打开原子的大门-第6节
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�2亿年。
既然这块赤铁矿是2亿年前形成的，当然，那里的煤层也是2亿年前形成的。
斯特莱特用这个方法测定了许多种矿石的年龄，但是工作并不是没有困难的。
氦是气体，如果岩石不很致密，有裂缝，生成的氦气就会跑掉。在这种情况下，测定的数值就不会准确了。
卢瑟福的学生波特伍德发现，铀在连续放出氦以后，最后变成没有放射性的铅。铅不是气体，不会从岩石的裂缝中跑掉。已经知道，1000克铀在一年间能生成0。00000135克铅。只要测定铀矿中铀和铅的含量各是多少，同样可以算出铀矿的年龄。
这个新方法比测量氦气的方法要可靠多了。许多人用它来测量地球上各种矿物和岩石的年龄。
到了1935年，英国科学家霍姆斯测出来地球上最老的岩石大约是35亿年。也就是说，地球的年龄至少有35亿年（现代测定，地球的年龄是46亿年）。
地球能比太阳年龄大吗？
在太阳系中，太阳是质量最大的中心天体。在太阳系的总质量中，太阳占了99。9％，所以，有足够强大的引力，使太阳系的其他天体都环绕着它运行。太阳又是太阳系中唯一的能够自身发光的天体，它是太阳系的光和热的主要源泉，它照亮了整个太阳系，也晒热了整个太阳系。而地球不过是绕着太阳转的一颗比较小的行星。人们用放射性方法测定出来，地球的年龄有几十亿岁了。那么太阳的年龄有多大呢？当时的科学家推算，太阳是2200万岁。真奇怪，地球竟比太阳的年龄大100多倍！这怎么可能呢？
必定有一个年龄搞错了。地球年龄的测定是相当可靠的，看来太阳的年龄可能推算错了。太阳的年龄就是不比地球大，无论如何也应该和地球相等。是不是可以把太阳的年龄改一下呢？
不行！天文学家提出了不同的意见。他们说：我们虽然不能从太阳上取一块物质来直接研究它的年龄，但是有一点是没有错的，那就是太阳在不断地发出大量的光和热，它每分钟发出多少能量是测准了的；同时，太阳的体积和质量，我们也是能够准确计算的。要说太阳的年龄像地球一样，也有几十亿年，那么，它烧的是什么燃料呢？为什么能维持这样长的时间而不熄灭呢？
在18世纪就有人算过，如果太阳是一大块煤，那要不断地发这么多的光和热，只能烧5000年。这个年龄显然太小了。后来，德国科学家赫尔姆霍茨认为，太阳发光发热是由于它不断地收缩，把位能转变成为热能。他计算出来，太阳的年龄是2200万年，还可以再发光发热1000万年。他的这个结论一直延用了半个世纪，要推翻它，必须先回答太阳烧的是什么。
太阳烧的是什么？
在回答这个问题之前，我们先介绍一下科学家用氦气做实验的时候发现了什么。
上面已经说过，卢瑟福和索地发现放射性物质放出的α射线，原来就是无数失去了电子的氦原子。它们由放射性物质中一粒一粒地射出来，所以又叫做α粒子。α粒子射出来的速度非常大，每秒可以达到上万公里！
卢瑟福用放射性物质放出来的高速度的α粒子去轰击各种物质。他发现原子像个小太阳系一样：中心有一个带正电的核，周围有电子绕核转圈子。
卢瑟福又想试试，把α粒子打到别的原子核里面去，会发生什么结果。他选用了镭C′（镭C′是钋的放射性同位素，它是镭蜕变而产生的）放出来的α粒子。这种α粒子速度特别大——每秒19200公里。
实验的结果是：高速的α粒子打到氮的原子核里去了，同时放出来一个新粒子——质子。质子也就是氢原子核。卢瑟福在1919年，第一回用人工实现了原子核反应，同时发现了质子。
卢瑟福接下去就用α粒子对各种元素进行轰击，看看哪些元素能起反应。在试验铝的时候发现，铝被轰击以后变成了硅，同时，放出来极大量的能，比燃烧同量的煤放出的能要大700000倍！
核反应能放出大量的能。太阳上是不是也在进行核反应呢？
太阳温度特别高，表面有6000摄氏度，核心能到2000摄氏万度，密度也特别大。在这样高的温度下，各种原子外层的电子都脱离了原子核，原子核以极大的速度碰来碰去，当然会发生核反应。
1938年，美国的贝特和德国的魏札克证明了太阳上烧的是氢。这不是氢和氧燃烧的化学反应，而是在高温和高速运动的条件下，氢原子核碰在一起的核反应——四个氢原子核生成一个氦原子核。这就是热核反应。
在热核反应中，1克氢全部变成氦，能放出多少热呢？据计算，这些热能使400吨冰完全变成水蒸气！而1克氢气在跟氧气化合的时候，放出来的热只能使47克冰变成水蒸气。这就是说，氢在热核反应中放出的核能，比在化学反应中放出的化学能，要多出8500000倍。
太阳的能源是在氢原子核聚变成氦原子核的过程中放出来的热核能。在这样的热核反应中，消耗的是氢核，产生的是氦核。太阳元素——氦，原来就是氢进行核燃烧后的“灰烬”。
据计算，太阳上氢合成氦的热核反应，已经进行了差不多50亿年了，以后还可以继续50亿年。
问题解决了，地球的年龄不比太阳大了。同时人们也弄清了太阳元素——氦的来源：在太阳上，氦是氢的热核反应生成的；在地球上，氦是放射性元素蜕变生成的。
战场上的氦
在天空中飞翔，是人类自古以来的希望。发现了氢气以后，乘坐氢气球在天空中飞来飞去，成了时髦的事情。氢气球越做越大，后来发展成为巨大的飞艇。
第一艘飞艇是德国工程师齐柏林在1900年设计的，艇身长128米，里面装有9910立方米的氢气。人们把这种飞艇叫齐柏林飞艇。
1914年8月，在欧洲爆发了第一次世界大战。德国先后制造了123艘齐柏林飞艇用于战争。为了防御飞艇，英法联军用高射炮发射烧夷弹来对付它。因为氢气遇火就会燃烧爆炸，飞艇只要被烧夷弹击中，立刻就会在天空中炸毁。
但是，1914年秋天，在法国北部的战场上发生了奇怪的事：一艘德国飞艇被英军的炮弹打穿了，它竟然没有着火爆炸，而是掉转头飞回去了。
这真是个谜！英国军部研究了好久，也弄不清楚这艘飞艇为什么没有着火爆炸。
最后，英国军部接到了化学家特莱福的来信。他写道：“德国人发明了一种取得大量氦气的方法。这次用来充齐柏林飞艇的不是氢气，而是氦气。氦气也是很轻的气体，仅比氢气重一倍，因此充氦气的飞艇的升力跟充氢气的飞艇相差不多。但是在其他方面，氦气比氢气的优点大得多。要知道，氢气很喜欢跟氧气化合，因此它很容易燃烧。氦气不与任何东西化合，也不与氧气化合，它是惰性气体。如果德国的飞艇真是充氦气的话，那么烧夷弹没把它烧毁是不足为奇的。”
特莱福的理由很使人信服，但是从什么地方得到这样多的氦气呢？一艘飞艇需要用几千立方米的氦气；要得到这么多的氦气，就需要处理几万吨的方钍矿或是别的放射性矿物，而德国是没有这些矿物的。由空气中提取吗？这就需要几百台制冷机不停地工作一整年，而在战争时期，这是不大可能办到的。
英国军部对这个问题十分感兴趣，召集了各门科学家开会，提出找寻大量氦气资源的任务。他们研究讨论了很久，终于回想起1907年美国化学家开迪和马克发兰的一篇研究报告。
开迪和马克发兰在分析天然气的时候曾经发现，在堪萨斯州一个地方的天然气中，含有1。5％的氦气。但是当时没有人想到氦的实际应用，没有重视这个发现。现在，为了制造不会着火爆炸的大飞艇，人们又开始大规模地找氦气，在天然气中找氦气。最后，人们在加拿大的石油气中找到了氦气，于是立即建立起提取氦气的工厂。等到几千立方米的氦气提取出来了，第一次世界大战已经结束了。
飞艇的过去和未来
战争停止了，不用担心飞艇在天空中飞行的时候会被烧夷弹打中了。这时候虽然发现了氦气资源，但是氦气终究不如氢气便宜。人们继续制造充氢气的大飞艇。1928年，工程师埃克纳制造了240米长的大飞艇“齐柏林号”，飞艇上有卧室、餐厅，可以乘坐几十名旅客，每小时能飞行100多公里。这艘飞艇横跨大西洋往来飞行，没有发生事故。
但是，埃克纳的另一艘大飞艇“兴登堡号”的命运就十分糟了。1937年5月6日，这艘飞艇飞过美国纽约城上空，居民们纷纷挥手向它致意。但是快要飞到目的地的时候，它突然着火爆炸了，飞艇上的乘客的遭遇也就可想而知了。
此后，谁也不肯冒着生命危险去乘坐氢气飞艇了，还是氦气飞艇安全。
人们在制造氢气飞艇的同时，也在制造氦气飞艇。当然，它们是不会着火爆炸的。但是，不幸的是，世界上最大的氦气飞艇却先后遇到风暴而失事了。而飞机越来越发展，飞艇渐渐地在天空中绝迹了。
在今天，天空中要是突然飞来一艘大飞艇，一定会引起大家的惊奇。但是不要以为飞艇已经完全退出了历史舞台。
现在已经是超音速飞行的时代，谁还要用那又大又笨又慢的飞艇？可是不能只看速度快慢这一个方面。飞机虽快，但运载量小，耗费燃料多；飞艇虽慢，但运载量大，耗费燃料少。有人计算过，用飞艇运输货物要比飞机便宜六七倍。
飞机要在飞机场上起飞降落。飞艇就不需要长长的跑道，它能够垂直起飞，垂直降落，必要的时候还可以长时间停在半空中不动。给地质勘探队、登山队运送勘探设备、科学仪器和生活资料，飞艇是非常理想的运输工具。在去南北极探险的时候，一个专门设计的大飞艇降落在冰面上，就可以成为探险队的理想的大本营。
一个大飞艇可以吊运几十吨以至几百吨的东西，这在工业建设上也可以起到特殊的作用。石油钻井的塔架，飞艇可以平稳地提起来，运到新的钻井地点。要穿过高山峡谷架设高压输电线，飞艇既可以在山头上吊装架线的铁塔，又可以飞越峡谷铺设高压电线。飞艇是空中的起重工。
正由于有这许多优越的性能，目前许多国家都在设计充氦气的新型飞艇。法国设计的“大力神号”飞艇，直径有235米，体积有150万立方米，能装载900吨货物。预料在不久的将来，飞艇又将重返天空。
液态氦
在本世纪初的几十年里，世界各国都在寻找氦气资源，在当时主要是为了充飞艇。但是到了今天，氦不仅用在飞行上，尖端科学研究，现代化工业技术，都离不开氦，而且用的常常是液态的氦，而不是气态的氦。液态氦把人们引到一个新的领域——低温世界。
前面已经讲过拉姆赛在空气中找氦气的故事。在液态空气的温度下，氦和氖仍然是气体；在液态氢的温度下，氖变成了固体，可是氦仍然是气体。
要冷到什么程度，氦才会变成液体呢？
前面已说过，英国物理学家杜瓦在1898年首先得到了液态氢。就在同一年，荷兰的物理学家卡美林·奥涅斯也得到了液态氢。液态氢的沸点是零下253摄氏度，在这样低的温度下，其他各种气体不仅变成液体，而且都变成了固体。只有氦是最后一个不肯变成液体的气体。卡美林·奥涅斯决心把氦气也变成液体。
1908年7月，卡美林·奥涅斯成功了，氦气变成了液体。他第一次得到了320立方厘米的液态氦。
要得到液态氢，必须先把氢气压缩并且冷却到液态空气的温度，然后让它膨胀，使温度进一步下降，氢气就变成了液体。
要得到液态氦，必须先把氦气压缩并且冷却到液态氢的温度，然后让它膨胀，使温度进一步下降，氦气才能变成液体。
液态氦是透明的容易流动的液体，就像打开了瓶塞的汽水一样，不断飞溅着小气泡。
液态氦是一种与众不同的液体，它在零下269摄氏度就沸腾了。在这样低的温度下，氢也变成了固体，千万不要使液态氦和空气接触，因为空气会立刻在液态氦的表面上冻结成一层坚硬的盖子。
多少年来，全世界只有荷兰卡美林·奥涅斯的实验室能制造液态氦。直到1934年，在英国卢瑟福那里学习的前苏联科学家卡比查发明了新型的液氦机，每小时可以制造4升液态氦。以后，液态氦才在各国的实验室中得到广泛的研究和应用。
在今天，液态氦在现代技术上得到了重要的应用。例如要接收宇宙飞船发来的传真照片或接收卫星转播的电视信号，就必须用液态氦。
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