فكرة الفنان عن نجم شاب محاط بقرص كوكبي أولي. تحتوي الأقراص الكواكب الأولية التي تنتمي إلى النجوم الشبيهة بالشمس على العديد من الخصائص غير المعروفة ، بما في ذلك الفصل الأولي لأنواع مختلفة من الذراتمنذ مليارات السنين ، في زاوية منسية من درب التبانة ، سحابة جزيئية ، لا تختلف عن العديد من الآخرين ، تعاقدت وتشكلت نجومًا جديدة. ظهر واحد منهم في عزلة نسبية ، وجمع المواد من القرص الكوكبي الأولي المحيط به ، والذي تحول ، نتيجة لذلك ، إلى شمسنا ، وثمانية كواكب وبقية النظام الشمسي. اليوم ، يقول العلماء إن عمر النظام الشمسي 4.6 مليار سنة ، بالإضافة إلى أو ناقص عدة ملايين. لكن كيف نعرف ذلك؟ هل عمر الأرض والشمس مثلا؟ هذا بالضبط ما يريد القارئ معرفته:
كيف نعرف عمر النظام الشمسي؟ أتخيل بشكل غامض للغاية عملية قياس عمر الحجر منذ أن كان سائلاً ، ولكن منذ حوالي 4.5 مليار سنة اصطدم تيا مع الأرض الأولية ، مما جعل كل شيء تقريبًا سائلًا. كيف نعرف أننا نحدد عمر النظام الشمسي ، وليس فقط إيجاد عشرات الطرق الجديدة لتحديد تاريخ التصادم مع ثيا؟
سؤال عظيم ، مليء بالفروق الدقيقة - لكن العلم سيتعامل مع مثل هذه المهمة. إليكم قصة كيف كانت.
تظهر الفجوات ، وكتل المادة ، والأشكال اللولبية وغير المتماثلة الأخرى دليلاً على تكوين الكواكب المستمر في القرص الكوكبي الأولي حول إلياس 2-27 . ومع ذلك ، ما هو العمر الذي ستكون عليه مكونات النظام المختلفة التي ستشكل نتيجة لذلك ، في الحالة العامة لا يمكن أن يقال.نحن نعرف الكثير عن عمر وأصل نظامنا الشمسي. لقد تعلمنا الكثير من خلال مراقبة تكوين النجوم الأخرى ، ودراسة المناطق النائية من تنوي النجوم ، وقياس أقراص الكواكب الأولية ، وملاحظة كيف تمر النجوم بمراحل مختلفة من دورة الحياة ، وما إلى ذلك. لكن كل نظام يتطور بطريقته الخاصة ، وهنا ، في نظامنا الشمسي ، بعد مليارات السنين من ظهور الشمس والكواكب ، تبقى فقط الأجسام الباقية.
في البداية ، تتكون جميع النجوم من سديم قبل السديم ، الذي يجمع المادة معًا ، مع بقاء الطبقة الخارجية السائبة باردة ، حيث يتم جمع السليكات غير المتبلورة ومكونات الكربون والجليد. بمجرد ظهور بروتوستار في سديم ما قبل السديم ، ثم نجم حقيقي ، تبدأ هذه المادة الخارجية في جذب وتشكيل كتل أكبر.
مع مرور الوقت ، تنمو الكتل ، وتقترب من المركز ، وتتفاعل ، وتندمج ، وتتحرك ، وربما حتى ترمي بعضها البعض خارج النظام. على مدى فترة زمنية من مئات الآلاف إلى ملايين السنين بعد ظهور نجم ، تظهر الكواكب أيضًا - على النطاق الكوني فهي سريعة جدًا. وعلى الرغم من أنه ربما كان هناك الكثير من الأشياء الوسيطة في النظام الشمسي ، بعد عدة ملايين من السنين ، بدأ النظام الشمسي يشبه إلى حد كبير ما لدينا اليوم.
ولكن قد تكون هناك اختلافات مهمة للغاية في ذلك. كان يمكن أن يكون هناك عملاق خامس للغاز. يمكن أن يكون العمالقة الأربعة الذين بقوا معنا أقرب كثيرًا من الشمس ، ثم يتحركون أكثر ؛ والأهم من ذلك ، بين الزهرة والمريخ ، على الأرجح لم يكن هناك واحد ، ولكن عالمين: بروتو الأرض وعالم أصغر بحجم المريخ ، تيا. بعد ذلك بكثير ، ربما بعد عشرات الملايين من السنين بعد تشكيل الكواكب الأخرى ، اصطدمت الأرض وتيا.
يفترض نموذج تكوين الصدمة أن جسمًا بحجم المريخ اصطدم مع الأرض المبكرة ، وشظايا لم تتراجع شكلت القمر. ونتيجة لذلك ، يجب أن تكون الأرض والقمر أصغر من بقية النظام الشمسي.في هذا التصادم ، كما نشتبه ، ظهر القمر: نسمي هذه الظاهرة فرضية اصطدام عملاق. تشابه الأحجار القمرية التي جلبتها مهمة أبولو مع تكوين الأرض جعلنا نشك في أن القمر قد تشكل من الأرض. من المرجح أن الكواكب الصخرية الأخرى التي تفتقر بشكل مثير للريبة إلى الأقمار الصناعية الكبيرة لم تنجو من مثل هذه الاشتباكات الكبرى في تاريخها.
كانت عمالقة الغاز ، التي تمتلك كتلة أكبر بكثير من البقية ، قادرة على الاحتفاظ بالهيدروجين والهيليوم (العناصر الأخف) التي كانت موجودة عندما بدأ النظام الشمسي في التكوين فقط ؛ من عوالم أخرى ، تم تفجير معظم هذه العناصر. بسبب الطاقة الزائدة للشمس وليست قوية بما يكفي لتحمل الجاذبية ، بدأ النظام الشمسي يأخذ الشكل الذي نعرفه اليوم.
رسم توضيحي لنظام النجم الشاب لرسام بيتا ، في شيء مشابه لنظامنا الشمسي ، أثناء تكوينه. لن تتمكن العوالم الداخلية من الاحتفاظ بالهيدروجين والهليوم ، إلا إذا كانت ضخمة بما يكفي.ولكن الآن مرت بلايين السنين. كيف نعرف عمر النظام الشمسي؟ هل يتزامن عمر الأرض مع عمر الكواكب الأخرى؟ هل يمكننا اكتشاف هذا الاختلاف؟
والمثير للدهشة أن الجيوفيزياء تعطي الإجابة الأكثر دقة. وهذا لا يعني بالضرورة "فيزياء الأرض" ، يمكن أن يكون فيزياء جميع أنواع الأحجار والمعادن والمواد الصلبة. تحتوي جميع هذه الأجسام على العديد من عناصر الجدول الدوري ، وتتوافق كثافات وتكوينات مختلفة مع المكان الذي تشكلت فيه في النظام الشمسي.
كثافات أجسام النظام الشمسي المختلفة. لاحظ العلاقة بين الكثافة والمسافة عن الشمسهذا يشير إلى أن الكواكب المختلفة والكويكبات والأقمار والأجسام حزام كويبر ، إلخ. يجب أن تتكون من مواد مختلفة. يجب أن تكون العناصر الثقيلة في الجدول الدوري ، على سبيل المثال ، موجودة بشكل أساسي على عطارد ، وليس ، على سبيل المثال ، سيريس ، والتي بدورها ، يجب أن تكون أكثر ثراءً من بلوتو. ولكن يبدو أن النسبة المئوية للنظائر المختلفة للعناصر نفسها يجب أن تكون عالمية.
عند تكوين النظام الشمسي ، يجب الحفاظ على نسبة معينة ، على سبيل المثال ، من الكربون 12 إلى الكربون 13 والكربون 14. الكربون -14 ، وفقًا للمعايير الكونية ، له عمر نصف قصير (عدة آلاف من السنين) ، لذلك اختفى بالفعل كل الكربون 14 من عصور ما قبل التاريخ. لكن كربون -12 وكربون -13 مستقران ، مما يعني أنه عند اكتشاف الكربون في جميع أنحاء النظام الشمسي ، يجب أن يكون له نفس محتوى النظائر النسبية. ينطبق هذا على جميع العناصر المستقرة وغير المستقرة ونظائر النظام الشمسي.
عدد العناصر في عالم اليوم ، مقاسا بنظامنا الشمسينظرًا لأن النظام الشمسي عمره بالفعل مليارات السنين ، يمكننا البحث عن نظائر نصف عمر المليارات من السنين. بمرور الوقت ، ستتحلل هذه النظائر ، ومن خلال دراسة نسب منتجات الاضمحلال نسبة إلى المادة الأصلية المتبقية ، يمكننا تحديد مقدار الوقت الذي انقضى منذ تكوين هذه الأشياء. لهذا الغرض ، سيكون اليورانيوم والثوريوم أكثر العناصر موثوقية. يحتوي اليورانيوم على نظيرتين رئيسيتين موجودتين في الطبيعة ، U-238 و U-235 ، ويختلفان في المنتجات ومعدل الاضمحلال ، ومع ذلك ، في غضون مليارات السنين. في الثوريوم ، يعد Th-232 هو النظير الأكثر فائدة.
لكن الأكثر إثارة للاهتمام - أفضل دليل على عمر الأرض والنظام الشمسي غير موجود على الأرض على الإطلاق!
رسم فنان يصور تصادمًا قبل 466 مليون سنة أدى إلى سقوط العديد من النيازك اليومسقط الكثير من النيازك على الأرض ، وقمنا بقياس وتحليل تكوينها بواسطة العناصر والنظائر.
نلاحظ بشكل رئيسي
الرصاص : تتغير نسبة Pb-207 إلى Pb-206 بمرور الوقت بسبب تحلل U-235 (مما يؤدي إلى ظهور Pb-207) و U-238 (من أين يأتي Pb-206). فيما يتعلق بالأرض والنيازك كجزء من نظام متطور واحد - أي أن نسب عدد النظائر فيها يجب أن تكون هي نفسها - يمكننا أن ننظر إلى أقدم خامات الرصاص الموجودة على الأرض لحساب عمر الأرض والنيازك والنظام الشمسي.
هذا تقدير جيد جدًا ، يعطينا رقمًا يبلغ 4.54 مليار سنة. خطأ التقدير لا يتجاوز 1٪ ، لكنه لا يزال غير مؤكد لعشرات الملايين من السنين.
1997 دش نيزك ليونيدز ، المنظر من الفضاء. عندما تصطدم النيازك بالجزء العلوي من الغلاف الجوي للأرض ، فإنها تحترق وتؤدي إلى ظهور خطوط ساطعة ومضات ضوئية نربطها بدشات الشهب. في بعض الأحيان يكون الحجر الساقط كبيرًا بما يكفي للوصول إلى السطح ويصبح نيزكًا.ولكن يمكننا أن نفعل أفضل من مجرد تجميع كل شيء! بالطبع ، هذا يعطي تقييمًا جيدًا جيدًا ، لكننا نعتقد أن الأرض والقمر أصغر من النيازك.
- يمكننا دراسة أقدم النيازك ، أو تلك التي تظهر أكبر نسبة من نظائر الرصاص ، في محاولة لتقدير عمر النظام الشمسي. نحصل على رقم 4.568 مليار سنة.
- يمكننا دراسة أحجار القمر التي لا تخضع للتغيرات الجيولوجية التي حدثت على الأرض. عمرهم 4.51 مليار سنة .
وأخيرًا ، يمكننا اختبار أنفسنا. كل هذا تم بناء على افتراض أن نسبة U-238 إلى U-235 هي نفسها في جميع أنحاء النظام الشمسي. لكن
أدلة جديدة من السنوات العشر الماضية أظهرت أن هذا ليس هو الحال على الأرجح.
هناك أماكن حيث يتم إثراء U-235 بنسبة 6 ٪ أكثر من القيمة النموذجية. وفقًا لغريغوري برينكي:
منذ الخمسينيات ، أو حتى قبل ذلك ، لم يتمكن أحد من اكتشاف الاختلافات في نسب اليورانيوم. الآن تمكنا من العثور على اختلافات صغيرة. وكانت هذه مشكلة بالنسبة للعديد من الأشخاص في مجال الجيولوجيا. للتأكد من أننا نعرف عمر النظام الشمسي بناءً على عمر الأحجار ، يجب أن يتطابقوا بالضرورة مع بعضهم البعض.
ولكن قبل عامين ، تم اكتشاف حل للمشكلة: يلعب عنصر آخر دورًا. يتحول
الكوريوم ، وهو عنصر أثقل مع نصف عمر أقصر من حتى البلوتونيوم ، إلى U-235 أثناء الاضمحلال ، وهو ما يفسر هذه الاختلافات. ونتيجة لذلك ، فإن الخطأ [تحديد العمر] لا يتجاوز بضعة ملايين من السنين.
تتجمع الأقراص الكوكبية الأولية ، التي يعتقد أن أنظمة النجوم تتكون منها ، في النهاية في كواكب ، كما هو الحال في الشكل. من المهم أن نفهم أن النجم المركزي والكواكب الفردية والمواد الأصلية المتبقية (التي ، على سبيل المثال ، يمكن أن تتحول إلى كويكبات) يمكن أن تختلف في العمر بعشرات الملايين من السنين.لذلك ، بشكل عام ، يمكننا القول أن أقدم المواد الصلبة المعروفة لنا في النظام الشمسي يعود إلى 4.568 مليار سنة ، مع خطأ يبلغ مليون سنة. يبلغ عمر الأرض والقمر حوالي 60 مليون سنة ، وقد اتخذا شكلهما النهائي لاحقًا. بالإضافة إلى ذلك ، لا يمكننا معرفة ذلك بدراسة الأرض فقط.
لكن من المدهش أن الشمس قد تكون أقدم قليلاً ، لأن مظهرها يجب أن يسبق ظهور الأجسام الصلبة التي تشكل المكونات المتبقية من النظام الشمسي. قد تكون الشمس أكبر بعشرات ملايين السنين من أقدم الحجارة في النظام الشمسي ، وربما تقترب من علامة 4.6 مليار. الشيء الرئيسي هو البحث عن جميع الإجابات خارج الأرض. ومن المفارقات أن هذه هي الطريقة الوحيدة لمعرفة العمر الدقيق لكوكبنا!