Какой возраст солнечной системы: откуда нам известен возраст Солнечной системы? / Хабр

откуда нам известен возраст Солнечной системы? / Хабр

Представление художника о молодой звезде, окружённой протопланетным диском. У протопланетных дисков, принадлежащих солнцеподобным звёздам, есть множество неизвестных свойств, включая и элементарную сегрегацию различных типов атомов

Миллиарды лет назад, в каком-то забытом уголке Млечного Пути, молекулярное облако, не отличающееся от множества остальных, сжалось и сформировало новые звёзды. Одна из них появилась в относительной изоляции, собирая материал из окружающего её протопланетного диска, который, в итоге, превратился в наше Солнце, восемь планет и всю остальную Солнечную систему. Сегодня учёные заявляют, что Солнечной системе 4,6 млрд лет, плюс-минус несколько миллионов. Но откуда мы это знаем? Равен ли возраст, допустим, Земли и Солнца? Именно это хочет узнать наш читатель:

Откуда нам известен возраст Солнечной системы? Я весьма смутно представляю себе процесс измерения возраста камня с тех пор, как он был жидким, но примерно 4,5 млрд лет назад Тейя столкнулась с протоземлёй, сделав жидким практически всё. Откуда мы знаем, что мы определяем возраст Солнечной системы, а не просто находим десятки новых способов определения даты столкновения с Тейей?


Отличный вопрос, полный нюансов – но наука справится с такой задачей. Вот вам история того, как всё было.

Разрывы, комки материи, спиральные формы и другие асимметрии демонстрируют свидетельства происходящего формирования планет в протопланетном диске вокруг Elias 2-27. Однако какой возраст окажется у различных компонентов системы, которые сформируются в итоге, в общем случае сказать нельзя.

Нам довольно многое известно по поводу возраста и происхождения нашей Солнечной системы. Мы очень многое узнали, наблюдая за формированием других звёзд, изучая удалённые регионы зарождения звёзд, измеряя протопланетные диски, наблюдая за тем, как звёзды проходят различные этапы жизненного цикла, и т.д. Но каждая система развивается по своему, и здесь, в нашей Солнечной системе, через миллиарды лет после появления Солнца и планет остались лишь выжившие объекты.

Изначально все звёзды формируются из предзвёздной туманности, собирающей вместе материю, с объёмным внешним слоем, остающимся холодным, где собираются аморфные силикаты, углеродные компоненты и лёд. Как только в предзвёздной туманности появляется протозвезда, а потом и настоящая звезда, этот внешний материал начинает притягиваться и формировать более крупные комки.


Со временем комки вырастают, перемещаются ближе к центру, взаимодействуют, сливаются, сдвигаются и, возможно, даже выбрасывают друг друга из системы. За промежуток времени от сотен тысяч до миллионов лет после появления звезды появляются и планеты – на космических масштабах это довольно быстро. И хотя, вероятно, в Солнечной системе было множество промежуточных объектов, по прошествии нескольких миллионов лет Солнечная система стала выглядеть очень похоже на то, что мы имеем сегодня.

Но в ней могли быть и очень важные отличия. Тут мог существовать пятый газовый гигант; четыре оставшихся у нас гиганта могли быть гораздо ближе к Солнцу, и затем отодвинуться дальше; и, что самое важное, между Венерой и Марсом, скорее всего, был не один, а два мира: Протоземля и меньший мир размером с Марс, Тейя. Гораздо позже, возможно, через десятки миллионов лет после формирования других планет, Земля и Тейя столкнулись.

Модель ударного формирования постулирует, что тело размером с Марс столкнулось с ранней Землёй, а осколки, не упавшие обратно, сформировали Луну. Земля и Луна, в результате, должны быть моложе остальной Солнечной системы.

Именно в этом столкновении, как мы подозреваем, и появилась Луна: мы называем это явление гипотезой гигантского столкновения. Схожесть лунных камней, привезённых миссией «Аполло», с земным составом, заставило нас подозревать, что Луна сформировалась из Земли. Другие каменистые планеты, которым подозрительно не хватает крупных спутников, скорее всего, не пережили таких крупных столкновений в своей истории.

Газовые гиганты, обладая гораздо большей массой, чем остальные, смогли удержать водород и гелий (самые лёгкие элементы), существовавшие, когда Солнечная система только начала формироваться; с других миров большую часть этих элементов сдуло. Благодаря слишком большой энергии Солнца и недостаточно сильной для их удержания гравитации, Солнечная система начала принимать известную нам сегодня форму.

Иллюстрация молодой звёздной системы Бета Живописца, в чём-то аналогичной нашей Солнечной системе, во время её формирования. Внутренние миры не смогут удержать водород и гелий, если только не будут достаточно массивными.

Но теперь уже прошли миллиарды лет. Откуда нам известен возраст Солнечной системы? Совпадает ли возраст Земли с возрастом других планет; можем ли мы обнаружить эту разницу?

Самый точный ответ, как это ни удивительно, даёт геофизика. И это не обязательно означает «физику Земли», это может быть физика всяческих камней, минералов и твёрдых тел. Все такие объекты содержат множество элементов периодической таблицы, и различные плотности и составы соответствуют тому, в каком месте Солнечной системы, в смысле расстояния от Солнца, они сформировались.

Плотности разных тел Солнечной системы. Заметьте взаимосвязь между плотностью и расстоянием от Солнца

Это говорит о том, что различные планеты, астероиды, луны, объекты пояса Койпера, и т.п. должны состоять из различных материалов. Тяжёлые элементы периодической таблицы, к примеру, должны в основном присутствовать на Меркурии, а не, допустим, Церере, которая, в свою очередь, должна быть богаче Плутона. Но думается, что универсальным должен быть процент различных изотопов одних и тех же элементов.

При формировании Солнечной системы в ней должен сохраняться определённая пропорция, допустим, углерода-12 к углероду-13 и к углероду-14. У углерода-14 по космическим меркам маленький период полураспада (несколько тысяч лет), поэтому весь доисторический углерод-14 уже исчез. Но углерод-12 и углерод-13 стабильны, и значит, что при обнаружении углерода по всей Солнечной системе у него должно быть одно и то же относительное содержание изотопов. Это касается всех стабильных и нестабильных элементов, и изотопов Солнечной системы.

Количество элементов в сегодняшней Вселенной, измеренное по нашей Солнечной системе

Поскольку Солнечной системе уже миллиарды лет, мы можем искать изотопы с периодами полураспада в миллиарды лет. Со временем эти изотопы будут распадаться, и изучая пропорции продуктов распада по отношению к изначальному оставшемуся материалу, мы можем определить, сколько времени прошло с момента формирования этих объектов. Для этой цели наиболее надёжными элементами будут уран и торий. У урана есть два основных, встречающихся в природе изотопа, U-238 и U-235, и они отличаются продуктами и скоростью распада, однако, находящимися в пределах миллиардов лет. У тория наиболее полезным изотопом оказывается Th-232.

Но самое интересное – лучшее свидетельство возраста Земли и Солнечной системы обнаруживается вовсе не на Земле!

Рисунок художника с изображением столкновения, которое 466 млн лет назад породило множество падающих сегодня метеоритов

На Землю падало достаточно много метеоритов, и мы измерили и проанализировали их состав по элементам и изотопам. Главным образом мы наблюдаем за свинцом: отношение Pb-207 к Pb-206 меняется со временем из-за распада U-235 (что приводит к появлению Pb-207) и U-238 (откуда появляется Pb-206). Расценивая Землю и метеориты как части одной развивавшейся системы – то есть, что отношения количества изотопов в них должны быть одинаковыми – мы можем посмотреть на самые старые из найденных на Земле свинцовых руд, чтобы подсчитать возраст Земли, метеоритов и Солнечной системы.

Это довольно неплохая оценка, дающая нам цифру порядка 4,54 млрд лет. Погрешность оценки не превышает 1%, но это всё же неопределённость размером в десятки миллионов лет.

Метеорный дождь Леониды 1997 года, вид из космоса. Когда метеоры сталкиваются с верхней частью атмосферы Земли, они сгорают и порождают яркие чёрточки и вспышки света, которые мы связываем с метеорными дождями. Иногда падающий камень оказывается достаточно большим, чтобы достичь поверхности, и становится метеоритом.

Но мы можем поступить лучше, чем просто собрать всё вместе! Конечно, это даёт хорошую общую оценку, но мы думаем, что Земля и Луна моложе метеоритов.

  • Мы можем изучить самые старые метеориты, или те, что демонстрируют наиболее крупное отношение изотопов свинца, чтобы попробовать оценить возраст Солнечной системы. Мы получим цифру в 4,568 млрд лет.

  • Мы можем изучить лунные камни, не подверженные геологическим изменениям, какие проходили на Земле. Их возраст составляет 4,51 млрд лет.


И, наконец, мы можем проверить сами себя. Всё это было основано на предположении, что отношение U-238 к U-235 одинаково по всей Солнечной системе. Но новые свидетельства, полученные за последние 10 лет, показали, что это, вероятно, не так.

Существуют места, где U-235 обогащён на 6% больше типичного значения. Согласно Грегори Бреннеке:

С 1950-х, или даже ещё раньше, никто не мог обнаружить разницы в пропорциях урана. Теперь мы смогли найти небольшие различия. И это была проблемой для нескольких людей в области геохронологии. Чтобы точно сказать, что нам известен возраст Солнечной системы на основании возраста камней, они обязательно должны совпадать друг с другом.

Но два года назад было обнаружено решение проблемы: ещё один элемент играет свою роль. Кюрий, элемент более тяжёлый и с меньшим периодом полураспада, чем даже плутоний, при распаде превращается в U-235, что объясняет эти различия. В результате погрешность [определения возраста] составляет всего несколько миллионов лет.

Протопланетные диски, из которых, как считается, формируются звёздные системы, со временем соберутся в планеты, как на рисунке. Важно понять, что центральная звезда, отдельные планеты и оставшийся изначальный материал (который, к примеру, может превратиться в астероиды), могут отличаться по возрасту на десятки миллионов лет.

Так что, в целом, мы можем сказать, что старейший из известных нам в Солнечной системе твёрдых материалов датируется 4,568 млрд лет, с погрешностью в 1 млн лет. Земля и Луна примерно на 60 млн лет моложе, они приняли свою окончательную форму позже. Кроме того, мы не можем узнать это, изучая только Землю.

Но Солнце, как ни удивительно, может быть немного старше, поскольку его появление должно предшествовать появлению твёрдых объектов, составляющих остальные компоненты Солнечной системы. Солнце может быть на десятки миллионов лет старше самых старых камней Солнечной системы, возможно, приближаясь к отметке в 4,6 млрд лет. Главное – искать все ответы за пределами Земли. По иронии, это единственный способ точно узнать возраст нашей собственной планеты!

Откуда нам известен возраст Солнечной системы?

Астрономы и астрофизики с уверенностью определяют возраст солнечной системы. Но каким образом они датируют происхождение нашего мира?

Миллиарды лет назад, в каком-то забытом уголке Млечного Пути, молекулярное облако, не отличающееся от множества остальных, сжалось и сформировало новые звёзды. Одна из них появилась в относительной изоляции, собирая материал из окружающего её протопланетного диска, который, в итоге, превратился в наше Солнце, восемь планет и всю остальную Солнечную систему.

Сегодня учёные заявляют, что Солнечной системе 4,6 млрд лет, плюс-минус несколько миллионов. Но откуда мы это знаем? Равен ли возраст, допустим, Земли и Солнца? 

Отличный вопрос, полный нюансов – но наука справится с такой задачей. Вот вам история того, как всё было.

Разрывы, комки материи, спиральные формы и другие асимметрии демонстрируют свидетельства происходящего формирования планет в протопланетном диске вокруг Elias 2-27. Однако какой возраст окажется у различных компонентов системы, которые сформируются в итоге, в общем случае сказать нельзя.

Как  формируются звезды

Нам довольно многое известно по поводу возраста и происхождения нашей Солнечной системы. Мы очень многое узнали, наблюдая за формированием других звёзд, изучая удалённые регионы зарождения звёзд, измеряя протопланетные диски, наблюдая за тем, как звёзды проходят различные этапы жизненного цикла, и т.д. Но каждая система развивается по своему, и здесь, в нашей Солнечной системе, через миллиарды лет после появления Солнца и планет остались лишь выжившие объекты.

Изначально все звёзды формируются из предзвёздной туманности, собирающей вместе материю, с объёмным внешним слоем, остающимся холодным, где собираются аморфные силикаты, углеродные компоненты и лёд. Как только в предзвёздной туманности появляется протозвезда, а потом и настоящая звезда, этот внешний материал начинает притягиваться и формировать более крупные комки.

Со временем комки вырастают, перемещаются ближе к центру, взаимодействуют, сливаются, сдвигаются и, возможно, даже выбрасывают друг друга из системы. За промежуток времени от сотен тысяч до миллионов лет после появления звезды появляются и планеты – на космических масштабах это довольно быстро.

И хотя, вероятно, в Солнечной системе было множество промежуточных объектов, по прошествии нескольких миллионов лет Солнечная система стала выглядеть очень похоже на то, что мы имеем сегодня.

Но в ней могли быть и очень важные отличия. Тут мог существовать пятый газовый гигант; четыре оставшихся у нас гиганта могли быть гораздо ближе к Солнцу, и затем отодвинуться дальше; и, что самое важное, между Венерой и Марсом, скорее всего, был не один, а два мира: Протоземля и меньший мир размером с Марс, Тейя. Гораздо позже, возможно, через десятки миллионов лет после формирования других планет, Земля и Тейя столкнулись.

Модель ударного формирования постулирует, что тело размером с Марс столкнулось с ранней Землёй, а осколки, не упавшие обратно, сформировали Луну. Земля и Луна, в результате, должны быть моложе остальной Солнечной системы

Именно в этом столкновении, как мы подозреваем, и появилась Луна: мы называем это явление гипотезой гигантского столкновения. Схожесть лунных камней, привезённых миссией «Аполло», с земным составом, заставило нас подозревать, что Луна сформировалась из Земли. Другие каменистые планеты, которым подозрительно не хватает крупных спутников, скорее всего, не пережили таких крупных столкновений в своей истории.

Газовые гиганты, обладая гораздо большей массой, чем остальные, смогли удержать водород и гелий (самые лёгкие элементы), существовавшие, когда Солнечная система только начала формироваться; с других миров большую часть этих элементов сдуло. Благодаря слишком большой энергии Солнца и недостаточно сильной для их удержания гравитации, Солнечная система начала принимать известную нам сегодня форму.

Иллюстрация молодой звёздной системы Бета Живописца, в чём-то аналогичной нашей Солнечной системе, во время её формирования. Внутренние миры не смогут удержать водород и гелий, если только не будут достаточно массивными

Геофизика

Но теперь уже прошли миллиарды лет. Откуда нам известен возраст Солнечной системы? Совпадает ли возраст Земли с возрастом других планет; можем ли мы обнаружить эту разницу?

Самый точный ответ, как это ни удивительно, даёт геофизика. И это не обязательно означает «физику Земли», это может быть физика всяческих камней, минералов и твёрдых тел. Все такие объекты содержат множество элементов периодической таблицы, и различные плотности и составы соответствуют тому, в каком месте Солнечной системы, в смысле расстояния от Солнца, они сформировались.

Плотности разных тел Солнечной системы. Заметьте взаимосвязь между плотностью и расстоянием от Солнца

Это говорит о том, что различные планеты, астероиды, луны, объекты пояса Койпера, и т.п. должны состоять из различных материалов. Тяжёлые элементы периодической таблицы, к примеру, должны в основном присутствовать на Меркурии, а не, допустим, Церере, которая, в свою очередь, должна быть богаче Плутона. Но думается, что универсальным должен быть процент различных изотопов одних и тех же элементов.

При формировании Солнечной системы в ней должен сохраняться определённая пропорция, допустим, углерода-12 к углероду-13 и к углероду-14. У углерода-14 по космическим меркам маленький период полураспада (несколько тысяч лет), поэтому весь доисторический углерод-14 уже исчез. Но углерод-12 и углерод-13 стабильны, и значит, что при обнаружении углерода по всей Солнечной системе у него должно быть одно и то же относительное содержание изотопов. Это касается всех стабильных и нестабильных элементов, и изотопов Солнечной системы.

Количество элементов в сегодняшней Вселенной, измеренное по нашей Солнечной системе

Поскольку Солнечной системе уже миллиарды лет, мы можем искать изотопы с периодами полураспада в миллиарды лет. Со временем эти изотопы будут распадаться, и изучая пропорции продуктов распада по отношению к изначальному оставшемуся материалу, мы можем определить, сколько времени прошло с момента формирования этих объектов.

Для этой цели наиболее надёжными элементами будут уран и торий. У урана есть два основных, встречающихся в природе изотопа, U-238 и U-235, и они отличаются продуктами и скоростью распада, однако, находящимися в пределах миллиардов лет. У тория наиболее полезным изотопом оказывается Th-232.

Но самое интересное – лучшее свидетельство возраста Земли и Солнечной системы обнаруживается вовсе не на Земле!

Рисунок художника с изображением столкновения, которое 466 млн лет назад породило множество падающих сегодня метеоритов

Метеориты — помошники

На Землю падало достаточно много метеоритов, и мы измерили и проанализировали их состав по элементам и изотопам. Главным образом мы наблюдаем за свинцом: отношение Pb-207 к Pb-206 меняется со временем из-за распада U-235 (что приводит к появлению Pb-207) и U-238 (откуда появляется Pb-206).

Расценивая Землю и метеориты как части одной развивавшейся системы – то есть, что отношения количества изотопов в них должны быть одинаковыми – мы можем посмотреть на самые старые из найденных на Земле свинцовых руд, чтобы подсчитать возраст Земли, метеоритов и Солнечной системы.

Это довольно неплохая оценка, дающая нам цифру порядка 4,54 млрд лет. Погрешность оценки не превышает 1%, но это всё же неопределённость размером в десятки миллионов лет.

Метеорный дождь Леониды 1997 года, вид из космоса. Когда метеоры сталкиваются с верхней частью атмосферы Земли, они сгорают и порождают яркие чёрточки и вспышки света, которые мы связываем с метеорными дождями. Иногда падающий камень оказывается достаточно большим, чтобы достичь поверхности, и становится метеоритом

Но мы можем поступить лучше, чем просто собрать всё вместе! Конечно, это даёт хорошую общую оценку, но мы думаем, что Земля и Луна моложе метеоритов.

  • Мы можем изучить самые старые метеориты, или те, что демонстрируют наиболее крупное отношение изотопов свинца, чтобы попробовать оценить возраст Солнечной системы. Мы получим цифру в 4,568 млрд лет.

  • Мы можем изучить лунные камни, не подверженные геологическим изменениям, какие проходили на Земле. Их возраст составляет 4,51 млрд лет.

И, наконец, мы можем проверить сами себя. Всё это было основано на предположении, что отношение U-238 к U-235 одинаково по всей Солнечной системе. Но новые свидетельства, полученные за последние 10 лет, показали, что это, вероятно, не так.

Существуют места, где U-235 обогащён на 6% больше типичного значения. Согласно Грегори Бреннеке:


С 1950-х, или даже ещё раньше, никто не мог обнаружить разницы в пропорциях урана. Теперь мы смогли найти небольшие различия. И это была проблемой для нескольких людей в области геохронологии. Чтобы точно сказать, что нам известен возраст Солнечной системы на основании возраста камней, они обязательно должны совпадать друг с другом.


Но два года назад было обнаружено решение проблемы: ещё один элемент играет свою роль. Кюрий, элемент более тяжёлый и с меньшим периодом полураспада, чем даже плутоний, при распаде превращается в U-235, что объясняет эти различия. В результате погрешность [определения возраста] составляет всего несколько миллионов лет.

Протопланетные диски, из которых, как считается, формируются звёздные системы, со временем соберутся в планеты, как на рисунке. Важно понять, что центральная звезда, отдельные планеты и оставшийся изначальный материал (который, к примеру, может превратиться в астероиды), могут отличаться по возрасту на десятки миллионов лет

Так что, в целом, мы можем сказать, что старейший из известных нам в Солнечной системе твёрдых материалов датируется 4,568 млрд лет, с погрешностью в 1 млн лет. Земля и Луна примерно на 60 млн лет моложе, они приняли свою окончательную форму позже. Кроме того, мы не можем узнать это, изучая только Землю.

Но Солнце, как ни удивительно, может быть немного старше, поскольку его появление должно предшествовать появлению твёрдых объектов, составляющих остальные компоненты Солнечной системы.

Солнце может быть на десятки миллионов лет старше самых старых камней Солнечной системы, возможно, приближаясь к отметке в 4,6 млрд лет. Главное – искать все ответы за пределами Земли. По иронии, это единственный способ точно узнать возраст нашей собственной планеты! опубликовано econet.ru  

Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта здесь.

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление — мы вместе изменяем мир! © econet

Откуда мы знаем возраст Солнечной системы?

ЕСО/л. Calçada

Миллиарды лет назад в каком-то забытом уголке Млечного Пути молекулярное облако, как и многие другие, коллапсировало, образуя новые звезды. Один из них сформировался в относительной изоляции, собирая материал в протопланетном диске вокруг себя и в конечном итоге сформировав наше Солнце, восемь планет и остальную часть нашей Солнечной системы. Сегодня ученые заявляют, что Солнечной системе 4,6 миллиарда лет, плюс-минус несколько миллионов лет. Но откуда мы это знаем? И, скажем, Земля и Солнце одного возраста? Это то, что наш сторонник Patreon, Denier, хочет знать в программе Ask Ethan на этой неделе:

Откуда мы знаем возраст нашей Солнечной системы? […] Я плохо понимаю концепцию датирования времени, прошедшего с тех пор, как камень стал жидким, но 4,5 миллиарда лет — это примерно то, как давно Тейя ударилась о прото-Землю, превратив в жидкость огромное количество всего. […] Откуда мы знаем, что мы действительно датируем Солнечную систему, а не просто находим десятки способов датировать столкновение с Теей?

Это отличный вопрос со множеством нюансов, но наука справится с ним. Вот история.

Л. Перес / Б. Сакстон / MPIfR / NRAO / AUI / NSF / ALMA / ESO / NAOJ / NASA / JPL Caltech / WISE Team

Мы довольно много знаем об истории нашей Солнечной системы и о том, как она возникла быть. Мы так многому научились, наблюдая за формированием других звезд, исследуя отдаленные области звездообразования, измеряя протопланетные диски, наблюдая, как звезды проходят различные стадии своего жизненного цикла и т. д. Но путь развития каждой системы уникален, и здесь, в нашей собственной Солнечной системе, спустя миллиарды лет после образования Солнца и планет, все, что у нас осталось, это выжившие.

Первоначально все звезды формируются из досолнечной туманности, которая втягивает материал, с большой внешней областью, которая остается холодной, где собираются аморфные силикаты, соединения на основе углерода и лед. Как только предсолнечная туманность образует протозвезду, а затем и полноценную звезду, этот внешний материал входит внутрь и начинает формировать более крупные скопления.

Со временем эти комки растут и распадаются, где они взаимодействуют, сливаются, мигрируют и потенциально выбрасывают друг друга. В течение времени от сотен тысяч до миллионов лет, как только у вас появляется звезда, в конечном итоге формируются планеты; это быстро в космическом масштабе времени. Хотя, вероятно, было много промежуточных объектов, по прошествии нескольких миллионов лет Солнечная система выглядела очень похожей на то, что мы имеем сегодня.

Но может быть несколько важных отличий. Возможно, существовал пятый газовый гигант; четыре газовых гиганта, которые у нас есть, могли быть намного ближе к Солнцу, мигрировав наружу; и, возможно, самое главное, между Венерой и Марсом, вероятно, был не один, а два мира: протоземля и меньший мир размером с Марс под названием Тейя. Гораздо позже, возможно, через десятки миллионов лет после образования других планет Земля и Тейя столкнулись.

NASA/JPL-Caltech

Именно это столкновение, как мы подозреваем, создало Луну: мы называем это событие гипотезой гигантского удара. Сходство лунных пород, обнаруженных миссией «Аполлон», с составом Земли навело нас на мысль, что Луна образовалась из Земли. Другие каменистые планеты, у которых подозрительно отсутствуют большие луны, скорее всего, не оказывали такого большого влияния в своей прошлой истории.

Миры газовых гигантов, обладающие гораздо большей массой, чем другие, смогли удержать водород и гелий (самые легкие элементы), существовавшие во время формирования Солнечной системы; в других мирах подавляющее большинство этих элементов было унесено ветром. Из-за слишком большого количества солнечной энергии и недостаточной гравитации, чтобы удерживать эти легкие элементы, Солнечная система начала приобретать форму, которую мы знаем сегодня.

Ави М. Манделл, НАСА

Но уже прошли миллиарды лет. Откуда мы знаем, сколько лет Солнечной системе? Является ли Земля того же возраста, что и другие планеты; у нас есть способ сказать разницу? И каково конечное число для этого возраста?

Самый точный ответ, как это ни удивительно, дает геофизика. И это не обязательно означает «физику Земли», а скорее физику всех видов горных пород, минералов и твердых тел. Все объекты, подобные этому, содержат множество элементов, найденных в периодической таблице, с различной плотностью/составом, соответствующим тому, где в Солнечной системе, в радиальном направлении от Солнца, они образовались.

Карим Хайдаров

Это означает, что разные планеты, астероиды, луны, объекты пояса Койпера и т.д. должны быть предпочтительно сделаны из разных элементов. Например, более тяжелые элементы в периодической таблице должны быть предпочтительно найдены на Меркурии, а не, скажем, на Церере, которая сама по себе должна быть более обогащенной, чем, скажем, на Плутоне. Но то, что должно быть универсальным, по крайней мере вы так думаете, должно быть соотношением различных изотопов одних и тех же элементов.

Когда Солнечная система сформируется, в ней должно быть, например, определенное соотношение углерода-12 к углероду-13 и углероду-14. У углерода-14 космически короткий период полураспада (несколько тысяч лет), поэтому весь первоначальный углерод-14 должен исчезнуть. Но углерод-12 и углерод-13 стабильны, а это означает, что везде, где мы находим углерод в Солнечной системе, они должны иметь одинаковые изотопные соотношения. Это касается всех стабильных и нестабильных элементов и изотопов Солнечной системы.

Пользователь Викисклада 28 байт

Поскольку Солнечной системе миллиарды лет, мы можем искать элементы, изотопы которых имеют период полураспада, исчисляемый миллиардами лет. Со временем, т. е. по мере старения Солнечной системы, эти изотопы будут радиоактивно распадаться, и, глядя на соотношение продуктов распада и исходного материала, который еще остался, мы можем определить, сколько времени прошло с момента образования этих объектов. Для этой цели наиболее надежными элементами являются уран и торий. Что касается урана, то два его основных природных изотопа, U-238 и U-235, имеют разные продукты распада и разные скорости распада, но оба они исчисляются миллиардами лет. Для тория наиболее полезен радиоактивный Th-232.

Самое замечательное, однако, то, что лучшее свидетельство возраста Земли и Солнечной системы исходит не от самой Земли!

Дон Дэвис, Юго-Западный научно-исследовательский институт

У нас есть десятки метеоритов, приземлившихся на Землю, и было измерено и проанализировано их содержание изотопов и элементов. Ключ заключается в том, чтобы посмотреть на элемент свинец: соотношение Pb-207 и Pb-206 меняется со временем из-за распада U-235 (что приводит к Pb-207) и U-238 (что приводит к Pb-206). ). Рассматривая Землю и метеориты как часть одной и той же развивающейся системы — с предположением, что существуют одинаковые начальные отношения изотопов — мы можем затем изучить самые старые свинцовые руды, обнаруженные на Земле, чтобы рассчитать возраст Земли, метеоритов и Солнечной системы. Система.

Это довольно хорошая оценка, которая дает нам цифру в 4,54 миллиарда лет. Это хорошо для точности более 1%, но это все еще неопределенность в несколько десятков миллионов лет.

НАСА / общественное достояние

Но мы можем сделать лучше, чем собирать все вместе! Конечно, это дает отличную общую оценку, но мы думаем, что, скажем, Земля и Луна немного моложе метеоритов.

  • Мы можем посмотреть на самых старых метеоритов или на те, которые показывают самое экстремальное соотношение свинца, чтобы попытаться оценить возраст Солнечной системы: мы получим цифру около 4,568 миллиарда лет, если мы это сделаем.
  • Мы можем смотреть на камни с Луны, которые не подвергались геологической обработке, которую имеют земные породы. Их возраст составляет 4,51 миллиарда лет.

И, наконец, мы должны проверить себя на вменяемость. Все это основывалось на предположении, что соотношение U-238 и U-235 было одинаковым повсюду в Солнечной системе. Но новые данные за последние 10 лет показали, что это, скорее всего, не соответствует действительности.

Д.С. Акериб и др., Astropart.Phys. 62 (2015) 33, 1403.1299

Есть места, где U-235 обогащен до 6% сверх типичного значения. По словам Грегори Бреннеки,

С 1950-х годов или даже раньше никому не удавалось обнаружить какие-либо различия [в соотношениях урана]. Теперь мы можем измерить небольшие различия. […] Это было своего рода синяком под глазом для нескольких людей в геохронологии. Чтобы действительно сказать, что мы знаем возраст Солнечной системы на основе возраста камня, важно, чтобы все они были согласны.

Но два года назад было обнаружено решение: есть еще один элемент, который играет роль. Кюрий, элемент тяжелее и с более коротким периодом полураспада, чем даже плутоний, будет радиоактивно распадаться на U-235, что прекрасно объясняет вариации. Оставшиеся неопределенности составляют не более нескольких миллионов лет.

NAOJ

Итак, в целом, мы можем сказать, что самому старому твердому материалу, известному нам в Солнечной системе, 4,568 миллиарда лет, с погрешностью, возможно, всего в 1 миллион лет. Земля и Луна примерно на 60 миллионов лет моложе, поскольку обрели свою окончательную форму несколько позже. Кроме того, мы не можем узнать это, глядя на саму Землю; скалы, которые остались здесь, все старше этого.

Но Солнце, как это ни удивительно, может быть немного старше, поскольку его формирование должно предшествовать твердым объектам, составляющим другие компоненты Солнечной системы. Солнце может быть на десятки миллионов лет старше самых старых горных пород в Солнечной системе, возможно, приближаясь к возрасту 4,6 миллиарда лет. Ключ, несмотря ни на что, заключается в том, чтобы искать ответ вне Земли. По иронии судьбы, это единственный способ точно узнать возраст нашей планеты!

Присылайте свои вопросы «Задайте Итану» на сайт startwithabang в Gmail точка com!

Сколько лет Солнечной системе?

Опубликовано Джерри Коффи

Сколько лет Солнечной системе? Это вопрос, который затрагивает самую суть всего этого. Изучая несколько вещей, в основном метеориты, и используя методы радиоактивного датирования, в частности изучая дочерние изотопы, ученые определили, что Солнечной системе 4,6 миллиарда лет. Ну, плюс-минус несколько миллионов лет. Этот возраст можно распространить на большинство объектов и материалов в Солнечной системе.

Веб-сайт Геологической службы США (USGS) содержит много подробных материалов о том, как был определен возраст Солнечной системы. Суть его в том, что весь материал радиоактивно распадается на стабильный изотоп. Некоторые элементы распадаются в течение наносекунд, в то время как у других прогнозируемый период полураспада составляет более 100 миллиардов лет. Геологическая служба США основывала свое исследование на минералах, которые естественным образом встречаются в горных породах и имеют период полураспада от 700 миллионов до 100 миллиардов лет. Эти методы датирования, известные как радиометрическое датирование, прочно основаны на физике и используются для измерения последнего времени, когда датируемая порода была либо расплавлена, либо нарушена в достаточной степени для повторной гомогенизации ее радиоактивных элементов. Эти методы вернули приблизительный возраст метеоритов в 4,6 миллиарда лет и связанных с Землей пород около 4,3 миллиарда лет. Геологическая служба США признает, что им не удалось найти ни одной породы, которая не была бы изменена тектоническими плитами Земли, поэтому возраст Земли можно было бы уточнить в будущем.

Когда газы ранней солнечной туманности начали остывать, первыми материалами, сконденсировавшимися в твердые частицы, были богатые кальцием и алюминием. В конце концов твердые частицы различных элементов слиплись вместе, чтобы сформировать общие строительные блоки комет, астероидов и планет. Астрономы давно считали, что некоторые из старейших астероидов Солнечной системы должны быть более обогащены кальцием и алюминием, но до недавнего времени ни один из них не был идентифицирован. Метеорит Альенде 1969 года был первым, в котором были обнаружены включения, чрезвычайно богатые кальцием и алюминием. Потребовалось 40 лет, чтобы спектры включений были обнаружены, а затем экстраполированы на очень старые астероиды, все еще находящиеся на орбите вокруг Солнца.