La idea del artista de una joven estrella rodeada por un disco protoplanetario. Los discos protoplanetarios que pertenecen a estrellas similares al sol tienen muchas propiedades desconocidas, incluida la segregación elemental de varios tipos de átomos.Hace miles de millones de años, en un rincón olvidado de la Vía Láctea, una nube molecular, no diferente de muchas otras, contrajo y formó nuevas estrellas. Uno de ellos apareció en relativo aislamiento, recolectando material del disco protoplanetario que lo rodeaba, que, como resultado, se convirtió en nuestro Sol, ocho planetas y el resto del sistema solar. Hoy, los científicos dicen que el sistema solar tiene 4.600 millones de años, más o menos varios millones. ¿Pero cómo sabemos eso? ¿Es la edad de, digamos, la Tierra y el Sol iguales? Esto es exactamente lo que nuestro lector quiere saber:
¿Cómo sabemos la edad del sistema solar? Me imagino muy vagamente el proceso de medir la edad de una piedra ya que era líquida, pero hace unos 4.500 millones de años Teia colisionó con la proto-tierra, haciendo que casi todo fuera líquido. ¿Cómo sabemos que determinamos la edad del sistema solar y no solo encontramos docenas de nuevas formas de determinar la fecha de una colisión con Theia?
Una gran pregunta, llena de matices, pero la ciencia hará frente a tal tarea. Aquí está la historia de cómo fue.
Los huecos, masas de materia, formas espirales y otras asimetrías muestran evidencia de formación planetaria en curso en el disco protoplanetario alrededor de Elías 2-27 . Sin embargo, qué edad habrá en los diversos componentes del sistema que se formarán como resultado, en el caso general no se puede decir.Sabemos bastante sobre la edad y el origen de nuestro sistema solar. Aprendimos mucho observando la formación de otras estrellas, estudiando regiones remotas de nucleación de estrellas, midiendo discos protoplanetarios, observando cómo las estrellas pasan por varias etapas del ciclo de vida, etc. Pero cada sistema se desarrolla a su manera, y aquí, en nuestro sistema solar, miles de millones de años después de la aparición del Sol y los planetas, solo quedan los objetos sobrevivientes.
Inicialmente, todas las estrellas se forman a partir de una nebulosa prenebular, que recoge la materia, con la capa externa a granel que permanece fría, donde se recogen los silicatos amorfos, los componentes de carbono y el hielo. Tan pronto como aparece una protostar en la nebulosa pre-nebulosa, y luego una estrella real, este material externo comienza a atraer y formar grupos más grandes.
Con el tiempo, los bultos crecen, se acercan al centro, interactúan, se fusionan, se mueven y posiblemente incluso se expulsan del sistema. Durante un período de tiempo de cientos de miles a millones de años después de la aparición de una estrella, también aparecen planetas: en una escala cósmica es bastante rápido. Y aunque probablemente había muchos objetos intermedios en el Sistema Solar, después de varios millones de años, el Sistema Solar comenzó a parecerse mucho a lo que tenemos hoy.
Pero podría haber diferencias muy importantes en ello. Podría haber habido un quinto gigante gaseoso; los cuatro gigantes que se quedaron con nosotros podrían estar mucho más cerca del Sol y luego moverse más lejos; y, lo más importante, entre Venus y Marte, lo más probable es que no haya uno, sino dos mundos: Proto-Tierra y un mundo más pequeño del tamaño de Marte, Teia. Mucho más tarde, tal vez decenas de millones de años después de la formación de otros planetas, la Tierra y Teia colisionaron.
El modelo de formación de choque postula que un cuerpo del tamaño de Marte colisionó con la Tierra primitiva, y fragmentos que no retrocedieron formaron la luna. La Tierra y la Luna, como resultado, deben ser más jóvenes que el resto del Sistema Solar.Es en esta colisión, como sospechamos, que apareció la Luna: llamamos a este fenómeno la hipótesis de una colisión gigante. La similitud de las piedras lunares traídas por la misión Apolo con la composición de la tierra nos hizo sospechar que la luna se formó a partir de la Tierra. Otros planetas rocosos que sospechosamente carecen de grandes satélites probablemente no sobrevivieron a enfrentamientos tan importantes en su historia.
Los gigantes gaseosos, que poseen una masa mucho mayor que el resto, pudieron retener hidrógeno y helio (los elementos más ligeros) que existían cuando el sistema solar solo comenzó a formarse; de otros mundos, la mayoría de estos elementos quedaron impresionados. Debido a la demasiada energía del sol y no lo suficientemente fuerte como para contener la gravedad, el sistema solar comenzó a tomar la forma que conocemos hoy.
Ilustración del joven sistema estelar del Beta Painter , en algo similar a nuestro sistema solar, durante su formación. Los mundos internos no podrán retener hidrógeno y helio, a menos que sean lo suficientemente masivos.Pero ahora han pasado miles de millones de años. ¿Cómo sabemos la edad del sistema solar? ¿La edad de la Tierra coincide con la edad de otros planetas? podemos detectar esta diferencia?
Sorprendentemente, la geofísica da la respuesta más precisa. Y esto no significa necesariamente "física de la Tierra", puede ser la física de todo tipo de piedras, minerales y sólidos. Todos estos objetos contienen muchos elementos de la tabla periódica, y varias densidades y composiciones corresponden a dónde se formaron en el sistema solar, en el sentido de la distancia del sol.
Densidades de diferentes cuerpos del sistema solar. Observe la relación entre la densidad y la distancia del sol.Esto sugiere que varios planetas, asteroides, lunas, objetos del cinturón de Kuiper, etc. debe consistir en varios materiales. Los elementos pesados de la tabla periódica, por ejemplo, deberían estar presentes principalmente en Mercurio, y no, por ejemplo, Ceres, que, a su vez, debería ser más rico que Plutón. Pero parece que el porcentaje de diferentes isótopos de los mismos elementos debería ser universal.
Al formar el sistema solar, se debe preservar una cierta proporción de, por ejemplo, carbono 12 a carbono 13 y carbono 14. El carbono 14, según los estándares cósmicos, tiene una vida media corta (varios miles de años), por lo que todo el carbono 14 prehistórico ya ha desaparecido. Pero el carbono 12 y el carbono 13 son estables, lo que significa que cuando se detecta carbono en todo el sistema solar, debe tener el mismo contenido relativo de isótopos. Esto se aplica a todos los elementos estables e inestables, e isótopos del sistema solar.
El número de elementos en el universo actual, medido por nuestro sistema solar.Dado que el sistema solar ya tiene miles de millones de años, podemos buscar isótopos con vidas medias de miles de millones de años. Con el tiempo, estos isótopos se descompondrán, y al estudiar las proporciones de los productos de descomposición en relación con el material restante original, podemos determinar cuánto tiempo ha pasado desde la formación de estos objetos. Para este propósito, el uranio y el torio serán los elementos más confiables. El uranio tiene dos isótopos principales que se encuentran en la naturaleza, U-238 y U-235, y difieren en productos y tasa de descomposición, sin embargo, en miles de millones de años. En torio, Th-232 es el isótopo más útil.
Pero lo más interesante: ¡la mejor evidencia de la edad de la Tierra y del sistema solar no se encuentra en la Tierra!
Dibujo del artista que representa una colisión que hace 466 millones de años dio lugar a la caída de muchos meteoritos hoyMuchos meteoritos cayeron a la Tierra, y medimos y analizamos su composición por elementos e isótopos.
Observamos principalmente el
plomo : la relación de Pb-207 a Pb-206 cambia con el tiempo debido a la descomposición de U-235 (que conduce a la aparición de Pb-207) y U-238 (de dónde viene Pb-206). Con respecto a la Tierra y los meteoritos como parte de un sistema en evolución, es decir, que la proporción de la cantidad de isótopos en ellos debe ser la misma, podemos observar el mineral de plomo más antiguo encontrado en la Tierra para calcular la edad de la Tierra, los meteoritos y el sistema solar.
Esta es una estimación bastante buena, que nos da una cifra del orden de 4.54 mil millones de años. El error de estimación no supera el 1%, pero sigue siendo una incertidumbre de decenas de millones de años.
1997 Lluvia de meteoros Leonidas, vista desde el espacio. Cuando los meteoritos chocan con la parte superior de la atmósfera de la Tierra, se queman y dan lugar a líneas brillantes y destellos de luz que asociamos con las lluvias de meteoritos. A veces, una piedra que cae es lo suficientemente grande como para alcanzar la superficie y se convierte en meteorito.¡Pero podemos hacerlo mejor que simplemente armarlo todo! Por supuesto, esto proporciona una buena evaluación general, pero creemos que la Tierra y la Luna son más jóvenes que los meteoritos.
- Podemos estudiar los meteoritos más antiguos , o aquellos que muestran la mayor proporción de isótopos de plomo, para tratar de estimar la edad del sistema solar. Obtenemos una cifra de 4.568 millones de años.
- Podemos estudiar las piedras lunares que no están sujetas a los cambios geológicos que tuvieron lugar en la Tierra. Su edad es de 4.51 mil millones de años .
Y finalmente, podemos ponernos a prueba. Todo esto se basó en el supuesto de que la relación de U-238 a U-235 es la misma en todo el sistema solar. Pero
nueva evidencia de los últimos 10 años ha demostrado que probablemente este no sea el caso.
Hay lugares donde U-235 se enriquece en un 6% más que el valor típico. De acuerdo con Gregory Brenneke:
Desde la década de 1950, o incluso antes, nadie ha podido detectar diferencias en las proporciones de uranio. Ahora pudimos encontrar pequeñas diferencias. Y esto fue un problema para varias personas en el campo de la geocronología. Para decir con certeza que conocemos la edad del sistema solar en función de la edad de las piedras, deben coincidir necesariamente entre sí.
Pero hace dos años, se descubrió una solución al problema: otro elemento juega un papel.
El curio , un elemento más pesado y con una vida media más corta que incluso el plutonio, se convierte en U-235 durante la descomposición, lo que explica estas diferencias. Como resultado, el error [determinación de la edad] es solo de unos pocos millones de años.
Los discos protoplanetarios, a partir de los cuales se cree que se forman sistemas estelares, eventualmente se ensamblarán en planetas, como en la figura. Es importante comprender que la estrella central, los planetas individuales y el material original restante (que, por ejemplo, puede convertirse en asteroides) pueden diferir en la edad en decenas de millones de años.Entonces, en general, podemos decir que el más antiguo de los materiales sólidos que conocemos en el Sistema Solar data de 4.568 mil millones de años, con un error de 1 millón de años. La Tierra y la Luna son unos 60 millones de años más jóvenes, tomaron su forma final más tarde. Además, no podemos descubrirlo estudiando solo la Tierra.
Pero, sorprendentemente, el Sol puede ser un poco más viejo, ya que su apariencia debe preceder a la aparición de objetos sólidos que componen los componentes restantes del sistema solar. El sol puede ser decenas de millones de años más viejo que las piedras más antiguas del sistema solar, posiblemente llegando a la marca de 4.600 millones. Lo principal es buscar todas las respuestas fuera de la Tierra. Irónicamente, ¡esta es la única forma de saber la edad exacta de nuestro propio planeta!