ксенон 129 что это
Взрывались ли на Марсе ядерные бомбы? Научное расследование по следам противоречивого доклада на конференции НАСА
Фрагмент обложки книги Life and Death on Mars: The New Mars Synthesis
18 марта 2015 года «Лента.ру» сообщила о новых доказательствах ядерных взрывов на Марсе, которые представил в своем докладе на планетологической конференции НАСА американский физик Джон Бранденбург. Этот ученый давно известен своими экстравагантными идеями: о биосфере на древнем Марсе, о естественном ядерном реакторе на планете и, что больше всего привлекает внимание СМИ, о том, что разумная жизнь на Красной планете была уничтожена ядерной атакой инопланетных агрессоров. «Лента.ру» разбирается в обоснованности данной гипотезы.
И самое главное: Бранденбург не включил в свой доклад ни одного однозначно лженаучного высказывания. Он вынес на рассмотрение коллег только физические факты, которые, по его мнению, можно объяснить ядерным взрывом на Красной планете. Это «пятна» урана, тория и радиоактивного калия на поверхности Марса, аномальная концентрация ксенона-129 (присутствие этого вещества в атмосфере Земли физики связывают с ядерными взрывами) и, наконец, следы тринитита (радиоактивного стекла — в него превратился песок на месте взрыва первой ядерной бомбы в США).
Кадр: видео UCF / YouTube
Ни в мировых, ни в отечественных СМИ никто не опроверг выдвинутые Бранденбургом тезисы — свою роль тут сыграла, вероятно, репутация фрика, человека, чьи взгляды в принципе не заслуживают внимания. Чтобы внести ясность и разобраться в научной ценности его идей, мы связались с ведущими мировыми специалистами по планетологии и астрофизике, составу атмосферы и геологии Марса, а также ядерной физике.
Несколько необъяснимых фактов
О чем рассказал Бранденбург в своем докладе? На Земле есть немало метеоритов, образовавшихся в результате столкновений Марса с другими небесными телами. В этих «кусочках Красной планеты» содержится вполне определенное количество урана, тория и калия. Однако в последние годы выяснилось, что на поверхности Марса пропорции этих элементов несколько отличаются от метеоритных. Как утверждает Бранденбург, гамма-спектрометр спутника «Марс Одиссей», выведенного НАСА в 2001 году на орбиту вокруг Марса (на который, кстати, установлен изготовленный в России нейтронный детектор ХЕНД), зарегистрировал, что во многих точках поверхности планеты урана, тория и калия больше, чем в метеоритах явно марсианского происхождения. Одновременно исследователь отметил высокий уровень ксенона-129 в атмосфере Марса — в два с лишним раза больше, чем на Земле, Солнце или стандартных хондритных метеоритах Солнечной системы. А вот уровень ксенона-129 в метеоритах достоверно марсианского происхождения, напротив, оказался ниже, чем в атмосфере.
Распределение тория на Марсе (по данным зонда «Марс Одиссей»). Изображение: NASA / JPL / University of Arizona
Распределение калия на Марсе (по данным зонда «Марс Одиссей»). Фото: NASA / JPL / University of Arizona
Напрашивался вывод: по каким-то причинам сегодняшний Марс покрыт «пятнами», в которых урана и тория больше, чем в поверхностных породах планеты в целом. А ксенон-129, в частности, образуется при распаде йода-129 — надежного детектора недавних ядерных взрывов на Земле.
Итак, «Лента.ру» обратилась к ведущим специалистам с вопросом о том, что они думают по поводу таких, мягко говоря, необычных идей.
Первым отозвался доктор физико-математических наук Игорь Митрофанов, заведующий отделом ядерной планетологии Института космических исследований РАН. Именно его организация изготовила тот самый нейтронный детектор ХЕНД, работающий с борта американского орбитального зонда «Марс Одиссей» и внесший значительный вклад в прояснение изотопной обстановки на Красной планете. Карту распределения радионуклидов на Марсе, созданную с помощью этого аппарата, Бранденбург и использовал в своем докладе.
Митрофанов высказался крайне сдержанно. «По результатам исследований могу сказать, что у нас нет данных о концентрации таких радионуклидов, которые мы не могли бы объяснить естественной радиацией или бомбардировкой космическими лучами. Привлекать теорию о ядерных взрывах не требуется: калий, торий и уран имеют естественное происхождение, они есть и на Земле, и на Луне. Для тел Солнечной системы можно отложить концентрации тория и урана на координатных осях. Для разных космических тел измеренные значения для концентрации радиоактивных веществ образуют разные области точек, причем для Марса данные орбитальных измерений вещества современной планеты и лабораторных исследований состава марсианских метеоритов практически совпадают», — сообщил исследователь.
Работа «Марс Одиссея» в представлении художников НАСА. Фото: NASA / JPL
Заметим, что и на Луне недавно были отмечены существенно повышенные локальные концентрации тория и ряда других радионуклидов, обусловленные крупными древними извержениями базальтов, то есть причинами, далекими от ядерных ударов.
К сожалению, каких-либо комментариев от других отечественных исследователей нам получить не удалось, хотя, скажем, Курчатовский институт, Институт проблем безопасного развития ядерной энергетики РАН, Государственный астрономический институт имени П.К. Штернберга и ряд других уважаемых организаций мы осаждали с такими просьбами целую неделю. В одной из научных организаций дело дошло даже до постановки вопроса о комментариях «Ленте.ру» на заседании ученого совета — увы, лишь для того, чтобы принять решение о невозможности их дать. Причины довольно банальны: как отмечает одно недавнее исследование, следить за всеми публикациями в своей области науки в последнее время становится все сложнее из-за углубления специализации и роста числа публикаций. Ну а российские ученые, как известно, не любят говорить, если не могут быть на сто процентов уверены в каждом своем слове.
Ошибки и фальсификации
Их западные коллеги оказались более разговорчивы. Курт Марти (Kurt Marti), швейцарский планетолог, специалист по газам и радионуклидам в ранней истории Солнечной системы сообщил нам, что в ряде своих работ он отмечал повышенное содержание ксенона-129 в марсианских метеоритах (типа ALH 84001), и еще более высокое — в атмосфере Красной планеты. Марти пытался объяснить это распадом небольшого количества природного плутония-244 и йода-129 (нечасто встречающегося в природе). Он считает этот ксенон несомненным признаком ядерного распада — может быть, и распада ядер йода-129 (период полураспада — 15,7 миллиона лет), не уточняя источник появления этого вещества на Марсе. Йод-129 и сам образуется либо из распада урана и плутония, либо от вторичного обстрела космическими лучами того же атмосферного ксенона. Поскольку концентрации плутония с ураном на планетах Солнечной системы сравнительно сходны, совсем не очевидно, отчего бы на Марсе некогда могла повыситься концентрация йода-129. Вместе с тем, уверен Марти, радионуклиды, которые свидетельствовали бы о наличии там естественного ядерного реактора (и тем более взрыва), в исследованных им материалах не встречались.
Концентрация ксенона-129 в атмосфере двух планет
Изображение: Lunar and Planetary Institute
Подробно ответил нам профессор Виктор Бейкер (Victor Baker), специалист по геоморфологии и палеогидрологии, бывший председатель Американского геологического общества. Бейкер также высказывает сомнения в том, что за марсианские изотопы отвечает естественный атомный реактор типа Окло, упоминаемый Бранденбургом как гипотеза, альтернативная воздушному ядерному взрыву. По словам Бейкера, все известные естественные реакторы на Земле были небольшими, существовали до насыщения кислородом атмосферы планеты и не могли породить значительное количество «отходов» (что видно хотя бы из того, что содержание ксенона-129 у нас крайне близко к среднеметеоритному).
Также вызывают большие сомнения ссылки на построения, которые научным сообществом расцениваются как крайне спорные: например, о следах жизни на метеорите ALH84001. Большинство ученых уже в начале 2010-х признали эту гипотезу ошибочной.
Структуры, которые изначально сочли нанобактериями с метеорита ALH84001. Фото: NASA / Wikipedia
Наконец, в другом своем выступлении на той же конференции физик интерпретировал некоторые данные марсохода «Кьюриосити» (о существовании на Марсе в сравнительно недавнее время жидкой воды и более плотной атмосферы) в пользу возможности существования жизни на раннем Марсе — по аналогии с ранней Землей, где жизнь возникла через считаные сотни миллионов лет после образования планеты. Бейкер полагает любые выводы о возникновении жизни при условиях, сходных с земными, преждевременными. По его словам, речь идет о типичной ошибке в методологии науки: Уильям Уэвелл еще 200 лет назад отметил, что ученому не следует предполагать, какой должна быть природа и что для нее свойственно. Наука должна установить, какова природа на самом деле. Внеземная жизнь человечеству пока неизвестна, поэтому нельзя делать выводы о том, что она «должна была возникнуть на Марсе» только потому, что там могли быть приемлемые для нее условия.
У нас возник естественный вопрос — почему доклад ученого с такой сомнительной репутацией вообще допустили на серьезную конференцию, проходящую под эгидой НАСА? Бейкер объяснил, что тезисы выступлений на докладах обычно не отправляются на оценку экспертам, а просто проверяются на соответствие формальным требованиям. «Но науке не вредит представление ошибочных идей на конференциях и семинарах — ошибочность станет очевидной на стадии публикации в журналах», — говорит ученый. Именно общепризнанные научные журналы с системой взаимного рецензирования (peer-reviewed journals) и представляют собой главное «сито», где адекватные открытия и идеи отсеиваются от лженаучных фантазий или сознательных фальсификаций. Конечно, иногда это «сито» дает сбои — например, при публикации в Nature «революционного» исследования стволовых клеток с подтасованными результатами. Однако это как раз тот случай, когда исключение подтверждает правило.
Бранденбург же с 1987 года, когда он впервые выступил на марсианскую тематику, так и не смог представить свои разнообразные идеи ни в одном серьезном журнале. Единственное исключение — статья 2011 года, вышедшая в Journal of Cosmology, который постоянно вызывает скандалы из-за публикаций спорных материалов (в основном о признаках живых организмов на метеоритах и Марсе). Кстати, именно в этой статье физик подробно пишет о «лице на Марсе», «марсианском сфинксе» и других, мягко говоря, сомнительных «археологических» следах древних цивилизаций на Красной планете.
«Лицо» на Марсе, человекоподобие которого оказалось иллюзией, связанной с низким разрешением телевизионной камеры «Викинга-1». Фото: NASA / Wikipedia
Но Бейкер не считает, что Бранденбурга вообще не следует допускать на научные конференции как человека, защищающего заведомо ложные идеи. «Нам стоит относиться с доверием к любому докладу. Ученые не представляют априорные истины. Любое исследование может ошибиться, пытаясь выйти за пределы уже известного знания. И поэтому наука всегда открыта — или должна быть открыта — гипотезам, способным продвинуть знание вперед», — заключает геолог.
Вопросы остаются
Подведем итоги: в целом построения Бранденбурга не выдерживают научной критики. То есть приводимые им факты по разным причинам не могут служить доказательством его гипотезы о ядерных взрывах на Марсе.
Однако чрезмерная осторожность также может затормозить научное познание. Скажем, хотя советские ученые открыли воду в лунных породах еще в 1978 году, на Западе и в 2006 году встречались специалисты, утверждавшие, что «они поверят в воду на Луне не раньше, чем выпьют ее из стакана». Очевидно, обе эти крайности сомнительно полезны, и Бранденбургу все же не удалось удержаться между ними.
На первый взгляд, все выводы, которые можно сделать из этой истории, сводятся к тому, что человеку свойственно ошибаться и даже ученым ничто человеческое не чуждо. Однако все не так просто: история с ксеноном-129 на Марсе остается довольно неясной. В отличие от многих других, данный изотоп ксенона чрезвычайно стабилен, почти не распадается со временем. И на вопрос, откуда он на Марсе в количествах, намного превышающих другие хорошо известные точки Солнечной системы, пока нет точного ответа.
Еще несколько лет назад высокая концентрация ксенона в атмосфере четвертой планеты объяснялась тем, что легкие газы первичной атмосферы Марса из-за его слабой гравитации «утекли в космос», в то время как намного более тяжелый ксенон почти не покидал атмосферу. Такая гравитационная сепарация выглядела убедительной.
Однако ряд работ, и в том числе вышеупомянутого Курта Марти, создает такой теории определенные проблемы. Ведь марсианские метеориты перед тем, как попасть к земным исследователям, миллиарды лет летали в космосе. А значит, следы ксенона в них соответствуют той атмосфере, что была там четыре миллиарда лет назад — когда планета была молодой, и сепарация тяжелого ксенона-129 просто не могла произойти.
Так что пока у проблемы высокой концентрации ксенона-129 на Красной планете все еще нет вполне удовлетворительного решения. И было бы очень неплохо, если бы вся эта история привлекла внимание ученых к его поиску — пусть и без экзотических сценариев с ядерными взрывами.
Ксенон
(молярная масса)
(первый электрон)
0,005894 (при 0 °C) г/см³
гранецентрированая
Ксенон — элемент 18-й группы (по устаревшей классификации — элемент главной подгруппы VIII группы), пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 54. Обозначается символом Xe (лат. Xenon ). Простое вещество ксенон — благородный одноатомный газ без цвета, вкуса и запаха.
Содержание
История
Открыт в 1898 году британскими учёными Уильямом Рамзаем и Морисом Траверсом, которые подвергли медленному испарению жидкий воздух и спектроскопическим методом исследовали его наиболее труднолетучие фракции. Ксенон был обнаружен как небольшая примесь к криптону. За открытие инертных газов (в частности ксенона) и определение их места в периодической таблице Менделеева Рамзай получил в 1904 году Нобелевскую премию по химии.
Происхождение названия
Распространённость
Ксенон — весьма редкий элемент. При нормальных условиях в кубометре воздуха содержится 0,086—0,087 см 3 ксенона.
В Солнечной системе
Земная кора
Ксенон содержится в земной атмосфере в крайне незначительных количествах, 0,087 ± 0,001 миллионной доли по объёму (мкл/л), или 1 часть на 11,5 млн. Он также встречается в газах, выделяемых водами некоторых минеральных источников. Некоторые радиоактивные изотопы ксенона, например 133 Xe и 135 Xe, получаются в результате нейтронного облучения ядерного топлива в реакторах.
Определение
Качественно ксенон обнаруживают с помощью эмиссионной спектроскопии (характеристические линии с длиной волны 467,13 нм и 462,43 нм ). Количественно его определяют масс-спектрометрически, хроматографически, а также методами абсорбционного анализа.
Свойства
Физические свойства
В электрическом разряде светится синим цветом (462 и 467 нм). Жидкий ксенон является сцинтиллятором.
Слабо растворим в воде (0,242 л/кг при 0 °C, 0,097 л/кг при 25 °C).
Химические свойства
Ксенон стал первым инертным газом, для которого были получены настоящие химические соединения. Примерами соединений могут быть дифторид ксенона, тетрафторид ксенона, гексафторид ксенона, триоксид ксенона, ксеноновая кислота и другие.
Первое соединение ксенона было получено Нилом Барлеттом реакцией ксенона с гексафторидом платины в 1962 году. В течение двух лет после этого события было получено уже несколько десятков соединений, в том числе фториды, которые являются исходными веществами для синтеза всех остальных производных ксенона.
В настоящее время описаны фториды ксенона и их различные комплексы, оксиды, оксифториды ксенона, малоустойчивые ковалентные производные кислот, соединения со связями Xe-N, ксенонорганические соединения. Относительно недавно был получен комплекс на основе золота, в котором ксенон является лигандом. Существование ранее описанных относительно стабильных хлоридов ксенона не подтвердилось (позже были описаны эксимерные хлориды с ксеноном).
Изотопы
Известны изотопы ксенона с массовыми числами от 108 до 147 (количество протонов 54, нейтронов от 54 до 93), и 12 ядерных изомеров.
9 изотопов встречаются в природе. Из них стабильными являются семь: 126 Xe, 128 Xe, 129 Xe, 130 Xe, 131 Xe, 132 Xe, 134 Xe. Еще два изотопа ( 124 Xe и 136 Xe) имеют огромные периоды полураспада, много больше возраста Вселенной.
Остальные изотопы искусственные, самые долгоживущие — 127 Xe (период полураспада 36,345 суток) и 133 Xe (5,2475 суток), период полураспада остальных изотопов не превышает 20 часов. Среди ядерных изомеров наиболее стабильны 131 Xe m с периодом полураспада 11,84 суток, 129 Xe m (8,88 суток) и 133 Xe m (2,19 суток).
Изотоп ксенона с массовым числом 135 (период полураспада 9,14 часа) имеет максимальное сечение захвата тепловых нейтронов среди всех известных веществ — примерно 3 миллиона барн для энергии 0,069 эВ, его накопление в ядерных реакторах в результате цепочки β-распадов ядер теллура-135 и йода-135 приводит к эффекту так называемого отравления ксеноном (см. также Иодная яма).
Получение
Ксенон получают как побочный продукт производства жидкого кислорода на металлургических предприятиях.
В промышленности ксенон получают как побочный продукт разделения воздуха на кислород и азот. После такого разделения, которое обычно проводится методом ректификации, получившийся жидкий кислород содержит небольшие количества криптона и ксенона. Дальнейшая ректификация обогащает жидкий кислород до содержания 0,1—0,2 % криптоно-ксеноновой смеси, которая отделяется адсорбированием на силикагель или дистилляцией. В дальнейшем ксеноно-криптоновый концентрат может быть разделён дистилляцией на криптон и ксенон, подробнее см. Криптон#Получение.
Из-за своей малой распространённости ксенон гораздо дороже более лёгких инертных газов. В 2009 году цена ксенона составляла около 20 евро за литр газообразного вещества при стандартном давлении.
Изотопы ксенона
В природе встречаются девять изотопов ксенона. Из них стабильными являются семь: 126Xe (ксенон-126), 128Xe (ксенон-128), 129Xe (ксенон-129), 130Xe (ксенон-130), 131Xe (ксенон-131), 132Xe (ксенон-132), 134Xe (ксенон-134). Еще два изотопа — 124Xe (ксенон-124) и 136Xe (ксенон-136) — имеют огромные периоды полураспада, много больше возраста Вселенной,1,8×1022 лет и 2,165×1021 лет соответственно.
Остальные изотопы — их 41 с массовыми числами от 108 до 147 (количество протонов 54, нейтронов от 54 до 93) — искусственные. Из них самые долгоживущие — 127Xe (ксенон-127) с периодом полураспада 36,345 суток и 133Xe (ксенон-133) с периодом полураспада 5,2475 суток). Период полураспада остальных изотопов не превышает 20 часов.
124Xe
126Xe
128Xe
129Xe
130Xe
131Xe
132Xe
134Xe
136Xe
Основные сферы использования: научные исследования, астрономия, масс-спектрометрия, медицина, лазерная техника, метрология, металлургия.
По данным открытых источников
124Xe
— изготовление стандартов изотопного состава;
— получение радиоизотопа 125I (йод-125) для использования в медицине (терапия рака простаты) и изготовления источников излучения;
— получение радиоизотопа 123I (йод-123) для использования в медицине (диагностика);
— стабилизация частот оптических квантовых генераторов (лазеров) в лазерной спектрометрии
126Xe
— химико-физические исследования;
— получение радиоактивного изотопа 128Ba (барий-128)
128Xe
129Xe
— создание эталонов изотопного состава;
— стабилизация частот оптических квантовых генераторов (лазеров) в лазерной спектрометрии
— проведение спектроскопических исследований;
— проведение калибровочных измерений;
— отработка методик масс-спектрометрических измерений применительно к задачам исследования состава атмосфер планет;
— изготовление полиядерных фильтров;
— применение в ЯМР томографии и визуализации органов человеческого организма;
— используется в методах изотопного разбавления
— получение 129Xe (ксенон-129) для магнитно-резонансной томографии (МРТ-диагностика заболеваний легких)
130Xe
131Xe
— спектроскопические исследования физики мощных газовых лазеров
132Xe
— спектроскопические исследования физики мощных газовых лазеров;
— получение радиоизотопа 133Xe (ксенон-133), применяемого в медицине для диагностических целей (изучение легочной вентиляции, изучение особенностей кровотока, миелография). Ксенон-133 не усваивается организмом и быстро выводится из крови через легкие
134Xe
136Xe
— изготовление стандартов изотопного состава;
— выполнение спектроскопических исследований;
— проведение исследовательских работ в области лазерной техники;
— продувка оборудования при определении состава атмосферы Венеры с высокой точностью;
— датчик для поиска безнейтринного двойного бета-распада
— исследование низкотемпературной плазмы;
— исследование систем оптической накачки предусилителя слабых сигналов инфракрасного изображения, а также кинетики процессов в лазерных средах
По вопросам приобретения обращаться к специалистам отдела продаж:
Варлакова Мария Владимировна
Тел. +7 (39169) 9-49-11
Добровольский Алексей Владимирович
Тел. +7 (39169) 9-49-03
Рябченко Оксана Сергеевна
Тел. +7 (39169) 9-31-73