ईथन से पूछें: हम सौर मंडल की आयु कैसे जानते हैं?

एक युवा स्टार के कलाकार का विचार एक प्रोटोप्लानेटरी डिस्क से घिरा हुआ है। सूर्य जैसे सितारों से संबंधित प्रोटोप्लैनेटरी डिस्क में कई अज्ञात गुण होते हैं, जिसमें विभिन्न प्रकार के परमाणुओं का प्राथमिक पृथक्करण भी शामिल है

अरबों साल पहले, मिल्की वे के एक भूल गए कोने में, एक आणविक बादल, कई अन्य लोगों से अलग नहीं, नए सितारों का अनुबंध और गठन। उनमें से एक रिश्तेदार अलगाव में दिखाई दिया, इसके आस-पास प्रोटोप्लानेटरी डिस्क से सामग्री एकत्र करना, जो परिणामस्वरूप, हमारे सूर्य, आठ ग्रहों और सौर मंडल के बाकी हिस्सों में बदल गया। आज, वैज्ञानिकों का कहना है कि सौर मंडल 4.6 बिलियन साल पुराना है, साथ ही कई मिलियन से कम या शून्य है। लेकिन हम यह कैसे जानते हैं? क्या पृथ्वी और सूर्य की आयु समान है? यह वही है जो हमारे पाठक जानना चाहते हैं:

हम सौर मंडल की आयु को कैसे जानते हैं? मैं बहुत स्पष्ट रूप से एक पत्थर की उम्र को मापने की प्रक्रिया की कल्पना करता हूं क्योंकि यह तरल था, लेकिन लगभग 4.5 अरब साल पहले टिया प्रोटो-पृथ्वी से टकरा गई, जिससे लगभग सब कुछ तरल हो गया। हम कैसे जानते हैं कि हम सौर प्रणाली की आयु निर्धारित करते हैं, और न केवल थिया से टकराव की तारीख निर्धारित करने के लिए दर्जनों नए तरीके खोजते हैं?

एक महान सवाल, बारीकियों से भरा - लेकिन विज्ञान इस तरह के कार्य के साथ सामना करेगा। यहाँ कहानी है कि यह कैसे था।


गैप्स, पदार्थ की गांठ, सर्पिल आकार और अन्य विषमताएं एलियास 2-27 के आसपास प्रोटोप्लैनेटरी डिस्क में चल रहे ग्रहीय गठन के प्रमाण दिखाती हैं। हालाँकि, सिस्टम के विभिन्न घटकों में कौन सी आयु होगी, परिणामस्वरूप, सामान्य स्थिति में यह नहीं कहा जा सकता है।

हम अपने सौर मंडल की आयु और उत्पत्ति के बारे में काफी कुछ जानते हैं। हमने अन्य सितारों के गठन का अवलोकन करके, स्टार न्यूक्लियेशन के दूरस्थ क्षेत्रों का अध्ययन, प्रोटोप्लेनेटरी डिस्क को मापने, यह देखते हुए कि तारे जीवन चक्र के विभिन्न चरणों से कैसे गुजरते हैं, आदि सीखा। लेकिन प्रत्येक प्रणाली अपने तरीके से विकसित होती है, और यहां, हमारे सौर मंडल में, सूर्य और ग्रहों की उपस्थिति के अरबों साल बाद, केवल जीवित वस्तुएं ही रहती हैं।

प्रारंभ में, सभी तारे एक पूर्व-नेबुलर नेबुला से बनते हैं, जो पदार्थ को एक साथ इकट्ठा करते हैं, थोक बाहरी परत शेष ठंड के साथ, जहां अनाकार सिलिकेट, कार्बन घटक और बर्फ एकत्र किए जाते हैं। जैसे ही पूर्व-निहारिका नेबुला में एक प्रोटोस्टार दिखाई देता है, और फिर एक वास्तविक तारा, यह बाहरी सामग्री बड़े गुच्छों को आकर्षित करने और बनाने के लिए शुरू होती है।


समय के साथ, गांठ बढ़ते हैं, केंद्र के करीब जाते हैं, बातचीत करते हैं, विलय करते हैं, चलते हैं, और संभवतः एक दूसरे को सिस्टम से बाहर भी फेंक देते हैं। एक तारे की उपस्थिति के बाद सैकड़ों से हजारों से लाखों वर्षों तक की अवधि में, ग्रह भी दिखाई देते हैं - एक ब्रह्मांडीय पैमाने पर यह काफी तेज है। और यद्यपि सौर प्रणाली में संभवतः बहुत अधिक मध्यवर्ती वस्तुएं थीं, कई मिलियन वर्षों के बाद सौर प्रणाली आज हम जो देखते हैं, उसके समान दिखना शुरू हुआ।

लेकिन इसमें बहुत महत्वपूर्ण अंतर हो सकते हैं। पाँचवाँ गैस विशालकाय हो सकता था; चार दिग्गज जो हमारे साथ बने रहे, वे सूर्य के बहुत करीब हो सकते हैं, और फिर आगे बढ़ सकते हैं; और, सबसे महत्वपूर्ण बात, शुक्र और मंगल के बीच, सबसे अधिक संभावना एक नहीं थी, लेकिन दो दुनिया: प्रोटो-अर्थ और एक छोटी दुनिया मंगल, तेया का आकार। बहुत बाद में, शायद अन्य ग्रहों के बनने के लाखों साल बाद, पृथ्वी और तेया टकरा गए।


शॉक फॉर्मिंग मॉडल यह बताता है कि मंगल ग्रह का आकार प्रारंभिक पृथ्वी से टकराया था, और जो टुकड़े वापस नहीं गिरे, उन्होंने चंद्रमा का निर्माण किया। पृथ्वी और चंद्रमा, परिणामस्वरूप, सौर मंडल के बाकी हिस्सों की तुलना में कम होना चाहिए।

यह इस टकराव में है, जैसा कि हमें संदेह है, कि चंद्रमा दिखाई दिया: हम इस घटना को एक विशाल टक्कर की परिकल्पना कहते हैं। अपोलो मिशन द्वारा पृथ्वी रचना के साथ लाए गए चंद्र पत्थरों की समानता ने हमें संदेह किया कि चंद्रमा पृथ्वी से बना था। अन्य चट्टानी ग्रह जिनमें संदिग्ध रूप से बड़े उपग्रहों का अभाव है, संभवतः उनके इतिहास में इस तरह के बड़े झड़पों से बचे नहीं थे।

गैस दिग्गज, बाकी की तुलना में बहुत बड़े द्रव्यमान वाले, हाइड्रोजन और हीलियम (सबसे हल्के तत्व) को बनाए रखने में सक्षम थे, जो तब मौजूद थे जब सौर प्रणाली केवल बनना शुरू हुई थी; दूसरी दुनिया से, इनमें से अधिकांश तत्वों को उड़ा दिया गया था। सूर्य की बहुत अधिक ऊर्जा और गुरुत्वाकर्षण को मजबूत करने के लिए पर्याप्त नहीं होने के कारण, सौर मंडल आज हमारे द्वारा ज्ञात रूप को लेना शुरू कर दिया है।


बीटा पेंटर के युवा स्टार सिस्टम का चित्रण, इसके निर्माण के दौरान, हमारे सौर मंडल के समान कुछ में। आंतरिक दुनिया हाइड्रोजन और हीलियम को बनाए रखने में सक्षम नहीं होगी, जब तक कि वे बड़े पैमाने पर पर्याप्त न हों।

लेकिन अब अरबों साल बीत चुके हैं। हम सौर मंडल की आयु को कैसे जानते हैं? क्या पृथ्वी की आयु अन्य ग्रहों की उम्र के साथ मेल खाती है; क्या हम इस अंतर का पता लगा सकते हैं?

आश्चर्यजनक रूप से, भूभौतिकी सबसे सटीक उत्तर देती है। और इसका मतलब "पृथ्वी का भौतिकी" नहीं है, यह सभी प्रकार के पत्थरों, खनिजों और ठोस पदार्थों का भौतिकी हो सकता है। इस तरह की सभी वस्तुओं में आवर्त सारणी के कई तत्व शामिल हैं, और विभिन्न घनत्व और रचनाएं सौरमंडल में जहां सूर्य से दूरी के अर्थ में हैं, के अनुरूप हैं।


सौर मंडल के विभिन्न निकायों की घनत्व। घनत्व और सूर्य से दूरी के बीच संबंध पर ध्यान दें

इससे पता चलता है कि विभिन्न ग्रह, क्षुद्रग्रह, चंद्रमा, क्विपर बेल्ट ऑब्जेक्ट आदि। विभिन्न सामग्रियों से मिलकर होना चाहिए। उदाहरण के लिए, आवर्त सारणी के भारी तत्व मुख्य रूप से बुध पर मौजूद होने चाहिए, न कि कहते हैं, सेरेस, जो बदले में, प्लूटो से अधिक समृद्ध होना चाहिए। लेकिन ऐसा लगता है कि एक ही तत्व के विभिन्न समस्थानिकों का प्रतिशत सार्वभौमिक होना चाहिए।

सौर मंडल का निर्माण करते समय, कार्बन -12 से कार्बन -13 और कार्बन -14 के निश्चित अनुपात को संरक्षित किया जाना चाहिए। कॉस्मिक मानकों के आधार पर कार्बन -14 का आधा जीवन (कई हजार वर्ष) होता है, इसलिए सभी प्रागैतिहासिक कार्बन -14 पहले ही गायब हो चुके हैं। लेकिन कार्बन -12 और कार्बन -13 स्थिर हैं, जिसका अर्थ है कि जब पूरे सौर मंडल में कार्बन का पता लगाया जाता है, तो इसमें समान सापेक्ष आइसोटोप सामग्री होनी चाहिए। यह सभी स्थिर और अस्थिर तत्वों और सौर मंडल के समस्थानिकों पर लागू होता है।


आज के ब्रह्मांड में तत्वों की संख्या, हमारे सौर मंडल द्वारा मापी गई है

चूंकि सौर मंडल पहले से ही अरबों साल पुराना है, इसलिए हम अरबों वर्षों के आधे जीवन के साथ आइसोटोप की तलाश कर सकते हैं। समय के साथ, इन आइसोटोप का क्षय हो जाएगा, और मूल शेष सामग्री के सापेक्ष क्षय उत्पादों के अनुपात का अध्ययन करके, हम यह निर्धारित कर सकते हैं कि इन वस्तुओं के गठन के बाद कितना समय बीत चुका है। इस उद्देश्य के लिए, यूरेनियम और थोरियम सबसे विश्वसनीय तत्व होंगे। यूरेनियम के दो मुख्य समस्थानिक हैं जो प्रकृति में पाए जाते हैं, U-238 और U-235, और वे उत्पादों और क्षय दर में भिन्न होते हैं, हालांकि, अरबों वर्षों के भीतर। थोरियम में, Th-232 सबसे उपयोगी आइसोटोप है।

लेकिन सबसे दिलचस्प - पृथ्वी की उम्र और सौर मंडल का सबसे अच्छा सबूत पृथ्वी पर बिल्कुल नहीं पाया जाता है!


466 मिलियन साल पहले टकराव को दर्शाती कलाकार की ड्राइंग ने आज गिरने वाले कई उल्कापिंडों को जन्म दिया

बहुत सारे उल्कापिंड पृथ्वी पर गिर गए, और हमने तत्वों और समस्थानिकों द्वारा उनकी रचना का मापन और विश्लेषण किया। हम मुख्य रूप से लीड का निरीक्षण करते हैं : U-235 (जो Pb-207 की उपस्थिति की ओर जाता है) और U-238 (जहां Pb-206 आता है) के क्षय के कारण Pb-207 का Pb-206 में समय के साथ परिवर्तन होता है। पृथ्वी और उल्कापिंड के बारे में एक विकसित प्रणाली के भाग के रूप में - अर्थात, उनमें समस्थानिकों की संख्या का अनुपात समान होना चाहिए - हम पृथ्वी पर पाए जाने वाले प्रमुख अयस्कों में से सबसे पुराने को देख सकते हैं, जो पृथ्वी, उल्कापिंडों और सौरमंडल की आयु की गणना करते हैं।

यह एक बहुत अच्छा अनुमान है, जिससे हमें 4.54 बिलियन वर्षों के ऑर्डर का आंकड़ा मिला है। अनुमान त्रुटि 1% से अधिक नहीं है, लेकिन यह अभी भी लाखों वर्षों की अनिश्चितता है।


1997 लियोनिड्स उल्का बौछार , अंतरिक्ष से दृश्य। जब उल्काएं पृथ्वी के वायुमंडल के ऊपरी हिस्से से टकराती हैं, तो वे जल जाती हैं और चमकीली रेखाओं और प्रकाश की चमक को जन्म देती हैं जिसे हम उल्कापिंडों के साथ जोड़ते हैं। कभी-कभी एक गिरता हुआ पत्थर सतह तक पहुंचने के लिए काफी बड़ा होता है और उल्कापिंड बन जाता है।

लेकिन हम इसे सिर्फ एक साथ रखने से बेहतर कर सकते हैं! बेशक, यह एक अच्छा समग्र मूल्यांकन देता है, लेकिन हमें लगता है कि पृथ्वी और चंद्रमा उल्कापिंड से छोटे हैं।

• हम सबसे पुराने उल्कापिंडों का अध्ययन कर सकते हैं , या वे जो कि प्रमुख समस्थानिकों का सबसे बड़ा अनुपात दिखाते हैं, सौर मंडल की आयु का अनुमान लगाने की कोशिश करते हैं। हमें 4.568 बिलियन वर्ष का आंकड़ा मिलता है।
• हम चाँद के पत्थरों का अध्ययन कर सकते हैं जो पृथ्वी पर होने वाले भूगर्भीय परिवर्तनों के अधीन नहीं हैं। उनकी उम्र 4.51 बिलियन साल है ।

और अंत में, हम खुद को परख सकते हैं। यह सब इस धारणा पर आधारित था कि U-238 का U-235 का अनुपात पूरे सौर मंडल में समान है। लेकिन पिछले 10 वर्षों के नए सबूतों से पता चला है कि शायद ऐसा नहीं है।



ऐसे स्थान हैं जहां U-235 विशिष्ट मूल्य से 6% अधिक समृद्ध है। ग्रेगरी ब्रेननेके के अनुसार:

1950 के दशक से, या इससे भी पहले, कोई भी यूरेनियम के अनुपात में अंतर का पता लगाने में सक्षम नहीं रहा है। अब हम छोटे अंतर खोजने में सक्षम थे। और यह जियोक्रोनोलॉजी के क्षेत्र में कई लोगों के लिए एक समस्या थी। यह सुनिश्चित करने के लिए कि हम पत्थरों की उम्र के आधार पर सौर प्रणाली की आयु जानते हैं, उन्हें आवश्यक रूप से एक दूसरे के साथ मेल खाना चाहिए।

लेकिन दो साल पहले, समस्या का समाधान खोजा गया था: एक अन्य तत्व एक भूमिका निभाता है। क्यूरियम , एक तत्व भारी और प्लूटोनियम की तुलना में कम आधे जीवन के साथ, क्षय के दौरान U-235 में बदल जाता है, जो इन अंतरों की व्याख्या करता है। नतीजतन, त्रुटि [आयु निर्धारण] केवल कुछ मिलियन वर्ष है।


प्रोटोप्लानेटरी डिस्क, जिससे यह माना जाता है कि स्टार सिस्टम बनते हैं, अंततः ग्रहों में इकट्ठा होंगे, जैसा कि आंकड़े में है। यह समझना महत्वपूर्ण है कि केंद्रीय स्टार, व्यक्तिगत ग्रह और शेष मूल सामग्री (जो, उदाहरण के लिए, क्षुद्रग्रहों में बदल सकती है) दसियों लाख साल की उम्र में भिन्न हो सकती है।

तो, सामान्य तौर पर, हम यह कह सकते हैं कि सोलर सिस्टम में हमारे लिए ज्ञात सबसे पुरानी ठोस सामग्री 4.5 मिलियन बिलियन वर्ष की है, जिसमें 1 मिलियन वर्ष की त्रुटि है। पृथ्वी और चंद्रमा लगभग 60 मिलियन वर्ष छोटे हैं, उन्होंने बाद में अपना अंतिम रूप लिया। इसके अलावा, हम केवल पृथ्वी का अध्ययन करके यह पता नहीं लगा सकते हैं।

लेकिन सूर्य, आश्चर्यजनक रूप से, थोड़ा बड़ा हो सकता है, क्योंकि इसकी उपस्थिति ठोस वस्तुओं की उपस्थिति से पहले होनी चाहिए जो सौर मंडल के शेष घटकों को बनाते हैं। सूर्य सौर मंडल के सबसे पुराने पत्थरों की तुलना में करोड़ों वर्ष पुराना हो सकता है, संभवतः 4.6 बिलियन के निशान के करीब पहुंच सकता है। मुख्य बात यह है कि पृथ्वी के बाहर सभी उत्तरों को देखना है। विडंबना यह है कि यह हमारे अपने ग्रह की सही उम्र जानने का एकमात्र तरीका है!