Cunoașterea lumii înconjurătoare este imposibilă fără a înțelege vârsta antichităților istorice și cât a existat lumea însăși - Universul nostru -. Oamenii de știință au creat multe metode pentru determinarea vârstei descoperirilor arheologice și stabilirea datelor pentru evenimente istorice. Astăzi, cronologia cronologică marchează atât datele erupțiilor vulcanilor antici, cât și timpul nașterii stelelor pe care le vedem pe cerul nopții. Astăzi vă vom spune despre principalele metode de întâlnire.
Descoperiri arheologice
Când vine vorba de epoca descoperirilor arheologice, atunci, desigur, toată lumea își amintește metoda radiocarbonului. Aceasta este poate cea mai faimoasă, deși nu este singura, metodă de datare a antichităților. Cunoscut și pentru criticile constante la care este supus. Deci, care este această metodă, ce și cum se folosește?
Pentru început, trebuie spus că această metodă este folosită, cu excepții foarte rare, doar pentru obiecte de întâlnire și materiale de origine biologică. Adică vârsta a tot ce a fost cândva în viață. Mai mult, vorbim despre datarea exact a momentului morții unui obiect biologic. De exemplu, o persoană găsită sub dărâmăturile unei case distruse de un cutremur sau un copac tăiat pentru a construi o navă. În primul caz, acest lucru vă permite să determinați timpul aproximativ al cutremurului (dacă nu a fost cunoscut din alte surse), în al doilea - data aproximativă a construcției navei. Astfel, de exemplu, au dat o erupție vulcanică pe Insula Santorini, unul dintre evenimentele cheie din istoria antică, o posibilă cauză a apocalipsei epocii bronzului. Pentru analiză, oamenii de știință au luat o ramură de măslin găsită în timpul săpăturilor solului vulcanic.
De ce contează momentul morții unui organism? Compușii de carbon sunt cunoscuți ca formând baza vieții pe planeta noastră. Organismele vii o obțin în primul rând din atmosferă. Odată cu moartea, schimbul de carbon cu atmosfera se oprește. Dar carbonul de pe planeta noastră, deși ocupă o celulă a tabelului periodic, este diferit. Pe Terra există trei izotopi de carbon, doi stabili - 12C și 13C și unul radioactiv, în descompunere - 14C. Atâta timp cât un organism este viu, raportul izotopilor stabili și radioactivi din el este același ca în atmosferă. Imediat ce schimbul de carbon se oprește, cantitatea de izotop instabil 14C (radiocarbon) începe să scadă din cauza degradării și raportul se modifică. După aproximativ 5700 de ani, cantitatea de radiocarbon este înjumătățită, proces numit timp de înjumătățire.
Radiocarbonul se naște în atmosfera superioară din azot, iar apoi se transformă în azot în procesul de descompunere radioactivă
Video promotional:
wikimedia.org
Metoda de datare a radiocarbonului a fost dezvoltată de Willard Libby. Inițial, el a presupus că raportul dintre izotopii de carbon din atmosferă în timp și spațiu nu se schimbă, iar raportul dintre izotopii din organismele vii corespunde raportului din atmosferă. Dacă da, atunci măsurând acest raport în eșantionul arheologic disponibil, putem determina când a corespuns cu atmosfera. Sau obțineți așa-numita „vârstă infinită” dacă nu există radiocarbon în probă.
Metoda nu permite să privim departe în trecut. Adâncimea sa teoretică este de 70.000 de ani (13 semivite). Cam în acest timp, carbonul instabil va scădea complet. Dar limita practică este de 50.000-60.000 de ani. Nu mai este posibil, precizia echipamentelor nu permite. Aceștia pot măsura vârsta „Omului de gheață”, dar nu mai este posibil să analizezi istoria planetei înainte de apariția omului și să stabilești, de exemplu, vârsta rămășiților dinozaurilor. În plus, metoda radiocarbonului este una dintre cele mai criticate. Controversele din jurul Giulgiului din Torino și analiza metodei pentru determinarea vârstei relicvei este doar una dintre ilustrațiile imperfecțiunii acestei metode. Care este argumentul despre contaminarea eșantioanelor cu un izotop de carbon după încheierea schimbului de carbon cu atmosfera. Nu este întotdeauna sigur că obiectul luat pentru analiză este complet lipsit de carbon,a introdus după, de exemplu, bacteriile și microorganismele care s-au stabilit pe subiect.
De remarcat este faptul că, după începerea aplicării metodei, s-a dovedit că raportul dintre izotopii din atmosferă s-a schimbat în timp. Prin urmare, oamenii de știință au avut nevoie pentru a crea o așa-numită scară de calibrare, pe care au fost observate schimbări în conținutul de radiocarbon în atmosferă de-a lungul anilor. Pentru aceasta, au fost luate obiecte, a căror întâlnire este cunoscută. Dendrocronologia, o știință bazată pe studiul inelelor de lemn, a venit în ajutorul oamenilor de știință.
La început am menționat că există cazuri rare când această metodă se aplică obiectelor de origine non-biologică. Un exemplu tipic sunt clădirile antice, în mortarul căruia s-a folosit CaO rapid. Când a fost combinat cu apa și dioxidul de carbon din atmosferă, varul a fost transformat în carbonat de calciu CaCO3. În acest caz, schimbul de carbon cu atmosfera s-a oprit din momentul întăririi mortarului. În acest fel, puteți determina vârsta multor clădiri antice.
Rămășițe dinozauri și plante antice
Acum să vorbim despre dinozauri. După cum știți, era dinozaurilor a fost o perioadă relativ mică (desigur, după standardele istoriei geologice a Pământului), care a durat 186 milioane de ani. Era mezozoică, așa cum este desemnată pe scara geocronologică a planetei noastre, a început în urmă cu aproximativ 252 de milioane de ani și s-a încheiat în urmă cu 66 de milioane de ani. În același timp, oamenii de știință au împărțit-o cu încredere în trei perioade: triassic, jurasic și cretacic. Și pentru fiecare și-au identificat propriile dinozauri. Dar cum? La urma urmei, metoda radiocarbonului nu se aplică pentru astfel de perioade. În cele mai multe cazuri, vârsta rămășiților dinozaurilor, a altor creaturi antice, precum și a plantelor antice este determinată de perioada în care au fost găsite roci. Dacă rămășițele unui dinozaur au fost găsite în rocile Triassicului Superior, iar aceasta este acum 237-201 de milioane de ani, atunci dinozaurul a trăit la acea vreme. Acum, întrebarea este:cum se poate determina vârsta acestor roci?
Dinozaurul rămâne în stânca străveche
terrain.org
Am spus deja că metoda radiocarbonului poate fi folosită nu numai pentru a determina vârsta obiectelor de origine biologică. Însă izotopul de carbon are o perioadă de înjumătățire prea scurtă, iar în determinarea vârstei acelorași roci geologice nu este aplicabilă. Această metodă, deși este cea mai cunoscută, este doar una dintre metodele de întâlnire radioizotopă. Există și alți izotopi în natură a căror înjumătățire este mai lungă și cunoscută. Și minerale care pot fi folosite pentru îmbătrânire, cum ar fi zirconul.
Este un mineral foarte util pentru determinarea vârstei, folosind întâlnirea cu plumb uraniu. Punctul de plecare pentru determinarea vârstei va fi momentul cristalizării zirconului, similar cu momentul morții unui obiect biologic cu metoda radiocarbonului. Cristalele de zircon sunt de obicei radioactive, deoarece conțin impurități de elemente radioactive și, mai ales, izotopi de uraniu. Apropo, metoda radiocarbonului ar putea fi numită și metoda carbon-azot, deoarece produsul de descompunere al izotopului de carbon este azotul. Dar care dintre atomii de azot din eșantion au fost formați ca urmare a degradării și care au fost acolo inițial, oamenii de știință nu pot determina. Prin urmare, spre deosebire de alte metode de radioizotop, este atât de important să cunoaștem schimbarea concentrației de radiocarbon în atmosfera planetei.
Cristal de zirconiu
wikimedia.org
În cazul metodei cu plumb uraniu, produsul de descompunere este un izotop, ceea ce este interesant, deoarece nu ar fi putut fi în eșantion mai devreme sau concentrația sa inițială a fost cunoscută. Oamenii de știință estimează timpul de descompunere a doi izotopi ai uraniului, a căror degradare se încheie cu formarea a doi izotopi diferiți ai plumbului. Adică raportul dintre concentrația izotopilor inițiali și a produselor fiice este determinat. Metodele radioizotopului sunt aplicate de oamenii de știință pe rocile igiene și arată timpul care a trecut de la solidificare.
Pământ și alte corpuri cerești
Alte metode sunt utilizate pentru a determina vârsta rocilor geologice: potasiu-argon, argon-argon, plumb-plumb. Datorită celui din urmă, a fost posibil să se determine timpul de formare a planetelor sistemului solar și, în consecință, vârsta planetei noastre, deoarece se crede că toate planetele din sistem au fost formate aproape simultan. În 1953, geochimistul american Claire Patterson a măsurat raportul dintre izotopii de plumb din eșantioane de meteorit care a căzut aproximativ 20-40 de mii de ani pe teritoriul ocupat acum de statul Arizona. Rezultatul a fost un rafinament al estimării vârstei Pământului la 4.550 miliarde de ani. Analiza rocilor terestre oferă, de asemenea, cifre de ordin similar. Deci, pietrele descoperite pe țărmurile golfului Hudson din Canada au o vechime de 4,28 miliarde de ani. Și este localizat și în Canada gneise gri (roci,similar chimic cu granitele și șisturile de lut), care au menținut mult timp conducerea în vârstă, au avut o estimare de 3,92 până la 4,03 miliarde de ani. Această metodă se aplică la tot ceea ce putem „atinge” în sistemul solar. Analiza probelor de roci lunare aduse pe Pământ a arătat că vârsta lor este de 4,47 miliarde de ani.
Dar cu stelele, totul este complet diferit. Sunt departe de noi. Obținerea unei bucăți dintr-o stea pentru a-și măsura vârsta nu este realistă. Cu toate acestea, oamenii de știință știu (sau sunt siguri) că, de exemplu, cea mai apropiată stea de noi, Proxima Centauri, este doar puțin mai în vârstă decât Soarele nostru: are 4,85 miliarde de ani, Soarele are 4,57 miliarde de ani. Dar diamantul cerului nopții, Sirius, este un adolescent: are aproximativ 230 de milioane de ani. Steaua Nordului este cu atât mai mică: 70-80 milioane de ani. Relativ vorbind, Sirius s-a luminat pe cer la începutul erei dinozaurilor, iar Steaua Nordului era deja la sfârșit. Deci, cum știu oamenii de știință vârsta stelelor?
Nu putem primi nimic de la stele îndepărtate decât lumina lor. Dar acest lucru este deja multe. De fapt, aceasta este piesa stelei care vă permite să-i determinați compoziția chimică. Cunoașterea din ce este făcută o stea este necesară pentru a determina vârsta acesteia. În timpul vieții lor, stelele evoluează, trecând prin toate etapele, de la protostari până la pitici albi. Ca urmare a reacțiilor termonucleare care au loc în stea, compoziția elementelor din ea este în continuă schimbare.
Imediat după naștere, steaua se încadrează în așa-numita secvență principală. Stelele principale ale secvenței (inclusiv Soarele nostru) sunt compuse în principal din hidrogen și heliu. În cursul reacțiilor termonucleare de ardere a hidrogenului în miezul unei stele, conținutul de heliu crește. Etapa de ardere a hidrogenului este cea mai lungă perioadă din viața unei stele. În această etapă, steaua este de aproximativ 90% din timpul alocat acesteia. Viteza de trecere prin etape depinde de masa stelei: cu cât este mai mare, cu atât steaua se contractă mai repede și cu atât mai repede se „arde”. Steaua rămâne pe secvența principală atâta timp cât hidrogenul arde în miezul său. Durata etapelor rămase, la care se ard cele mai grele elemente, este mai mică de 10%. Astfel, cu cât este mai veche o stea pe secvența principală, cu atât conține mai mult heliu și mai puțin hidrogen.
Cu câteva sute de ani în urmă, părea că nu vom putea afla niciodată compoziția stelelor. Dar descoperirea analizei spectrale la mijlocul secolului al XIX-lea le-a dat oamenilor de știință un instrument puternic pentru studierea obiectelor îndepărtate. Dar mai întâi, Isaac Newton, la începutul secolului al XVIII-lea, cu ajutorul unei prisme a descompus lumina albă în componente separate de diferite culori - spectrul solar. 100 de ani mai târziu, în 1802, savantul englez William Wollaston a privit îndeaproape spectrul solar și a descoperit linii înguste și întunecate în el. Nu le-a acordat prea multă importanță. În curând fizicianul și opticianul german Josef Fraunhofer îi investighează și îi descrie în detaliu. În plus, el le explică prin absorbția razelor de către gazele din atmosfera Soarelui. Pe lângă spectrul solar, studiază spectrul lui Venus și Sirius și găsește acolo linii similare. De asemenea, se găsesc în apropierea surselor de lumină artificială. Și abia în 1859, chimiștii germani Gustav Kirchhoff și Robert Bunsen au efectuat o serie de experimente, care au dus la concluzia că fiecare element chimic are propria linie în spectru. Și, prin urmare, în funcție de spectrul corpurilor cerești, se pot trage concluzii cu privire la compoziția lor.
Spectrul fotosferei solare și liniile de absorbție ale Fraunhofer
wikimedia.org
Metoda a fost imediat adoptată de oamenii de știință. Și în curând a fost descoperit un element necunoscut în compoziția Soarelui, care nu a fost găsit pe Pământ. Era heliu (din „helios” - soarele). Abia puțin mai târziu a fost descoperită pe Pământ.
Soarele nostru este 73,46% hidrogen și 24,85% heliu, proporția celorlalte elemente este nesemnificativă. Apropo, există și metale printre ele, care vorbește nu atât despre vârstă, ci mai degrabă despre „ereditatea” stelei noastre. Soarele este o stea tânără de a treia generație, ceea ce înseamnă că a fost format din ceea ce a mai rămas din stelele primei și celei de-a doua generații. Adică acele stele din miezurile cărora au fost sintetizate aceste metale. La Soare, din motive evidente, acest lucru nu s-a întâmplat încă. Compoziția Soarelui ne permite să spunem că are 4,57 miliarde de ani. Până la vârsta de 12,2 miliarde de ani, Soarele va părăsi secvența principală și va deveni un gigant roșu, dar cu mult înainte de acest moment, viața pe Pământ va fi imposibilă.
Principala populație a galaxiei noastre este stele. Epoca Galaxiei este determinată de cele mai vechi obiecte care au fost descoperite. Astăzi, cele mai vechi stele din Galaxy sunt gigantul roșu HE 1523-0901 și Steaua Methuselah, sau HD 140283. Ambele stele sunt în direcția constelației Balanta, iar vârsta lor este estimată la aproximativ 13,2 miliarde de ani.
Apropo, HE 1523-0901 și HD 140283 nu sunt doar stele foarte vechi, ci sunt vedete din a doua generație, care au un conținut de metal nesemnificativ în compoziția lor. Adică stelele aparținând generației care a precedat Soarele nostru și „semenii” săi.
Un alt obiect mai vechi, conform unor estimări, este clusterul cu stele globulare NGC6397, ale cărui stele au o vechime de 13,4 miliarde de ani. În acest caz, intervalul dintre formarea primei generații de stele și nașterea celei de-a doua este estimat de cercetători la 200-300 de milioane de ani. Aceste studii permit oamenilor de știință să susțină că Galaxia noastră are 13,2-13.6 miliarde de ani.
Univers
Ca și în cazul Galaxiei, vârsta Universului poate fi asumată determinând cât de vechi au obiectele sale cele mai vechi. Până în prezent, galaxia GN-z11, situată în direcția constelației Ursa Major, este considerată cea mai veche dintre obiectele cunoscute de noi. Lumina din galaxie a durat 13,4 miliarde de ani, ceea ce înseamnă că a fost emisă la 400 de milioane de ani după Big Bang. Și dacă lumina a parcurs un drum atât de lung, atunci Universul nu poate avea o vârstă mai mică. Dar cum a fost determinată această dată?
Pentru 2016, galaxia GN-z11 este cel mai îndepărtat obiect cunoscut din Univers.
wikimedia.org
Numărul 11 din desemnarea galaxiei indică faptul că are o modificare a roșii de z = 11.1. Cu cât este mai mare acest indicator, cu atât obiectul este mai îndepărtat de la noi, cu atât mai multă lumină a trecut de la el și mai vechi obiectul. Campioana de vârstă anterioară, galaxia Egsy8p7, are un redshift de z = 8,68 (13,1 miliarde de ani lumină distanță de noi). Candidatul pentru vechime este galaxia UDFj-39546284, are probabil z = 11,9, dar acest lucru nu a fost încă complet confirmat. Universul nu poate avea o vârstă mai mică decât aceste obiecte.
Puțin mai devreme am vorbit despre spectrele stelelor, care determină compoziția elementelor lor chimice. În spectrul unei stele sau a unei galaxii care se îndepărtează de noi, există o mutare a liniilor spectrale ale elementelor chimice către partea roșie (undă lungă). Cu cât un obiect este de la noi, cu atât este mai mare redshift-ul său. Deplasarea liniilor către partea violetă (undă scurtă), datorită apropierii unui obiect, se numește deplasare albastră sau violetă. O explicație pentru acest fenomen este efectul Doppler omniprezent. Acestea explică, de exemplu, scăderea tonului sirenei unei mașini care trece sau sunetul motorului unui avion zburător. Lucrările majorității camerelor pentru remedierea încălcărilor se bazează pe efectul Doppler.
Liniile spectrale au trecut pe partea roșie
wikimedia.org
Deci, se știe că universul se extinde. Și știind rata de extindere a acestuia, puteți determina vârsta universului. Constanta care arata viteza cu care doua galaxii, separate printr-o distanta de 1 Mpc (megaparsec), zboara in directii diferite, se numeste constanta Hubble. Dar, pentru a determina vârsta universului, oamenii de știință trebuiau să cunoască densitatea și compoziția acestuia. În acest scop, observatoarele spațiale WMAP (NASA) și Planck (Agenția Spațială Europeană) au fost trimise în spațiu. Datele WMAP au făcut posibilă determinarea vârstei universului la 13,75 miliarde de ani. Datele de la un satelit european lansat opt ani mai târziu au făcut posibilă perfecționarea parametrilor necesari, iar vârsta universului a fost determinată la 13,81 miliarde de ani.
Observatorul spațial Planck
esa.int
Serghei Sobol
