протезы – искусственные руки и ноги и еще стики – клюшки для игры в лакросс[8]. Астрофизикам этот элемент тоже хорошо знаком.
Во многих уголках космоса кислорода больше, чем углерода. Атомы вообще охотно соединяются в молекулы, они не любят одиночества, поэтому атом углерода не упускает возможности вцепиться в свободный атом кислорода. После того как все атомы углерода найдут себе по атому или даже двум атомам кислорода, еще остается кислород, который может соединяться с другими элементами. Когда кислород соединяется с титаном, получается окись титана. Астрофизики зарегистрировали следы окиси титана в некоторых звездах. Недавно группа ученых открыла целую новую планету, окруженную окисью титана. Мы покрываем части наших телескопов белой краской, содержащей окись титана, так как это помогает повысить четкость изображений звезд и других космических объектов.
Железо – не самый распространенный элемент во Вселенной, но, возможно, самый важный. Внутри массивных звезд атомы различных элементов постоянно сталкиваются и объединяются. Атомы водорода сталкиваются и объединяются в гелий. Потом гелий, углерод, кислород и другие атомы продолжают сливаться во все более тяжелые атомы. Наконец, при этих слияниях начинают образовываться тяжелые атомы железа, в ядрах которых по 26 протонов и как минимум столько же нейтронов. По сравнению с водородом они просто гиганты.
В атоме железа протоны и нейтроны имеют самую маленькую энергию по сравнению с любым другим элементом. И это приводит к необыкновенным последствиям. Так как эти частицы обделены энергией, они стремятся ее поглощать. Обычно, если вы расщепляете атом, энергия будет выделяться. То же самое происходит, если два атома слипаются, образуя новый, более тяжелый.
Но железо отличается от других собратьев-элементов.
Если атом железа расщепить, энергия будет поглощаться.
Если атомы железа объединить, энергия тоже будет поглощаться.
Звезды заняты производством энергии. Наше Солнце, например, – настоящий завод по производству энергии, оно заполняет всю Солнечную систему несущими энергию фотонами. Но когда в недрах звезд большой массы начинает образовываться железо, это означает, что их смерть близка. Чем больше железа, тем меньше вырабатывается энергии. Без источника энергии звезда коллапсирует – стремительно сжимается под действием собственного веса, а затем взрывается, в течение недели, а то и дольше затмевая своим блеском миллиарды других солнц. Получается, что благодаря железу элементы, образовавшиеся в недрах звезд, выбрасываются в космическое пространство, а потом служат строительным материалом для создания других звезд и планет.
Иридий занимает третье место среди самых тяжелых элементов периодической таблицы. На поверхности Земли он встречается редко, однако в ее глубине есть тонкий и широко распространенный слой иридия, который многое может поведать о прошлом нашей планеты. Шестьдесят пять миллионов лет назад в Землю врезался астероид размером с Эверест, превратившись при этом в пар и уничтожив на Земле все живые организмы ростом больше чемодана. Так что, какую теорию гибели динозавров ни придумывай, самой правдоподобной все равно остается эта – гигантский астероид-убийца из космического пространства.
Ведь иридий, редко встречающийся на поверхности Земли, обычен для крупных металлических астероидов. Когда гигантский космический камень взорвался при столкновении с Землей, раскаленные атомы иридия образовали огромное облако, рассеявшееся по всей планете. И сегодня, когда ученые исследуют внутренние слои земной коры на уровне, который был на поверхности планеты 65 миллионов лет назад, они повсюду находят тонкий слой этого элемента.
Некоторые элементы периодической таблицы получили свои имена от планет и астероидов, в свою очередь, названных в честь древнеримских богов. В начале XIX века астрономы открыли два обращающихся вокруг Солнца объекта, чьи орбиты лежали между Марсом и Юпитером. Первый они назвали Церерой, в честь богини плодородия, а второй – Палладой, по имени римской богини мудрости. Первый элемент, полученный после открытия Цереры, был назван церием, а первый элемент, обнаруженный после того, как астрономы нашли Палладу, назвали палладием. Если помните, именно этим материалом Тони Старк укрепляет броневой экзоскелет своего Железного Человека[9].
Ртуть, серебристый металл, остающийся жидким и текучим при комнатной температуре, по-английски называется меркурием – в честь быстроногого римского бога-вестника.
Название «торий» отсылает к Тору, могучему атлетически сложенному скандинавскому богу-громовержцу. Неудивительно, что Тор и Железный Человек так подружились. У них связь на уровне элементов.
У Сатурна, моей любимой планеты[10], нет элемента-двойника, но у Урана, Нептуна и Плутона, которые названы именами богов из древнеримских мифов, с этим все в порядке. Уран был главным ингредиентом первой атомной бомбы, использованной для боевых действий.
И так же, как в Солнечной системе Нептун находится за Ураном, в периодической таблице элемент нептуний тоже следует непосредственно за ураном.
Следующего элемента таблицы, плутония, в природе не найдено. Но ученые сумели изготовить достаточное его количество, чтобы начинить им атомную бомбу, которую Соединенные Штаты взорвали над японским городом Нагасаки всего через три дня после того, как сбросили урановую бомбу на Хиросиму. На этом Вторая мировая война быстро кончилась. Небольшое количество плутония может использоваться как топливо для космических кораблей, направляющихся в дальние области Солнечной системы.
Здесь – на самом краю Солнечной системы, на пороге глубокого космоса – наше космическое путешествие по периодической таблице химических элементов заканчивается. По причинам, которые мне пока непонятны, многие люди не любят иметь дело с химией и химикатами. Может, им чудится какая-то опасность в их названиях. Но тогда в этом вино