Suprasti aplinkinį pasaulį neįmanoma nesuvokiant istorinių senienų amžiaus ir to, kiek ilgai egzistavo pats pasaulis - mūsų Visata. Mokslininkai sukūrė daugybę metodų, kaip nustatyti archeologinių radinių amžių ir nustatyti istorinių įvykių datas. Šiandien chronologinis laikas žymi ir senovės ugnikalnių išsiveržimų datas, ir žvaigždžių, kurias matome naktiniame danguje, gimimo datas. Šiandien mes jums papasakosime apie pagrindinius pasimatymų būdus.
- „Salik.biz“
Archeologiniai radiniai
Archeologinių radinių amžius, žinoma, visi prisimena radijo angliavandenilių metodą. Tai bene garsiausias, nors ir ne vienintelis, senovės laikų pasimatymų metodas. Žinomas ir dėl nuolatinės kritikos, kurią jis patiria. Taigi, kas yra šis metodas, kas ir kaip jis naudojamas?
Pirmiausia reikia pasakyti, kad šis metodas su labai retomis išimtimis naudojamas tik pasimatymų objektams ir biologinės kilmės medžiagoms. T. y., Visko, kas kadaise buvo gyva, amžius. Be to, mes kalbame apie pasimatymą būtent su biologinio objekto mirties akimirka. Pavyzdžiui, asmuo, rastas po žemės drebėjimo sugriauto namo griuvėsiais, arba medis, nukritęs statyti laivo. Pirmuoju atveju tai leidžia nustatyti apytikslį žemės drebėjimo laiką (jei jis nebuvo žinomas iš kitų šaltinių), antruoju - apytikslę laivo pastatymo datą. Pavyzdžiui, jie datavo ugnikalnio išsiveržimą Santorinio saloje, kuris yra vienas svarbiausių senovės istorijos įvykių, galimas bronzos amžiaus apokalipsės priežastis. Analizei mokslininkai paėmė alyvmedžio šaką, rastą kasinėjant vulkaninę žemę.
Kodėl organizmo mirties momentas yra svarbus? Yra žinoma, kad anglies junginiai sudaro gyvybės pagrindą mūsų planetoje. Gyvieji organizmai ją gauna pirmiausia iš atmosferos. Su mirtimi sustoja anglies mainai su atmosfera. Tačiau anglis mūsų planetoje, nors ir užima vieną periodinės lentelės langelį, yra skirtinga. Žemėje yra trys anglies izotopai, du stabilūs - 12C ir 13C ir vienas radioaktyvus, skiliantis - 14C. Kol organizmas gyvas, stabilių ir radioaktyvių izotopų santykis jame yra toks pat kaip atmosferoje. Kai tik anglies mainai sustoja, nestabiliojo izotopo 14C (radioaktyviojo anglies) kiekis pradeda mažėti dėl skilimo ir keičiasi santykis. Maždaug po 5700 metų radioaktyviojo anglies kiekis sumažėja perpus - procesas vadinamas pusinės eliminacijos periodu.
Radioaktyviosios anglis susidaro viršutinėje atmosferoje iš azoto, o vėliau radioaktyvaus skilimo metu ji virsta azotu
Reklaminis vaizdo įrašas:
wikimedia.org
Radiokarbonato pažinčių metodas buvo sukurtas Willard Libby. Iš pradžių jis darė prielaidą, kad anglies izotopų santykis atmosferoje laike ir erdvėje nesikeičia, o gyvų organizmų izotopų santykis atitinka santykį atmosferoje. Jei taip, tada išmatuodami šį santykį turimame archeologiniame pavyzdyje galime nustatyti, kada jis atitiko atmosferos atmosferą. Arba gaukite vadinamąjį „begalinį amžių“, jei mėginyje nėra radijo angliavandenilių.
Šis metodas neleidžia pažvelgti į praeitį. Jo teorinis gylis yra 70 000 metų (13 pusinės eliminacijos periodų). Maždaug per tą laiką nestabili anglis visiškai suirs. Tačiau praktinė riba yra 50 000–60 000 metų. Tai nebeįmanoma, įrangos tikslumas neleidžia. Jie gali išmatuoti „Ledo žmogaus“amžių, tačiau nebeįmanoma įsigilinti į planetos istoriją prieš pasirodant žmogui ir nustatyti, pavyzdžiui, dinozaurų liekanų amžių. Be to, radiokarbono metodas yra vienas labiausiai kritikuojamų. Prieštaravimai, apsupti Turino drobulės ir relikvijos amžiaus nustatymo metodo analizė, yra tik viena iš šio metodo netobulumo iliustracijų. Koks yra pavyzdys užteršiant anglies izotopu pasibaigus anglies mainams su atmosfera. Ne visuomet aišku, ar objektas, paimtas analizei, yra visiškai be anglies,atvežti po, pavyzdžiui, bakterijų ir mikroorganizmų, kurie įsikūrė ant objekto.
Pažymėtina, kad pradėjus taikyti metodą paaiškėjo, kad laikui bėgant atmosferoje pasikeitė izotopų santykis. Todėl mokslininkams reikėjo sukurti vadinamąją kalibravimo skalę, pagal kurią per metus buvo pastebimi radijo angliavandenilių kiekio pokyčiai atmosferoje. Tam buvo paimti daiktai, kurių pasimatymai yra žinomi. Dendrochronologija, mokslas, paremtas medžių žiedų tyrimais, atėjo į pagalbą mokslininkams.
Iš pradžių minėjome, kad retais atvejais šis metodas taikomas nebiologinės kilmės objektams. Tipiškas pavyzdys yra senoviniai pastatai, kurių skiedinyje buvo naudojama negesinta kalkė CaO. Kartu su atmosferoje esančiu vandeniu ir anglies dioksidu, kalkės virto kalcio karbonatu CaCO3. Šiuo atveju anglies mainai su atmosfera sustojo nuo to momento, kai skiedinys sukietėjo. Tokiu būdu galite nustatyti daugelio senovės pastatų amžių.
Dinozaurų ir senovės augalų liekanos
Dabar pakalbėkime apie dinozaurus. Kaip žinote, dinozaurų era buvo palyginti mažas (žinoma, atsižvelgiant į Žemės geologinės istorijos standartus) laikotarpis, kuris truko 186 milijonus metų. Mezozojaus era, kaip ji yra paskirta mūsų planetos geochronologiniu mastu, prasidėjo maždaug prieš 252 milijonus metų ir baigėsi prieš 66 milijonus metų. Tuo pačiu metu mokslininkai užtikrintai ją suskirstė į tris laikotarpius: triaso, juros ir kreidos. Ir kiekvienam jie nustatė savo dinozaurus. Bet kaip? Juk radioaktyviojo anglies metodas tokiais laikotarpiais netaikomas. Daugeliu atvejų dinozaurų, kitų senovės būtybių, taip pat senovės augalų liekanų amžius nustatomas pagal laiką, per kurį buvo rastos uolienos. Jei viršutinės triaso uolose buvo rasta dinozauro liekanų, ir tai yra prieš 237–201 milijoną metų, tada dinozauras gyveno šiuo metu. Dabar klausimas yra toks:kaip nustatyti šių uolienų amžių?
Dinozaurai išlikę senovės uoloje
reljefas.org
Mes jau sakėme, kad radijo angliavandenilių metodas gali būti naudojamas ne tik nustatant biologinės kilmės objektų amžių. Bet anglies izotopo pusinės eliminacijos laikas yra per trumpas, o nustatant tų pačių geologinių uolienų amžių jis netaikomas. Šis metodas, nors ir garsiausias, yra tik vienas iš radioizotopų pažinimo būdų. Gamtoje yra ir kitų izotopų, kurių pusinės eliminacijos laikas yra ilgesnis ir žinomas. Ir mineralai, kurie gali būti naudojami senėjimui, tokie kaip cirkonis.
Tai labai naudingas mineralas nustatant amžių naudojant urano-švino pažintį. Pradinis taškas nustatant amžių bus cirkonio kristalizacijos momentas, panašus į biologinio objekto mirties momentą radiokarbono metodu. Cirkono kristalai paprastai yra radioaktyvūs, nes juose yra radioaktyviųjų elementų priemaišų ir, svarbiausia, urano izotopų. Beje, radijo angliavandenilių metodas taip pat galėtų būti vadinamas anglies-azoto metodu, nes anglies izotopo skilimo produktas yra azotas. Bet kurie iš mėginio azoto atomų buvo suformuoti dėl puvimo, o kurie iš pradžių ten buvo, mokslininkai negali nustatyti. Todėl, skirtingai nuo kitų radioizotopų metodų, taip svarbu žinoti radiokarbono koncentracijos pokyčius planetos atmosferoje.
Cirkono kristalas
wikimedia.org
Taikant urano-švino metodą, skilimo produktas yra izotopas, kuris įdomus tuo, kad jo anksčiau negalėjo būti mėginyje arba jo pradinė koncentracija iš pradžių buvo žinoma. Mokslininkai įvertina dviejų urano izotopų skilimo laiką, kurio skilimas baigiasi susidarius dviem skirtingiems švino izotopams. Tai yra, nustatomas pradinių izotopų ir dukterinių produktų koncentracijos santykis. Radioizotopų metodus mokslininkai taiko dulkioms uolienoms ir parodo laiką, praėjusį nuo sukietėjimo.
Žemė ir kiti dangaus kūnai
Geologinių uolienų amžiui nustatyti naudojami kiti metodai: kalio argonas, argono argonas, švinas. Pastarojo dėka buvo įmanoma nustatyti Saulės sistemos planetų susidarymo laiką ir atitinkamai mūsų planetos amžių, nes manoma, kad visos sistemos planetos buvo suformuotos beveik vienu metu. 1953 m. Amerikiečių geochemikas Clare'as Pattersonas išmatavo švino izotopų santykį meteorito, nukritusio apie 20–40 tūkstančių metų, pavyzdžiuose teritorijoje, kurią dabar užima Arizonos valstija. Rezultatas buvo patikslintas Žemės amžiaus įvertis iki 4.550 milijardų metų. Antžeminių uolienų analizė taip pat pateikia panašios eilės duomenis. Taigi, Hadsono įlankos Kanadoje krantuose aptikti akmenys yra 4,28 milijardo metų. Taip pat Kanadoje yra pilkosios gneizės (uolienos,chemiškai panašus į granitus ir molio skalūnus), kurie ilgą laiką laikėsi švino amžiumi, buvo apytiksliai 3,92–4,03 milijardo metų. Šis metodas yra taikomas viskam, ką galime „pasiekti“Saulės sistemoje. Į Žemę atsineštų mėnulio uolienų pavyzdžių analizė parodė, kad jų amžius yra 4,47 milijardo metų.
Tačiau su žvaigždėmis viskas yra visiškai kitaip. Jie yra toli nuo mūsų. Gauti žvaigždės gabalą išmatuoti jos amžių yra nerealu. Bet vis dėlto mokslininkai žino (arba yra tikri), kad, pavyzdžiui, arčiausia mums žvaigždė, Kentauros „Proxima“, yra tik šiek tiek senesnė už mūsų Saulę: ji yra 4,85 milijardo metų, Saulė yra 4,57 milijardo metų. Naktinio dangaus deimantas Sirijus yra paauglys: jam yra maždaug 230 milijonų metų. „Šiaurės žvaigždė“yra dar mažiau: 70–80 milijonų metų. Santykinai kalbant, Sirijus dinozaurų eros pradžioje įsižiebė danguje, o jau pabaigoje - Šiaurės žvaigždė. Taigi, kaip mokslininkai žino žvaigždžių amžių?
Negalime nieko iš tolimų žvaigždžių priimti, išskyrus jų šviesą. Bet tai jau yra daug. Tiesą sakant, tai yra žvaigždės gabalas, leidžiantis nustatyti jo cheminę sudėtį. Žinant, iš ko pagaminta žvaigždė, būtina nustatyti jos amžių. Per savo gyvenimą žvaigždės evoliucionuoja, eidamos į visas stadijas, pradedant protostars ir baigiant baltosiomis nykštukėmis. Dėl žvaigždėje vykstančių termobranduolinių reakcijų, joje esančių elementų sudėtis nuolat kinta.
Iškart po gimimo žvaigždė patenka į vadinamąją pagrindinę seką. Pagrindinės sekos žvaigždės (įskaitant mūsų Saulę) daugiausia sudarytos iš vandenilio ir helio. Termobranduolinių vandenilio perdegimo reakcijų metu žvaigždės šerdyje didėja helio kiekis. Vandenilio degimo stadija yra ilgiausias žvaigždės gyvenimo laikotarpis. Šiame etape žvaigždė yra apie 90% jai skirto laiko. Pravažiavimo per etapus greitis priklauso nuo žvaigždės masės: kuo ji didesnė, tuo greičiau žvaigždė susitraukia ir tuo greičiau „išdega“. Žvaigždė išlieka pagrindine seka tol, kol jos šerdyje išdega vandenilis. Likusių etapų, per kuriuos sunkesni elementai išdega, trukmė yra mažesnė nei 10%. Taigi, kuo senesnė pagrindinės sekos žvaigždė, tuo daugiau helio ir mažiau vandenilio joje yra.
Prieš porą šimtų metų atrodė, kad niekada negalėsime sužinoti žvaigždžių sudėties. Bet spektrinės analizės atradimas XIX amžiaus viduryje mokslininkams davė galingą įrankį tiriant tolimus objektus. Bet pirmiausia Izaokas Niutonas 18-ojo amžiaus pradžioje per prizmę baltąją šviesą suskaidė į atskirus skirtingų spalvų komponentus - saulės spektrą. Po 100 metų, 1802 m., Anglų mokslininkas Williamas Wollastonas atidžiai apžiūrėjo saulės spektrą ir jame aptiko siaurų tamsių linijų. Jis jiems neskyrė daug reikšmės. Tačiau netrukus vokiečių fizikas ir optikas Josefas Fraunhoferis juos ištiria ir išsamiai aprašo. Be to, jis juos paaiškina saulės spinduliuotės sugertomis saulės atmosferos dujomis. Be saulės spektro, jis tiria Veneros ir Sirijaus spektrą ir ten randa panašias linijas. Jie taip pat randami šalia dirbtinių šviesos šaltinių. Ir tik 1859 m. Vokiečių chemikai Gustavas Kirchhoffas ir Robertas Bunsenas atliko daugybę eksperimentų, kurių metu buvo padaryta išvada, kad kiekvieno cheminio elemento spektras turi savo liniją. Taigi, atsižvelgiant į dangaus kūnų spektrą, galima padaryti išvadas apie jų sudėtį.
Saulės fotoferos spektras ir Fraunhoferio absorbcijos linijos
wikimedia.org
Metodiką iš karto pritaikė mokslininkai. Ir netrukus Saulės kompozicijoje buvo rastas nežinomas elementas, kurio nebuvo rasta Žemėje. Tai buvo helis (iš „helios“- saulė). Tik šiek tiek vėliau jis buvo atrastas Žemėje.
Mūsų Saulėje yra 73,46% vandenilio ir 24,85% helio, kitų elementų dalis yra nereikšminga. Tarp jų, beje, yra ir metalų, kurie kalba ne tiek apie amžių, kiek apie mūsų žvaigždės „paveldimumą“. Saulė yra jauna trečiosios kartos žvaigždė, o tai reiškia, kad ji buvo suformuota iš to, kas liko iš pirmosios ir antros kartos žvaigždžių. Tai yra, tos žvaigždės, kurių branduoliuose buvo susintetinti šie metalai. Saulėje dėl akivaizdžių priežasčių to dar neįvyko. Saulės kompozicija leidžia pasakyti, kad ji yra 4,57 milijardo metų. Iki 12,2 milijardo metų Saulė išeis iš pagrindinės sekos ir taps raudonu milžinu, tačiau ilgai iki šio momento gyvenimas Žemėje bus neįmanomas.
Pagrindinė mūsų galaktikos populiacija yra žvaigždės. „Galaktikos“amžių lemia seniausi aptikti objektai. Šiandien seniausios galaktikos žvaigždės yra raudonoji milžinė HE 1523-0901 ir Metususelah žvaigždė arba HD 140283. Abi žvaigždės yra Svarstyklių kryptimi, o jų amžius yra maždaug 13,2 milijardo metų.
Beje, HE 1523-0901 ir HD 140283 nėra tik labai senos žvaigždės, tai yra antros kartos žvaigždės, kurių kompozicijoje metalo kiekis yra nereikšmingas. Tai yra, žvaigždės, priklausančios kartai, buvusiai prieš mūsų Saulę ir jos „bendraamžius“.
Kitas seniausias objektas, kai kuriais vertinimais, yra rutulinis žvaigždžių klasteris NGC6397, kurio žvaigždės yra 13,4 milijardo metų. Šiuo atveju mokslininkų vertinimu, intervalas tarp pirmosios kartos žvaigždžių susidarymo ir antrosios gimimo yra 200-300 milijonų metų. Šie tyrimai leidžia mokslininkams teigti, kad mūsų galaktika yra 13,2–13,6 milijardo metų.
Visata
Kaip ir „Galaktika“, Visatos amžių galima numanyti nustatant, kiek seniausių jos objektų yra. Iki šiol galaktika GN-z11, esanti Ursa Major žvaigždyno kryptimi, laikoma seniausia tarp mums žinomų objektų. Šviesa iš galaktikos užtruko 13,4 milijardo metų, tai reiškia, kad ji buvo skleidžiama 400 milijonų metų po Didžiojo sprogimo. Ir jei šviesa nuėjo ilgą kelią, Visata negali turėti mažesnio amžiaus. Bet kaip buvo nustatyta ši data?
2016 m. Galaktika GN-z11 yra toliausiai žinomas objektas Visatoje.
wikimedia.org
Skaičius 11 galaktikos žymėjime rodo, kad jos raudonasis poslinkis yra z = 11,1. Kuo aukštesnis šis rodiklis, tuo objektas yra toliau nuo mūsų, tuo ilgiau šviesa iš jo sklido ir senesnis objektas. Ankstesnio amžiaus čempiono, „Egsy8p7“galaktikos, raudonojo poslinkio vertė z = 8,68 (13,1 milijardo šviesmečių nutolusi nuo mūsų). Varžovas dėl stažo yra galaktika UDFj-39546284, tikriausiai turi z = 11,9, tačiau tai dar nėra visiškai patvirtinta. Visatos amžius negali būti jaunesnis už šių objektų.
Šiek tiek anksčiau mes kalbėjome apie žvaigždžių spektrus, kurie nustato jų cheminių elementų sudėtį. Žvaigždės ar galaktikos, kuri tolsta nuo mūsų, spektre vyksta cheminių elementų spektrinių linijų poslinkis į raudonąją (ilgųjų bangų) pusę. Kuo toliau objektas nuo mūsų, tuo didesnis jo raudonasis poslinkis. Linijų poslinkis į violetinę (trumpųjų bangų) pusę, artėjant prie objekto, vadinamas mėlynu arba violetiniu. Vienas šio reiškinio paaiškinimas yra visur paplitęs Doplerio efektas. Jie, pavyzdžiui, paaiškina pravažiuojančio automobilio sirenos tono sumažėjimą arba skraidančio lėktuvo variklio garsą. Daugelio kamerų darbas nustatant pažeidimus yra pagrįstas Doplerio efektu.
Spektrinės linijos pasislinko į raudoną pusę
wikimedia.org
Taigi, žinoma, kad visata plečiasi. Ir žinodami jos plėtimosi greitį, galite nustatyti visatos amžių. Konstanta, rodanti greitį, kuriuo dvi galaktikos, atskirtos 1 Mpc (megaparsec) atstumu, skrieja skirtingomis kryptimis, vadinama Hablo konstanta. Bet kad galėtų nustatyti Visatos amžių, mokslininkams reikėjo žinoti jos tankį ir sudėtį. Šiuo tikslu kosmoso observatorijos WMAP (NASA) ir Planck (Europos kosmoso agentūra) buvo išsiųstos į kosmosą. WMAP duomenys leido nustatyti visatos amžių 13,75 milijardo metų. Duomenys iš Europos palydovo, paleisto po aštuonerių metų, leido patikslinti reikiamus parametrus, o visatos amžius buvo nustatytas 13,81 milijardo metų.
Kosminės observatorijos plankas
esa.int
Sergejus Sobolas