Вода во Вселенной встречается чаще, чем вы думаете
Вода имеется в изобилии во всей Вселенной. Преимущество воды в том, что ее составляющие, водород и кислород, также смехотворно распространены, и эти два элемента действительно любят связываться друг с другом. У кислорода есть два открытых слота в его внешней электронной орбитальной оболочке, что делает его очень стремящимся к поиску новых друзей, а у каждого водорода есть один запасной электрон, поэтому тройная связь очень проста. Водород приходит к нам в результате самого Большого взрыва, что делает его элементом номер один в космосе как по массе, так и по номеру. Серьезно, вещи есть повсюду. Около 75% каждой звезды, каждого межзвездного газового облака и каждого блуждающего кусочка межгалактического космического мусора, никогда не познавшего тепла звездного синтеза за 13,8 миллиардов лет космической истории, состоят из водорода. Этот водород появился, когда нашей Вселенной было всего около десяти минут, и весь водород, который когда-либо существовал (за исключением случайных радиоактивных распадов и реакций деления, но это произойдет позже), сформировался до того, как нашей Вселенной исполнилось 20 минут.
Дюжина минут, 13,8 миллиардов лет назад. Когда вы утоляете жажду стаканом полезного напитка, вы его потребляете. Мы можем понять эту эпоху космической истории, известную как эра нуклеосинтеза, потому что за последнее столетие мы стали достаточно опытными в обращении с ядерными реакциями, и одной из отличительных черт нашего вида мы высвободили это радикальное понимание в физическую природу. природу реальности и использовал ее как для производства энергии в мирное время, так и для создания бомб военного времени. Наше понимание ядерной физики говорит нам, что еще до десятиминутной отметки наша Вселенная была слишком горячей и слишком плотной для образования протонов и нейтронов. Вместо этого их субатомные части, известные как кварки, были отклеены в вздымающемся водовороте ядерных сил, постоянно связываясь и развязываясь в кипящем, наполненном яростью море глюонов, переносчиков сильного ядерного взаимодействия.
Как только Вселенная расширилась и достаточно остыла, конденсаты протонов и нейтронов образовались, словно капли на оконном стекле, — низкоэнергетические карманы, способные удерживаться вместе, несмотря на температуру. В конце концов, однако, как только вечеринка началась, она сошла на нет: когда Вселенная стала слишком большой и слишком холодной, всего десять минут спустя, у нее не было достаточной плотности, чтобы сблизить кварки достаточно близко друг к другу, чтобы выполнить трюк с ядерным связыванием. . Однако в те бурные дни некоторые протоны и нейтроны нашли бы друг друга, образовав более тяжелые версии водорода, немного гелия и небольшое количество лития. И с тех пор эти атомы водорода скитались по космосу; большинство из них потеряно в межгалактических пустошах, некоторые участвуют в великолепном строительстве звезд и планет, а немногие счастливчики оказываются втянутыми в химический танец с кислородом.
У кислорода есть еще одна история, тоже история термоядерного синтеза на пути к превращению в воду. Но не в слиянии первых нескольких пьянящих минут Большого взрыва, а в танце в сердцах звезд. Там сокрушительное давление и сильные температуры сталкивают атомы водорода вместе, заставляя их сливаться в гелий, высвобождая при этом почти исчезающе малое количество энергии. Но этот принудительный брак происходит миллионы раз в секунду, в каждой из триллионов и неисчислимых триллионов звезд, разбросанных по космосу, и этого достаточно, чтобы осветить Вселенную, чтобы все сознательные наблюдатели могли ею наслаждаться. Ближе к концу жизни звезды она превращается в синтез пепла гелия, скопившегося в ее ядре. При синтезе гелия образуются два продукта: углерод и кислород. Теперь этот кислород оказался бы навсегда отрезанным от космоса, запертым за стеной плазмы толщиной в миллион километров, если бы не трюк физики, который случается, когда звезда встречает свои последние дни.
Наше Солнце когда-нибудь постигнет та же участь, примерно через четыре с половиной миллиарда лет. Когда он стареет и утомляется, он опухает и краснеет, сильно дергаясь в спазмах на последнем смертоносном вздохе. Эти гигантские сотрясения высвобождают материал из звезды, запуская его в окружающую систему, разносимый порывистыми ветрами фундаментальных частиц, уносящихся прочь почти со скоростью света. В результате резкого порыва солнце потеряет себя, унеся более половины своей массы в расширяющуюся туманность, единственный признак, который могут уловить далекие глаза, еще одной благородной звезды, прекращающей свою борьбу со всепоглощающей ночью. Но в этой ужасной смерти произошло чудо. Цикл рождается заново: водород и гелий, первичные элементы звезды, теперь смешанные с углеродом и кислородом, уходят в межзвездную пустоту, чтобы когда-нибудь принять участие в формировании новой звезды, новой солнечной системы, нового мира. мокрый от воды, и, если шансы велики, новая жизнь.
