По нарастанию интенсивности α-синтеза можно разделить процесс слияния ядер гелия на две стадии. Первая стадия – энергичный синтез углерода (слияние трех α-частиц) и в меньшей степени образование азота в результате углеродно-азотной циклической реакции. Установлено, что во время последней углерод захватывает последовательно четыре протона, выделяя попутно два позитрона (е+), и превращается сначала в азот, а затем распадается на гелий и углерод. Температура при этом превышает 10 МК. Подобные температуры свойственны центральным областям некоторых звезд. В частности, на 1-й стадии второго этапа эволюционного развития Протосолнца мог произойти выброс оболочки, обогащенной водородом, гелием, углеродом и азотом. Азот мог войти в состав аммиака (NH₃), а часть углерода – в состав метана (CH₄). Именно такие компоненты характерны для атмосфер и льдов планет-близнецов Нептуна и Урана. По данным спектрального анализа атмосферы этих газовых гигантов состоят из 80 и 83 % молекулярного водорода (Н₂), 19 и 15 % гелия (Не), 1,5 и 2,0 % метана (CH₃) соответственно, а также включают в себя небольшое количество этана (С₂Н₆) и ацетилена (С₂Н₂). Аммиак (по данным НАСА, проводившего исследования планет с помощью космических аппаратов «Вояджер-1 » и «Вояджер-2») входит в состав аммиачных льдов, которые (наравне с обычными водными) покрывают поверхность планет. Как и Плутон, они удалены от Солнца на большое расстояние (Нептун на 4496, Уран на 2869 млн км), характеризуются близкими по величине диаметром (49,557 и 51,118 тыс. км соответственно), объемом (57 и 61 ед. объема Земли), массой (17,2 и 14,7 ед. массы Земли) и плотностью (1,64 и 1,26 г/см3). Если бы только Солнце было источником нагрева Нептуна и Урана, то их поверхности имели бы температуру –220 и –210 °С соответственно. Однако по данным радиоизлучения температура поверхности планет-близнецов несколько выше (–150 и –170 °С). Отдельные ученые считают, что источником нагрева служат горячие недра этих планет. По некоторым моделям эти планеты имеют ледяную мантию, состоящую (кроме обычного льда) из твердых «льдов» метана и аммиака. Не вполне ясно состояние ядер Нептуна и Урана. Существует мнение, что ядра жидкие [8].

За неимением окончательного суждения можно предложить новый вариант модели строения планет-близнецов. Горячие недра? Подобная идея правдоподобна лишь в том случае, если представить, что внутри данных планет работает ядерный реактор, состоящий из металлического (возможно, жидкого) ядра и соответствующей, возможно, углеродной, оболочки.

Представим, что углеродно-азотный цикл начинается в высокотемпературных (более 10 МК) условиях со слияния двух α-частиц:

2Не⁴ → Ве8 + γ,

где Ве8 – ядро быстро распадающегося (период полураспада10–15 с) изотопа бериллия, играющего роль промежуточного ядра в атомных реакциях.

В природных условиях стабильным изотопом бериллия (самого легкого из щелочно-земельных металлов) является Ве9, ядро которого формируется за счет захвата ядром Ве8 протона Н1 (ядра атома водорода). Последний при β+-распаде превращается в нейтрон (р → n + e+). Радиус атома бериллия 0,113 нм, плотность 1,85 г/см3, температура плавления 1285 °С. Известны шесть радиоактивных изотопов бериллия, из которых Ве7 путем электронного захвата превращается в Li7(53,6 дня), Ве10 через β–-распад превращается в изотоп бора В10 (2,5·106 лет). Ве7 используется в качестве меченых атомов. Его обнаруживают и измеряют по испусканию γ-лучей (0,477 МэВ). Как двухвалентный металл, бериллий может образовывать соединения с кислородом и углеродом, относящимися ко 2-му периоду таблицы Менделеева, в котором он сам занимает почетное второе место (см. табл. 2 ). Кстати, окись бериллия (ВеО) используется в ядерных реакторах как регулятор, отражатель и размножитель, карбид бериллия (Ве₂С) – в качестве ядерного материала [3]. Ядерные реакции – основной источник энергии и большого количества разноименно заряженных частиц. Представленные сведения о бериллии позволяют предположить, что он (самый легкий из двухвалентных металлов) по своим свойствам может играть роль ядра планеты, в кристаллической решетке которого (в холодных космических условиях) может происходить движение свободных электронов, стремящихся занять утраченные позиции. В дальнейшем (при вращении вокруг оси сформировавшейся планеты) движение электрических зарядов в синтезированном металлическом ядре может стать причиной возникновения магнитного поля, обнаруженного как на Нептуне, так и на Уране. «Стенки» же в предполагаемом ядерном реакторе вероятнее всего состоят из элементарного углерода, имеющего форму фуллерена [10].

Углерод – 6-й элемент 2-го периода таблицы Менделеева, неметалл с температурой плавления 3750 °С при давлении 12 МПа. Состоит из двух стабильных изотопов: наиболее распространенного С12 и С13 (1,08 %). Он имеет шесть радиоактивных изотопов с атомными числами А от 9 до 16. Наиболее важный С14 – β–-излучатель (155 кэВ, период полураспада 5730 лет). Долгое время были известны две аллотропные формы углерода – алмаз и графит. Первый образует кубические гранецентрированные кристаллы с плотностью 3,52 г/см3. По твердости алмаз превосходит все известные вещества. Графит (наиболее распространенная форма углерода) принадлежит к гексагональной системе. Такие формы графита, как древесный уголь, кокс, сажа имеют неупорядоченную структуру. В 1980-е гг., пытаясь ответить на вопрос, из чего возникает межзвездная пыль, американские ученые в лабораторных условиях, при нагревании графита электрическим током и конденсации паров углерода в атмосфере гелия получили сферическую конструкцию элементарного углерода – молекулу фуллерена. Таким образом, фуллерен – третья форма углерода в виде абсолютно симметричных полых шаров из углеродных атомов. Это особый тип молекул углерода с замкнутой энергетически выгодной структурой. (Название получил по фамилии архитектора из США Р. Б. Фуллера, предложившего сооружать ажурные конструкции, имеющие куполообразную форму, путем чередования шести- и пятиугольников.) .Были обнаружены фуллерены, содержащие от 32 до 100 атомов углерода. Объем полости, которая возникает во внутренней части фуллерена, возрастает при увеличении количества атомов. В полости фуллерена способны проникать молекулы и атомы иного происхождения. Наиболее стабильная молекула С₆₀ представлена на рис. 2 . Знаменательно, что установлено сходство спектров поглощения фуллереновых частиц со спектрами поглощения света в межзвездном пространстве. Источником последнего, по мнению ученых, можно было бы считать частицы угля при условии, что они имеют сферическую форму (именно такую форму имеет фуллерен). Плотность угля (аморфного углерода) колеблется от 1,8 до 2,1 г/см3, что немного больше плотности планетарного вещества Нептуна (1,64 г/см3).

Совсем недавно стало известно, что вокруг Нептуна и Урана есть слабовыраженные системы колец. Уран окружен тринадцатью очень узкими и тонкими темными кольцами. Их ширина около 10 км, а частицы чернее сажи. В системе Нептуна пять колец, состоящих из ледяных частиц, покрытых углеродистым материалом.

Кроме того, обе планеты имеют по несколько спутников разного размера (Нептун – 13, Уран – 22), состав которых изучен недостаточно.

Необходимо отметить, что в состав атмосферы и льдов планет-близнецов входят компоненты второго этапа эволюции Протосолнца так называемой 1-й (углеродно-азотной) стадии α-синтеза: 12С, 15N, 16O, 20Ne. Иными словами, можно предположить, что конечным компонентом, приведшим к срыву второй оболочки Протосолнца, сформировавшейся при 10 < Т < 30 МК, является 20Ne. Неон – идеальный газ, небольшие количества которого обнаружены в горячих звездах.

Суммарная масса Нептуна и Урана составляет 17,2 + 14,7 = 31,9 = 3,19·10 ед. массы Земли, или 10–4 масс Солнца (масса Солнца – 3,33·105 ед. массы Земли). Именно столько вещества выбрасывается так называемыми новыми звездами при вспышках, связанных с внезапным расширением фотосферы с большими скоростями (до 1000–2000 км/с). В 1931 г. советский астроном Б. А. Воронцов-Вельяминов указал, что в наше время постоянно происходит выбрасывание в пространство газа с поверхности звезд, особенно с горячих и вспыхивающих.