Звідки нам відомий вік Сонячної системи?

1. Як формуються зірки
2. геофізика
3. Метеорити - помічники

Астрономи і астрофізики з упевненістю визначають вік Сонячної системи. Але яким чином вони датують походження нашого світу?

Мільярди років тому, в якомусь забутому куточку Чумацького Шляху, молекулярне хмара, що не відрізняється від безлічі інших, стислося і сформувало нові зірки. Одна з них з'явилася у відносній ізоляції, збираючи матеріал з навколишнього її протопланетного диска, який, в результаті, перетворився в наше Сонце, вісім планет і всю іншу Сонячну систему.

Відмінний питання, повний нюансів - але наука впорається з таким завданням. Ось вам історія того, як все було.

Розриви, грудки матерії, спіральні форми та інші асиметрії демонструють свідоцтва того, що відбувається формування планет в протопланетному диску навколо Elias 2-27. Однак який вік виявиться у різних компонентів системи, які сформуються в результаті, в загальному випадку сказати не можна.

Як формуються зірки

Нам досить багато відомо з приводу віку і походження нашої Сонячної системи. Ми дуже багато дізналися, спостерігаючи за формуванням інших зірок, вивчаючи віддалені регіони зародження зірок, вимірюючи протопланетні диски, спостерігаючи за тим, як зірки проходять різні етапи життєвого циклу, і т.д. Але кожна система розвивається за своїм, і тут, в нашій Сонячній системі, через мільярди років після появи Сонця та планет залишилися лише ті, що вижили об'єкти.

Спочатку всі зірки формуються з предзвёздной туманності, яка щороку збирає разом матерію, з об'ємним зовнішнім шаром, що залишаються холодним, де збираються аморфні силікати, вуглецеві компоненти і лід. Як тільки в предзвёздной туманності з'являється протозвезда, а потім і справжня зірка, цей зовнішній матеріал починає притягатися і формувати більші грудки.

Згодом грудки виростають, переміщаються ближче до центру, взаємодіють, зливаються, зсуваються і, можливо, навіть викидають один одного з системи. За проміжок часу від сотень тисяч до мільйонів років після появи зірки з'являються і планети - на космічних масштабах це досить швидко.

І хоча, ймовірно, в Сонячній системі було безліч проміжних об'єктів, по закінченні декількох мільйонів років Сонячна система стала виглядати дуже схоже на те, що ми маємо сьогодні.

Але в ній могли бути і дуже важливі відмінності. Тут міг існувати п'ятий газовий гігант; чотири залишилися у нас гіганта могли бути набагато ближче до Сонця, і потім відсунутися далі; і, що найважливіше, між Венерою і Марсом, швидше за все, був не один, а два світи: Протоземля і менший світ розміром з Марс, Тейя. Набагато пізніше, можливо, через десятки мільйонів років після формування інших планет, Земля і Тейя зіткнулися.

Модель ударного формування постулює, що тіло розміром з Марс зіткнулося з ранньої Землею, а осколки, які не впали назад, сформували Місяць. Земля і Місяць, в результаті, повинні бути молодше решті Сонячної системи

Саме в цьому зіткненні, як ми підозрюємо, і з'явилася Місяць: ми називаємо це явище гіпотезою гігантського зіткнення. Схожість місячних каменів, привезених місією «Аполло», із земним складом, змусило нас підозрювати, що Місяць сформувався з Землі. Інші кам'янисті планети, яким підозріло не вистачає великих супутників, швидше за все, не пережили таких великих зіткнень в своїй історії.

Газові гіганти, маючи набагато більшою масою, ніж інші, змогли утримати водень і гелій (найлегші елементи), що існували, коли Сонячна система тільки почала формуватися; з інших світів більшу частину цих елементів здуло. Завдяки занадто великий енергії Сонця і недостатньо сильною для їх утримання гравітації, Сонячна система почала приймати відому нам сьогодні форму.

Ілюстрація молодий зоряної системи Бета Живописця, в чомусь аналогічної нашій Сонячній системі, під час її формування. Внутрішні світи не зможуть утримати водень і гелій, якщо тільки не будуть достатньо масивними

геофізика

Але тепер вже пройшли мільярди років. Звідки нам відомий вік Сонячної системи? Чи збігається вік Землі з віком інших планет; чи можемо ми знайти цю різницю?

Найточніший відповідь, як це не дивно, дає геофізика. І це не обов'язково означає «фізику Землі», це може бути фізика усіляких каменів, мінералів і твердих тіл. Всі такі об'єкти містять безліч елементів періодичної таблиці, і різні щільності і склади відповідають тому, в якому місці Сонячної системи, в сенсі відстані від Сонця, вони сформувалися.

Щільності різних тіл Сонячної системи. Зауважте взаємозв'язок між щільністю і відстанню від Сонця

Це говорить про те, що різні планети, астероїди, місяця, об'єкти поясу Койпера, і т.п. повинні складатися з різних матеріалів. Важкі елементи періодичної таблиці, наприклад, повинні в основному присутні на Меркурії, а не, припустимо, Церере, яка, в свою чергу, повинна бути багатшими Плутона. Але думається, що універсальним повинен бути відсоток різних ізотопів одних і тих же елементів.

При формуванні Сонячної системи в ній повинен зберігатися певна пропорція, припустимо, вуглецю-12 до вуглецю-13 і до вуглецю-14. У вуглецю-14 за космічними мірками маленький період напіврозпаду (кілька тисяч років), тому весь доісторичний вуглець-14 вже зник. Але вуглець-12 і вуглець-13 стабільні, і значить, що при виявленні вуглецю по всій Сонячній системі у нього має бути один і той же відносний вміст ізотопів. Це стосується всіх стабільних і нестабільних елементів, і ізотопів Сонячної системи.

Кількість елементів в сьогоднішньому Всесвіті, виміряний по нашій Сонячній системі

Оскільки Сонячній системі вже мільярди років, ми можемо шукати ізотопи з періодами напіврозпаду в мільярди років. Згодом ці ізотопи будуть розпадатися, і вивчаючи пропорції продуктів розпаду по відношенню до початкового залишився матеріалу, ми можемо визначити, скільки часу пройшло з моменту формування цих об'єктів.

Для цієї мети найбільш надійними елементами будуть уран і торій. У урану є два основних, що зустрічаються в природі ізотопу, U-238 і U-235, і вони відрізняються продуктами і швидкістю розпаду, однак, що знаходяться в межах мільярдів років. У торію найбільш корисним ізотопом виявляється Th-232.

Але найцікавіше - найкраще свідчення віку Землі і Сонячної системи виявляється зовсім не на Землі!

Малюнок художника із зображенням зіткнення, яке 466 млн років тому породило безліч падаючих сьогодні метеоритів

Метеорити - помічники

На Землю падало досить багато метеоритів, і ми виміряли і проаналізували їх склад за елементами і ізотопів. Головним чином ми спостерігаємо за свинцем: ставлення Pb-207 до Pb-206 змінюється з часом через розпад U-235 (що призводить до появи Pb-207) і U-238 (звідки з'являється Pb-206).

Розцінюючи Землю і метеорити як частини однієї розвивалася системи - тобто, що відносини кількості ізотопів в них повинні бути однаковими - ми можемо подивитися на найстаріші з знайдених на Землі свинцевих руд, щоб підрахувати вік Землі, метеоритів і Сонячної системи.

Це досить непогана оцінка, яка дає нам цифру порядку 4,54 мільярди років. Похибка оцінки не перевищує 1%, але це все ж невизначеність розміром в десятки мільйонів років.

Метеорний дощ Леоніди 1997 року, вид з космосу. Коли метеори стикаються з верхньою частиною атмосфери Землі, вони згорають і породжують яскраві рисочки і спалахи світла, які ми пов'язуємо з метеорними дощами. Іноді падаючий камінь виявляється досить великим, щоб досягти поверхні, і стає метеоритом

Але ми можемо зробити краще, ніж просто зібрати все разом! Звичайно, це дає хорошу загальну оцінку, але ми думаємо, що Земля і Місяць молодше метеоритів.

• Ми можемо вивчити найстаріші метеорити, або ті, що демонструють найбільш велике відношення ізотопів свинцю, щоб спробувати оцінити вік Сонячної системи. Ми отримаємо цифру в 4,568 мільярди років.
• Ми можемо вивчити місячні камені, які не піддаються геологічним змін, які проходили на Землі. Їх вік становить 4,51 мільярди років.

І, нарешті, ми можемо перевірити самі себе. Все це було засновано на припущенні, що ставлення U-238 до U-235 однаково по всій Сонячній системі. Але нові свідоцтва, отримані за останні 10 років, показали, що це, ймовірно, не так.

Існують місця, де U-235 збагачений на 6% більше типового значення. Згідно Грегорі Бреннеке:

З 1950-х, або навіть ще раніше, ніхто не міг виявити різниці в пропорціях урану. Тепер ми змогли знайти невеликі відмінності. І це була проблемою для декількох людей в області геохронологии. Щоб точно сказати, що нам відомий вік Сонячної системи на підставі віку каменів, вони обов'язково повинні збігатися один з одним.

Але два роки тому було виявлено рішення проблеми: ще один елемент відіграє свою роль. Кюрій, елемент більш важкий і з меншим періодом напіврозпаду, ніж навіть плутоній, при розпаді перетворюється в U-235, що пояснює ці відмінності. В результаті похибка [визначення віку] становить всього кілька мільйонів років.

Протопланетні диски, з яких, як вважається, формуються зоряні системи, з часом зберуться в планети, як на малюнку. Важливо зрозуміти, що центральна зірка, окремі планети і залишився початковий матеріал (який, наприклад, може перетворитися в астероїди), можуть відрізнятися за віком на десятки мільйонів років

Так що, в цілому, ми можемо сказати, що найстаріший з відомих нам в Сонячній системі твердих матеріалів датується 4,568 мільярда років, з похибкою в 1 млн років. Земля і Місяць приблизно на 60 млн років молодше, вони прийняли свою остаточну форму пізніше. Крім того, ми не можемо дізнатися про це, вивчаючи тільки Землю.

Але Сонце, як не дивно, може бути трохи старше, оскільки його поява має передувати появі твердих об'єктів, що становлять інші компоненти Сонячної системи.

Сонце може бути на десятки мільйонів років старше найстаріших каменів Сонячної системи, можливо, наближаючись до позначки в 4,6 млрд років. Головне - шукати всі відповіді за межами Землі. За іронією, це єдиний спосіб точно дізнатися вік нашої власної планети! опубліковано econet.ru

Якщо у вас виникли питання по цій темі, задайте їх фахівцям і читачам нашого проекту тут .

PS І пам'ятайте, всього лише змінюючи своє споживання - ми разом змінюємо світ! © econet