Трудно даже вообразить, что человек может изучить химию Солнца. Но наука сумела многое сделать: мы знаем теперь химический состав Солнца, знаем (и знаем уже немало) о грандиозных процессах — источниках солнечной энергии.
С помощью спектрального анализа было найдено на Солнце более шестидесяти элементов периодической системы Менделеева. Наверное, будут найдены и остальные.
Определены даже количественные соотношения между химическими элементами на Солнце. Оказалось, что Солнце — это мир раскаленного водорода. Водородных атомов там почти в пять раз больше, чем атомов гелия, ив тысячу раз больше, чем атомов всех остальных элементов, вместе взятых.
Среди других элементов на Солнце преобладают углерод, кислород и азот. Немало там и магния, алюминия, кремния, серы, железа. В меньшем количестве присутствуют калий, кальций, натрий, свинец и другие. Обнаружено даже несколько представителей редких земель; можно быть уверенным, что будут найдены и остальные. Как и повсюду в мироздании, на Солнце преобладают легкие элементы, с малыми атомными номерами. Кроме того, как правило, элементов с четными порядковыми номерами на Солнце значительно больше, чем их соседей по периодической таблице с нечетными номерами.
Мало того, если не считать водорода и гелия, занимающих в мироздании вообще особое положение, то наблюдается замечательное соответствие между относительным содержанием остальных элементов на Солнце и в каменных метеоритах.
Обнаружены на Солнце и простейшие химические соединения, молекулы которых способны выдержать очень высокую температуру. Это не какие-нибудь особые, «солнечные» соединения — нет, химики умеют их получать и исследовать на Земле. Это простейшие радикалы: СН, ОН, NH, CaH, SiH, CN. Более сложные молекулы, вероятно, не могут существовать на Солнце.
Особенно велика ценность полупроводниковых «ловушек света» для энергетики, которую принято называть «малой». Солнечные батареи дадут энергию в неэлектрифицированных районах: в горах, на островах, в тайге — всюду, куда трудно тянуть линию электропередачи, а строить электростанции невыгодно. Подсчитано, что, если на крыше дома разместить солнечные фотоэлементы, они обеспечат энергией и отопительные электропечи, и кухонные плиты, и осветительные приборы — словом, все бытовые нужды. А как заманчиво было бы устроить солнечные фотоэлементы в виде ткани, скатывающейся в рулон! На привале геолог или турист размотает такой коврик, разложит его — и готова электростанция. Можно включить электроплитку, миниатюрный полупроводниковый холодильник или, скажем, согреть воздух в палатке.
На наших спутниках, ракетах, автоматических межпланетных станциях солнечные батареи дают электрический ток радиостанциям и другим приборам бортовой аппаратуры (рис. 21). Двигаясь к Марсу или к Венере, межпланетный корабль летит в мощном световом потоке незаходящего Солнца. И даже при нынешнем коэффициенте полезного действия солнечных батарей применение их на десятки тонн снижает вес космического корабля.
Следует отметить, что современные кремниевые фотоэлементы, по всей видимости, еще не самые эффективные. Ученые пытаются их усовершенствовать и, главное, ищут новые материалы, способные освоить большую долю световой энергии, чем кремний. Теоретически возможно создать полупроводниковые солнечные батареи, превращающие в электрический ток почти половину энергии падающего на них света.
Спектр любого твердого тела, нагретого до любой температуры, можно измерить спектрометром. Этот прибор представляет собой слегка измененный спектроскоп.
В фокальной плоскости линзы L2 установлена пластина с узкой вертикальной щелью В (рис. 2 на цвет. табл. у стр. 176). Если трубу D поворачивать вокруг вертикальной оси, то через щель В будет проходить свет только узких участков сплошного спектра. Перед щелью А коллиматора установлена лампа накаливания, а за щелью В — болометр: очень тонкая, за-
черненная металлическая полоска, которая одинаково поглощает световые лучи с любой длиной волны.
Чем больше энергии излучения поглощает болометр, тем сильнее он нагревается и тем больше становится его электрическое сопротивление. Электрическое сопротивление болометра легко измерить и тем самым определить, какую энергию испускает нить лампы в различных участках спектра.
Попытаемся построить график, в котором будет отражено, как зависит энергия, излучаемая 1 см2 абсолютно черного тела, от длины волны (рис. 10). В излучении абсолютно черного тела невозможно обнаружить энергию, соответствующую излучению волны со строго определенной длиной. Поэтому приходится измерять энергию излучения в каком-то узком участке спектра, например в диапазоне от 1 до 2. Если эту энергию разделить на ширину участка 2-1 ,то определится излучательная способность абсолютно черного тела для волны длиной , лежащей между волнами 1 и 2.
Отложим значение по оси ординат, а по оси абсцисс — длину волны . Получим кривую с максимумом.
Немецкий оптик Йозеф Фраунгофер в 1821 г. заменил призму в спектроскопе дифракционной решеткой — устройством, которое гораздо сильнее разделяет световые лучи, чем призма. На щель такого усовершенствованного спектроскопа Фраунгофер направил солнечный свет. К своему удивлению, он различил в сплошном спектре Солнца десятки черных полосок. В честь его эти полоски теперь называются фраунгоферовыми линиями.
Много времени прошло после этого открытия, прежде чем физики разгадали секрет фраунгоферовых линий. Мы не будем подробно описывать этот путь, а изложим, как в наше время наука объясняет фраунгоферовы линии в спектре.
Свет лампы накаливания дает в окуляре спектроскопа непрерывный сплошной спектр. Но если на пути этого света окажутся пары
какого-то вещества, в спектре появятся темные полосы. Например, поставим перед щелью А спиртовку, а в спирте растворим немного поваренной соли. Сквозь пламя спиртовки направим в щель свет электрической лампы накаливания. В сплошном спектре на том месте, где должны быть линии натрия, появятся две темные полоски. Пары натрия поглотили из света лампы как раз те участки волн, которые они сами излучают (рис. 5 на цвет. табл. у стр. 176).
Темные полосы появились потому, что свет лампы, проходящий в спектроскоп, намного интенсивнее, чем свет горелки. Хотя на участки спектра D1 и D2 от пламени горелки по-прежнему падает столько же света, они кажутся темными на фоне яркого сплошного спектра. Если лампу выключить, казавшиеся темными линии натрия опять приобретут свой обычный цвет. Спектр с темными полосами, характерными для определенного элемента, называется спектром поглощения этого элемента.