Остаточна катастрофа: чи може вибух атомної бомби підпалити атмосферу Землі

Однією з часто згадуваних проблем у фільмі Крістофера Нолана "Оппенгеймер" був страх, що вибух атомної бомби, розробленої вченими з Мангеттенського проєкту, нагріє атмосферу настільки, що це спричинить синтез ядер легких елементів, займання, а отже, атмосфера Землі згорить. Питання про виробництво енергії в зірках стимулювало в 1930-х роках ціле покоління молодих фізиків вивчати основи квантової та ядерної фізики. Їхній досвід і методології зіграли важливу роль у Мангеттенському проєкті, посприявши швидкому розробленню атомної бомби. Досвід і знання, отримані під час Мангеттенського проєкту, потім після Другої світової війни повернулися в ядерну астрофізику та призвели до її подальшого розвитку. В статті, опублікованій у журналі Natural Sciences, учені розглянули питання, яке було порушене у фільмі "Оппенгеймер": чи може атомна бомба підпалити атмосферу Землі? Про це пише IFLScience.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

До того, як було запущено першу атомну бомбу, фізики були стурбовані тим, що вибух може підпалити атмосферу нашої планети. Ключові побоювання, які висловив фізик Едвард Теллер ще 1942 року, полягали в тому, що внаслідок вибуху атомної бомби може виникнути стійкий термоядерний синтез, як це відбувається всередині Сонця.

Автори статті пишуть: Теллер побоювався, що вибух атомної бомби, який ґрунтується на процесі поділу ядер атомів, може призвести до швидкого локального нагрівання атмосфери. У результаті температура в атмосфері зросте настільки сильно, що це призведе до злиття ядер ізотопу азоту-14 або одне з одним, або з іншими легкими ізотопами в атмосфері, такими як водень-1, вуглець-12 або кисень-16.

У Мангеттенському проєкті над цим працювали провідні фізики того часу. В 1942 році Оппенгеймер поїхав до Артура Комптона, лауреата Нобелівської премії та експерта в галузі радіаційної фізики, щоб спробувати розібратися з цим. Через роки Комптон згадав цю зустріч і розповів про страхи Оппенгеймера. У 1959 році вчений розповів, що ядра водню є нестабільними та можуть об'єднуватися в ядра гелію з великим виділенням енергії, як це відбувається в ядрі Сонця. Тобто йдеться про термоядерний синтез. Для того, щоб викликати цей синтез, потрібна була б дуже висока температура, і, можливо, температура вибуху атомної бомби могла бути саме тим тригером, що призвів би до вибуху водню.

Також існувала ймовірність того, що те ж саме могло статися і в океанах. Комптон говорив, як пишуть автори статті, що вибух атомної бомби міг спричинити вибух океану, який також містить водень.

"Але це не все, чого боявся Оппенгеймер. Азот у повітрі також нестабільний, хоча й меншою мірою. Можливо, і він може спричинити вибух атмосфери", — говорив Комптон.

Водночас учений припускав, що такий вибух міг би закінчити Другу світову війну, але водночас це призвело б до зникнення людства.

"Це була б остаточна катастрофа", — говорив Комптон.

Однак Комптон сказав Оппенгеймеру, що в атмосферних умовах цього не станеться. Радіаційне охолодження завжди буде занадто швидким, щоб така реакція могла підтримуватися постійно. Про це вже написав у своєму звіті Теллер, але цей звіт був засекречений до 1979 року.

Теллер написав, що неможливо досягти таких температур в атмосфері, якщо не використати вибух атомної бомби або термоядерної бомби, які набагато перевершують за потужністю ті, які можна було створити в 40-х роках минулого століття.

Автори статті пишуть, що тепер відомо завдяки експериментальним даним, що стійкі термоядерні реакції в океанах і атмосфері не викликаються ядерними вибухами. Однак автори вважають, що фізики в минулому випустили з уваги одну ключову реакцію. Хоча їх найбільше турбував ізотоп азоту-14, із огляду на велику кількість азоту в атмосфері, вони не врахували синтез ядер азоту й вуглецю, який призводить до великої кількості ізотопу вуглець-14.

Автори пишуть, що пік радіовуглецю в нашій атмосфері швидко знижується, тому що цей довговічний ізотоп вуглецю поглинається рослинами під час вуглецевого циклу. В результаті він стає частиною всіх біологічних матеріалів на тисячі років.

"Цей радіовуглець залишається в наших тілах і служить постійним нагадуванням про людську зарозумілість, що призвела до розробки ядерної зброї, проти якої хотів застерегти Оппенгеймер", — резюмують автори статті.

Як уже писав Фокус, фізики домоглися нових результатів із термоядерним синтезом. Ученим вдалося відтворити ті ж процеси, що відбуваються всередині Сонця. Успішними були 4 спроби з шести.