Kako se određuje starost nebeskih tijela? Poreklo Sunčevog sistema

Lekcija 33

Predmet: Postanak Sunčevog sistema

Cilj: Starost Zemlje i drugih tijela Sunčevog sistema. Radioizotopska metoda određivanja. Osnovni obrasci u Sunčevom sistemu. Teorije nastanka Sunčevog sistema (Kant, Laplace, Schmidt i drugi).

Zadaci :
1. Obrazovni: upoznati pojmove: radioizotopska metoda, starost objekata Sunčevog sistema.

2. Obrazovanje: širio ideju razvoja (evolucije) od određenih nebeskih tijela (planeta) do Sunčevog sistema i cijelog Univerzuma.

3. Razvojni: Formiranje veština za analizu informacija, objašnjenje svojstava sistema i pojedinačnih tela na osnovu najvažnijih fizičkih teorija, korišćenje generalizovanog plana za proučavanje redosleda evolucije i izvođenje zaključaka.
znati:

– radioizotopska metoda za određivanje starosti, starosti Sunčevog sistema (Sunce, Zemlja i Mjesec), neki obrasci u Sunčevom sistemu, moderna teorija nastanka Sunčevog sistema.
biti u mogućnosti da:

– izračunati starost metodom radioizotopa.

Tokom nastave:

1. Novi materijal

Grana astronomije koja proučava nastanak i evoluciju nebeskih tijela - zvijezda (uključujući Sunce), planeta (uključujući Zemlju) i drugih tijela planetarnog sistema naziva se kosmogonija.
1. Starost tijela Sunčevog sistema
Određivanje starosti na osnovu upotrebe radioizotopska metoda- proučavanje sadržaja radioaktivnih elemenata (izotopa hemijskih elemenata) u stijenama. Metoda je predložena 1902 Pierre Curie i razvijene zajedno sa Ernest Rutherford().
Radioaktivni raspad zavisi od spoljnih faktora (T, p, hemijske interakcije) a broj raspadnutih atoma je određen formulom N=br.2-t/T, gdje je T vrijeme poluraspada. Na primjer, U235 ima vrijeme poluraspada od 710 miliona godina, a U,5 milijardi godina. Starost se procjenjuje omjerom Pb206/U238, budući da je olovo konačni neradioaktivni proizvod raspada.
Metoda apsolutne geohronologije u posljednjih 60 hiljada godina je radiokarbonska metoda, zasnovana na zračenju radioaktivnog 14C, otkrivena tokom proučavanja procesa fotosinteze 1941. godine u Berkeleyu. M. Kamen I S. Ruben sa razvijenim poluživotom od 5568 godina Willard Frank Libby(1946, SAD). Na Zemlji postoji 350 izotopa za 94 hemijska elementa.
Starost Sunca je 4,9 milijardi godina, odnosno pripada drugoj generaciji zvijezda koje su nastale iz kompleksa plina i prašine.
Vjeruje se da je Sunčev sistem star više od 4,6 milijardi godina.
Nedavne studije krajem 2005. godine pokazale su da je starost Mjeseca 4 milijarde 527 miliona godina. Prema naučnicima, greška mjerenja može biti maksimalno 20-30 miliona godina.
Starost najstarijih stena na Zemlji (kora) je 3960 miliona godina.
Vulkanske i sedimentne stijene kompleksa Pilbara, zapadno od australske Velike pješčane pustinje, neke su od najstarijih stijena na Zemlji, pokazujući da je život na planeti Zemlji počeo prije 3,416 milijardi godina.

2. Pravilnosti u Sunčevom sistemu
Kosmološka hipoteza o formiranju Sunčevog sistema treba da objasni uzorke uočene u njemu. Evo nekih od njih:
1 . Orbite svih planeta leže praktično u istoj ravni, koja se zove ravan Laplace.
2 . Ekscentriciteti orbita planeta su veoma mali.
3 . Prosječna udaljenost planeta od Sunca slijedi određeni obrazac, koji se naziva Titius-Bode pravilo .
4 . Planete se kreću oko Sunca u pravcu njegove rotacije, kao i većina njihovih satelita.
5 . Asteroidi (Glavni pojas) se nalaze na takvoj udaljenosti od Sunca gdje bi, prema Titius-Bodeovom pravilu, trebala postojati planeta.
6 . Sve planete Sunčevog sistema, osim planeta najbližih Suncu, Merkura i Venere, imaju prirodne satelite.
7 . Postoji pozitivna korelacija između ugaone brzine rotacije planeta i njihove mase: što je veća masa, veća je i brzina rotacije. Izuzetak su opet Merkur i Venera.
8. U parametrima kretanja planeta i njihovih satelita održavaju se srazmjernosti, što ukazuje na rezonantne fenomene.
9. Većina planeta (osim Venere i Urana) rotiraju u istom smjeru kao i njihova orbita oko Sunca.
10. Planete čine 98% količine kretanja u Sunčevom sistemu sa samo 0,1 solarne mase.
11. Prema svojim fizičkim karakteristikama, planete se oštro dijele na zemaljske grupe i divove.
12. Jednakost ugaonih veličina Sunca i Meseca kada se posmatraju sa Zemlje, poznata je od detinjstva i pruža nam mogućnost da posmatramo potpune (ne prstenaste) pomračenja Sunca.
13. Jednakost odnosa prečnika Sunca i prečnika Zemlje i udaljenosti od Sunca do Zemlje prema prečniku Sunca sa tačnošću od 1%: 1390000: 12751 = 109 i: 1390000 = 108
14. Period okretanja Mjeseca oko Zemlje jednak je periodu njegove rotacije oko svoje ose (sideralni lunarni mjesec, 27,32 dana) i Carringtonovom periodu rotacije Sunca (27,28 dana). Šugrin i Obut ukazuju da je prije 600-650 miliona godina sinodički lunarni mjesec bio jednak 27 današnjih dana, odnosno da je postojala tačna rezonanca sa Suncem.
15. "Sunčani trg". Zanimljivo svojstvo periodičnosti solarne aktivnosti datira iz 1943. godine. Prosječna vrijednost trajanja ciklusa solarne aktivnosti data je za 17 ciklusa (128 godina), prosječna vrijednost za postmaksimalni (maksimalno-minimalni period solarnog ciklusa) P = 6,52 godine, kao i prosječna vrijednost za premaksimum (minimalno-maksimalni period solarnog ciklusa) N = 4,61 godina . U ovom slučaju, primećuje se sledeći obrazac: (6,52)2/(4,61)2=42,51/21,25=2 ili P/N=√2.
I drugi uzorci. Prilikom kreiranja hipoteze za nastanak Sunčevog sistema, potrebno je uzeti u obzir i objasniti sve obrasce.

3. Hipoteze za nastanak Sunčevog sistema

Hipoteze o formiranju našeg Sunčevog sistema mogu se podijeliti u dvije grupe: katastrofalno I evolucijski. Kosmogonijske hipoteze
Prve hipoteze pojavile su se mnogo prije nego što su mnogi važni obrasci Sunčevog sistema postali poznati. Odbacujući teorije o stvaranju Sunčevog sistema kao istovremenog čina božanskog stvaranja, zadržaćemo se na najznačajnijim teorijama u kojima se nastanak nebeskih tela objašnjava kao rezultat prirodnog procesa i sadržava ispravne ideje.
1 . Hipoteza Kant- prvi univerzalni prirodno-filozofski koncept razvijen u godinama. Prema njegovoj hipotezi, nebeska tijela su nastala iz džinovskog hladnog oblaka prašine pod utjecajem gravitacije. Sunce se formiralo u centru oblaka, a planete na periferiji. Tako je prvobitno izražena ideja da su nastali Sunce i planete istovremeno.
2 . Hipoteza Laplace- 1796. izneo hipotezu o nastanku Sunčevog sistema iz jedne vruće rotirajuće gasne magline, ne poznavajući teoriju I. Kant. Planete su rođene na granici magline kondenzacijom ohlađenih para u ekvatorijalnoj ravni i od hlađenja maglina se postepeno skupljala, rotirajući sve brže, a kada centrifugalna sila postane jednaka sili gravitacije, formiraju se brojni prstenovi koji , kondenzirajući, dijeleći se na nove prstenove, prvo je stvorio plinovite planete, a središnji ugrušak se pretvorio u Sunce. Plinovite planete su se hladile i skupljale, formirajući oko sebe prstenove iz kojih su potom izlazili sateliti planeta (smatrao sam da je prsten Saturna tačan u svom rasuđivanju). U teoriji, formiranje svih tijela Sunčevog sistema: Sunca, planeta, satelita događa se istovremeno. Daje 5 činjenica (očigledno nedovoljno) - karakteristike Sunčevog sistema, zasnovane na zakonu gravitacije. Ovo je prva teorija razvijena u matematičkom obliku i postojala je skoro 150 godina, sve do teorije.
Kant-Laplaceova hipoteza ne može objasniti zašto u Sunčevom sistemu više od 98% ugaonog momenta pripada planetama. Engleski astrofizičar je detaljno proučavao ovaj problem. Hoyle. On je ukazao na mogućnost prenošenja ugaone količine gibanja sa "proto-sunca" na okolinu pomoću magnetnog polja.
3. Jedna od najčešćih katastrofalnih hipoteza bila je hipoteza Traperice. Prema ovoj hipotezi, zvijezda je prošla blizu Sunca i svojim privlačenjem izvukla mlaz plina sa površine Sunca, od kojeg su nastale planete. Glavni nedostatak ove hipoteze je da je vjerovatnoća da će zvijezda biti na bliskoj udaljenosti od Sunca vrlo mala. Osim toga, četrdesetih i pedesetih godina, kada se raspravljalo o ovoj hipotezi, smatralo se da postojanje mnoštva svjetova ne zahtijeva dokaz, pa stoga vjerovatnoća formiranja planetarnog sistema ne bi trebala biti mala. Sovjetski astronom Nikolaj Nikolajevič Parijski je svojim proračunima uvjerljivo pokazao zanemarljivu vjerovatnoću nastanka planetarnog sistema, a samim tim i života na drugim planetama, što je bilo u suprotnosti sa preovlađujućim stavovima filozofa u to vrijeme. Ideja o ekskluzivnosti solarnog planetarnog sistema navodno je dovela do idealističkog koncepta antropocentrizma, s kojim se materijalistički naučnik ne može složiti.
4. Drugi moderna katastrofalna hipoteza. U početnom trenutku postojale su Sunce, protoplanetarna maglina i zvezda, koja je u trenutku prolaska pored Sunca eksplodirala i pretvorila se u supernovu. Udarni talasi su odigrali odlučujuću ulogu u formiranju planeta iz ovog protoplanetarnog oblaka. Ova hipoteza dobila je snažnu podršku, kako piše u knjizi "Parada planeta", kao rezultat analize hemijskog sastava velikog meteorita Allende. Ispostavilo se da ima nenormalno visoku količinu kalcija, barija i neodimijuma.
5. Još zanimljivija je katastrofalna hipoteza ruskog astrofizičara, profesora na Univerzitetu u Sankt Peterburgu, Kirila Pavloviča Butusova, koji je početkom 70-ih predvidio prisustvo planeta iza Neptuna. Amerikanci su, posmatrajući komete sa dugim periodima okretanja oko Sunca, došli do zaključka da postoji određeno masivno tijelo, „smeđi patuljak“, na velikoj udaljenosti od naše zvijezde i nazvali su ga Lucifer. Butusov je ovu navodnu drugu zvezdu Sunčevog sistema nazvao Raja Sunce sa masom od oko 2% Sunca. Tibetanske legende čuvaju informacije o tome. Lame ga smatraju metalnom planetom, čime se naglašava njena ogromna masa uprkos relativno maloj veličini. Kreće se po vrlo izduženoj orbiti i pojavljuje se na našem području svakih 36 hiljada godina. Butusov sugeriše da je Kralj Sunce nekada bio ispred Sunca u svom razvoju i da je bio glavna zvezda binarnog sistema. Zatim je, prateći prirodne procese, prošao kroz fazu crvenog diva, eksplodirao i na kraju se pretvorio u bijelog, a potom i smeđeg patuljka. Planetarni sistem uključuje Jupiter, Neptun, Zemlju i Merkur. Možda su imali život koji je bio nekoliko stotina miliona godina ispred modernog života (inače kako objasniti prisustvo ljudskih tragova pored tragova dinosaurusa?). Ostale planete pripadale su Suncu. Pošto je u velikoj meri izgubio svoju masu, Raja-Sunce je prenelo svoju "svitu" na sadašnje Sunce. Tokom svih ovih kosmičkih perturbacija, Zemlja je presrela Mjesec sa Marsa. Mnoge legende kažu da naša planeta ranije nije imala satelit. Možda još uvijek postoji nekoliko planeta oko Raja-Sunca sa neproporcionalno višom civilizacijom od naše. I odatle pregledaju Zemlju. Ali ono što govori protiv Raja the Sun je činjenica da je Butusov očekivao da će se pojaviti do 2000. godine, ali se nikada nije pojavio.
5 . Općeprihvaćena trenutna teorija je Schmidtova teorija.
Kosmološki modeli

1. Globus u kojem se pojavljuje protozvijezda (posebno naše Sunce) se skuplja, povećavajući brzinu rotacije. Kako se protozvijezda brže skuplja, ona formira disk materijala koji okružuje buduću zvijezdu. Dio prvog dijela materijala obližnjeg diska pada na zvijezdu koja se formira pod utjecajem gravitacije. Gas i prašina koji ostaju u disku i imaju višak obrtnog momenta postepeno se hlade. Oko protozvijezde formira se protoplanetarni disk plina i prašine.
2. Ohlađena materija u disku, postajući ravnija, postajući gušća, počinje da se skuplja u male grudvice - planetezimale, formirajući roj od milijardi grudvica veličine oko kilometar, koji su se prilikom kretanja sudarali, kolabirali i sjedinjavali. Najveći su preživjeli – formirajući planetarna jezgra, a njihovim rastom sve veća gravitacijska sila je doprinijela apsorpciji obližnjih planetezimala i privlačenju okolnog plina i prašine. Tako su nakon 50 miliona godina nastale džinovske plinovite planete. U središnjem dijelu diska, protozvijezda se dalje razvijala - sabijala se i zagrijavala.
3. Nakon 100 miliona godina, protozvijezda se pretvara u zvijezdu. Rezultirajuća radijacija zagrijava oblak na 400K, formira se zona isparavanja i vodonik i helij počinju da se istiskuju na udaljeniju udaljenost, ostavljajući teže elemente i postojeće velike planetezimale (buduće zemaljske planete) u blizini. U procesu gravitacijske diferencijacije materije (podjela na tešku i laganu) formira se jezgro planete i njen omotač.
4. U spoljašnjem, udaljenijem delu Sunčevog sistema od Sunca u 5 a. Odnosno, formira se zona smrzavanja s temperaturom od približno 50K i ovdje se formiraju velika planetarna jezgra za koje se pokazalo da su sposobne zadržati određenu količinu plina u obliku primarnog oblaka. U njemu je naknadno formiran veliki broj satelita, a od ostataka prstena.
5. Mjesec i sateliti Marsa (kao i neki sateliti džinovskih planeta) su bivši planetezimali (kasniji asteroidi) koji su držane (zarobljene) gravitacijskim silama planeta.
Evo još jedna teorija o formiranju Sunčevog sistema :
U početku se Sunce kretalo u orbiti oko centra galaksije potpuno samostalno.
Materijalna tijela sa karakteristikama planeta koje su trenutno dio našeg Sunčevog sistema također su postojala sama, bez ikakve veze međusobno, iako su se nalazila u relativnoj blizini Sunca i kretala se u istom smjeru kao i ono. Svaki od ovih objekata, koji je bio u određenoj fazi razvoja, bio je okružen dubokim vakuumom, čiji je nivo direktno zavisio od veličine nebeskog tela. Sunce je imalo najveću masu, što je prirodno odredilo postojanje najjačeg razrjeđivanja oko njega. Stoga su tamo bili usmjereni najmoćniji tokovi gravitacijske materije, koji su, susrevši planete na svom putu, počeli polako da ih pomiču prema Suncu.
Merkur je prvi ušao u zonu cirkumsolarne gravitacije. Kako se približavao zvijezdi, počeo je sa sunčeve strane osjećati nedostatak gravitacijskih masa neophodnih za vlastitu evoluciju, što ju je natjeralo da odstupi od pravolinijskog pravca i obiđe Sunce. Prošavši ovo potonje, Merkur se udaljio od njega, ali je pod pritiskom nadolazećih tokova materije bio prisiljen da se okrene nazad, iznova i iznova ponavljajući povratne rotacijske pokrete oko središta nastalog sistema tijela duž svoje eliptične orbite, dodajući sopstveni vakuum u cirkumsolarnu prazninu. To se izražava u postojanju praznine ne samo oko same planete, već iu njenom formiranju kroz čitavu orbitu duž koje se kreće Merkur.
Tako je počeo da nastaje naš solarni sistem.
Druga Venera pojavila se u okruženju Sunca, koje je gotovo potpuno ponovilo sudbinu Merkura, zauzimajući sljedeću orbitu. Svoju rotaciju oko svoje ose, koja se razlikuje od ostalih planeta, Venera je stekla tokom procesa svog formiranja, a nije ni na koji način povezana sa formiranjem Sunčevog sistema.
Zemlja i drugi materijalni objekti sa satelitima bili su uključeni u orbitalno kretanje oko Sunca, već imaju svoj vlastiti sistem tijela.
Pojas asteroida koji postoji iza Marsa, smješten u orbiti, nesumnjivo je ranije pripadao maloj, praktično nerotirajućoj planeti Phaeton, koja se srušila prije oko 65 miliona godina. Prstenovi oko nekih planeta imaju sličnu prirodu. Većina eksplodiranih svemirskih objekata se skupila i ravnomjerno rasporedila po cijelom orbitalnom vakuumu koji je nastao tokom njihove rotacije prije katastrofe.
Neprekidno kretanje gravitacionih masa prema centru Sunčevog sistema i dalje ne samo da menja kvalitativno stanje potonjeg, već i pomera prema njemu slobodne materijalne objekte, koji će u dalekoj budućnosti postati sateliti Sunca.
Tako je nastao naš Sunčev sistem, ali proces njegovog popunjavanja novim nebeskim telima nije završen još mnogo miliona godina.
Ali koliko je star Sunčev sistem? Naučnici su otkrili da je oko tri stotine miliona godina Zemlja bila ledena kugla. S tim u vezi, može se pretpostaviti da je tokom ovog perioda temperatura Sunca bila relativno niska i da njegova energija nije bila dovoljna da osigura toplotni režim na našoj planeti uporediv sa sadašnjim. Ali takva pretpostavka je potpuno neprihvatljiva, jer se čak ni Mars, koji se nalazi na mnogo većoj udaljenosti od Sunca od Zemlje i prima mnogo manje toplotne energije, nije ohladio na tako nisku temperaturu.
Uvjerljivije objašnjenje za fenomen globalnog zaleđivanja Zemlje je da je tada bila veoma udaljena od Sunca, odnosno izvan prostora modernog Sunčevog sistema. Iz ovoga slijedi važan zaključak: prije tri stotine miliona godina Sunčev sistem kao takav nije postojao samo po prostranstvima Univerzuma, u najboljem slučaju, okruženo Merkurom i Venerom;
Dakle, može se nedvosmisleno reći da je približna starost Sunčevog sistema znatno manja od tri stotine miliona godina!

Jedna od modernih teorija o formiranju Zemlje

4. Planete oko drugih zvijezda (egzoplanete) V Wikipedia
Misli o postojanju drugih svjetova iznijeli su starogrčki filozofi: Liucippus, Democritus, Epicurus. Takođe, ideju o postojanju drugih planeta oko zvijezda iznio je 1584. Giordano Bruno (1548-02/17/1600, Italija). Do 24. aprila 2007. otkriveno je 219 ekstrasolarnih planeta u 189 planetarnih sistema, 21 brojni planetarni sistem. Prva egzoplanet otkrivena je 1995. godine u blizini zvijezde 51 Pegasi, udaljene 14,7 posto od nas od strane astronoma Ženevske opservatorije. Michelle MAJOR(M. Gradonačelnik) i Didier KVELOZ(D. Queloz).
Profesor astronomije na Kalifornijskom univerzitetu u Berkliju Geoffrey Marcy(Geoffrey Marcy) i astronom Paul Butler(Paul Butler) sa Univerziteta Carnegie objavio je 13. juna 2002. otkriće planete klase Jupiter koja kruži oko svoje zvijezde na udaljenosti približno jednakoj onoj na kojoj naš Jupiter kruži oko Sunca. Zvijezda 55 Cancri udaljena je 41 svjetlosnu godinu od Zemlje i vrsta je zvijezde nalik suncu. Otkrivena planeta je udaljena od zvijezde za. 5,5 astronomskih jedinica (Jupiter na 5,2 astronomske jedinice). Njegov orbitalni period je 13 godina (za Jupiter - 11,86 godina). Masa - od 3,5 do 5 Jupiterovih masa. Dakle, prvi put u 15 godina posmatranja, međunarodni tim "lovaca na planete oko drugih zvijezda" uspio je otkriti planetarni sistem sličan našem. Trenutno je poznato sedam takvih sistema.
Student Univerziteta Pennsylvania koji koristi Hubble orbitalni teleskop John Debes(John Debes), radeći na projektu traženja zvijezda u drugim sistemima, početkom maja 2004. godine, po prvi put u istoriji, fotografisao je planetu u drugom sistemu koji se nalazi na udaljenosti od oko 100 svjetlosnih godina od Zemlje, potvrđujući zapažanje početkom 2004. sa VLT teleskopom (Čile) i prvom fotografijom pratioca oko zvijezde 2M 1207 (crveni patuljak). Njegova masa se procjenjuje na 5 masa Jupitera, a orbitalni radijus je 55 AJ. e.

Kod kuce:

Obrazac u distribuciji udaljenosti planeta od Sunca izražen je empirijskom zavisnošću A. e. koji se zove Titius-Bodeovo pravilo. Nije objašnjeno nijednom od postojećih kosmogonijskih hipoteza, ali je zanimljivo da se Pluton očito ne uklapa u tabelu koja to ilustruje. Možda je i ovo jedan od razloga odluke IAC-a ( šta je uključeno u definiciju planete?) o isključenju Plutona sa liste glavnih planeta? [Definicija planete uključuje tri odredbe: 1) kruži oko Sunca, 2) dovoljno je velika (više od 800 km) i masivna (iznad 5x1020 kg) da poprimi sferni oblik, 3) nema tijela slične veličine blizu njegove orbite. Ovaj razlog je takođe prikladan, jer u Kuiperovom pojasu postoje tijela koja su veća od Plutona.]

Planeta		posmatrana poluosa (a.e.)	izračunata poluosa (a.e.)
Merkur
asteroidi

U većini modernih udžbenika, enciklopedija i referentnih knjiga starost Sunca se procjenjuje na 4,5-5 milijardi godina. Isto toliko vremena mu je dodijeljeno da "izgori".

U prvoj polovini 20. stoljeća razvoj nuklearne fizike dostigao je takav nivo da je postalo moguće izračunati efikasnost različitih termonuklearnih reakcija. Kao što je ustanovljeno kasnih 1930-ih, u fizičkim uslovima koji postoje u središnjoj oblasti Sunca i zvijezda, mogu se dogoditi reakcije koje dovode do ujedinjenja četiri protona (jezgra atoma vodika) u jezgro atoma helijuma. Kao rezultat takvog ujedinjenja oslobađa se energija i, kako proizilazi iz proračuna, na taj način osigurava sjaj Sunca milijardama godina. Zvijezde diva, koje više koriste svoje nuklearno gorivo (protone), trebale bi imati mnogo kraći životni vijek od Sunca - samo desetine miliona godina. Iz toga je, tih istih godina, napravljen zaključak o rađanju takvih zvijezda u naše vrijeme. Što se tiče manjih zvijezda poput Sunca, mnogi astronomi su i dalje smatrali da su i one, kao i Sunce, nastale prije milijardi godina.

Krajem 40-ih V.A. Ambartsumyan je zauzeo potpuno drugačiji pristup problemu određivanja starosti zvijezda. Zasnovala se na tada dostupnim opsežnim opservacijskim podacima o raspodjeli zvijezda različitih tipova u svemiru, kao i na rezultatima naših vlastitih proučavanja dinamike zvijezda, odnosno njihovog kretanja u gravitacijskom polju koje stvara sve zvezde u galaksiji.
V.A. Na osnovu toga, Ambartsumyan je napravio dva najvažnija zaključka ne samo za astrofiziku, već i za čitave prirodne nauke:

1. Formiranje zvijezda u Galaksiji traje do danas.
2. Zvijezde se rađaju u grupama.

Ovi zaključci ne zavise ni od pretpostavki o mehanizmu nastanka zvijezda, koji tih godina nije sa sigurnošću utvrđen, niti od prirode izvora energije zvijezda. Oni su zasnovani na onome što V.A. Ambartsumyan je otkrio novu vrstu zvjezdanih jata, koje je nazvao zvjezdane asocijacije.

Prije otkrića zvjezdanih asocijacija, astronomi su znali za dvije vrste zvjezdanih grupa u Galaksiji - otvorena (ili otvorena) jata i globularna jata. U otvorenim jatima koncentracija zvijezda nije jako značajna, ali se ipak ističu na pozadini zvjezdanog polja Galaksije. Jato drugog tipa - globularno - odlikuje se visokim stepenom koncentracije zvijezda i, s nedovoljno dobrom rezolucijom, izgleda kao jedno tijelo. Takvo jato se sastoji od stotina hiljada zvijezda, stvarajući dovoljno jako gravitacijsko polje koje ga sprečava da se brzo raspadne. Može postojati dugo - oko 10 milijardi godina. Otvoreno jato sadrži nekoliko stotina zvijezda i, iako je gravitacijski vezan sistem, ova veza nije jako jaka. Klaster se može raspasti, kao što pokazuje V.A. Ambarcumjanovi proračuni za nekoliko stotina miliona godina.

Naučnici iz NASA-e utvrdili su starost našeg svemira sa neviđenom tačnošću. Astronomi procjenjuju da je star 13,7 milijardi godina, a prve zvijezde su se pojavile 200 miliona godina nakon Velikog praska. Od ovog trenutka, Univerzum se neprekidno širi, raspršuje i hladi... do potpunog nepostojanja.

Ranije su astrofizičari vjerovali da je naš svijet star od 8 do 20 milijardi godina, a zatim su se smjestili na raspon od 12-15 milijardi, zadržavajući pravo na grešku od 30%. Trenutna procjena ima marginu greške od 1%. Što se tiče "perioda trudnoće" prve zvijezde, ranije se pretpostavljalo da leži u rasponu od 500 miliona do milijardu godina.
Još zanimljiviji je kvalitativni sastav materije Univerzuma. Ispostavilo se da se samo 4% materije sastoji od atoma, koji podliježu poznatim zakonima elektromagnetizma i gravitacije. Još 23 posto se sastoji od takozvane “tamne materije” (naučnici malo znaju o njenim svojstvima). Pa, čak 73% svega što postoji je potpuno misteriozna “tamna energija” ili “antigravitacija”, koja potiče svemir da se širi. Ispada da 96% znamo da ništa ne znamo.
Dan je bio prva prirodna jedinica vremena koja je regulisala rad i odmor. U početku se dan dijelio na dan i noć, a tek mnogo kasnije na 24 sata.

Siderički dan je određen periodom rotacije Zemlje oko svoje ose u odnosu na bilo koju zvijezdu.
Pravo podne se dešava u različito vreme na različitim meridijanima Zemlje, a radi pogodnosti dogovoreno je da se globus podeli na vremenske zone koje prolaze kroz 15 stepeni geografske dužine, počevši od Griničkog meridijana. Ovo je londonski meridijan od 0 stepeni geografske dužine, a pojas se zove nula (zapadnoevropski).

Sekunda je općeprihvaćena jedinica za vrijeme otkucaja ljudskog srca u trajanju od otprilike 1 sekunde. Istorijski gledano, ova jedinica je povezana s podjelom dana na 24 sata, 1 sat na 60 minuta, 1 minut na 60 sekundi.

Atomska sekunda je vremenski interval tokom kojeg se dešava skoro 10 milijardi vibracija atoma Cs - (9.192.631.830).

Kalendar je sistem za izvještavanje o dugim vremenskim periodima, u kojem se utvrđuje određeni red brojanja dana u godini i označava početak izvještaja.

Određivanje starosti spektrom

Na prvi pogled može izgledati da je za određivanje sastava Sunca ili zvijezde potrebno izdvojiti barem malo njegove materije. Međutim, nije. Sastav nebeskog tijela može se odrediti promatranjem svjetlosti koja nam dolazi iz njega pomoću posebnih instrumenata. Ova metoda se naziva spektralna analiza i od velikog je značaja u astronomiji.
Suština ove metode može se shvatiti na sljedeći način. Postavimo neprozirnu barijeru sa uskim prorezom ispred električne lampe, staklenom prizmom iza proreza i bijelim ekranom nešto dalje. Zagrijana čvrsta metalna nit svijetli u električnoj lampi. Uski snop bijele svjetlosti izrezan prorezom, prolazeći kroz prizmu, razlaže se na svoje sastavne boje i na ekranu daje prekrasnu sliku u boji, koja se sastoji od dijelova različitih boja koji se neprekidno pretvaraju jedni u druge - to je tako- koji se naziva kontinuirani svjetlosni spektar, sličan dugi. Vrsta spektra zagrijane čvrste supstance ne zavisi od njenog sastava, već samo od temperature tela.
Drugačija situacija se događa kada tvari svijetle u plinovitom stanju. Kada gasovi sijaju, svaki od njih sija posebnom, jedinstvenom svetlošću. Kada se ova svjetlost razloži pomoću prizme, dobije se skup obojenih linija ili linijski spektar, karakteristika svakog datog plina (slika 1). To je, na primjer, sjaj neona, argona i drugih supstanci u cijevima za pražnjenje u plinu, ili takozvanim lampama hladnog svjetla.

Spektar dolazaka. Foto: NASA

Spektralna analiza se zasniva na činjenici da se svaka data supstanca može razlikovati od svih ostalih po svom emisionom spektru. U spektralnoj analizi mješavine nekoliko supstanci, relativni sjaj pojedinačnih linija karakterističnih za svaku supstancu može se koristiti za određivanje relativnog sadržaja određene nečistoće. Štaviše, tačnost mjerenja je takva da omogućava određivanje prisutnosti male nečistoće, čak i ako je samo stohiljaditi dio ukupne količine tvari. Dakle, spektralna analiza nije samo kvalitativna, već i precizna kvantitativna metoda za proučavanje sastava mješavine.
Usmjeravajući teleskope prema nebu, astronomi proučavaju obrasce kretanja zvijezda i sastav svjetlosti koju emituju. Na osnovu prirode kretanja nebeskih tijela određuju se veličina zvijezda, njihova masa itd. Na osnovu sastava svjetlosti koju emituju nebeska tijela, hemijski sastav zvijezda određuje se spektralnom analizom. Relativna zastupljenost vodonika i helijuma u zvijezdi koja se proučava određuje se poređenjem svjetline spektra ovih supstanci.

Budući da je razvoj zvijezde praćen kontinuiranom transformacijom vodonika u helijum unutar nje, što je zvijezda starija, to je manje vodonika, a više helijuma u njenom sastavu. Poznavanje njihovog relativnog obilja omogućava nam da izračunamo starost zvijezde. Međutim, ova računica nije nimalo jednostavna, jer se tokom evolucije zvijezda mijenja njihov sastav i smanjuje njihova masa. U međuvremenu, brzina kojom se pretvaranje vodonika u helijum događa u zvijezdi ovisi o njezinoj masi i sastavu. Štoviše, ovisno o početnoj masi i početnom sastavu, ove promjene se događaju različitom brzinom i na malo različite načine. Dakle, da bi se pravilno odredila starost zvezde iz posmatranih veličina – sjaja, mase i sastava, potrebno je donekle obnoviti istoriju zvezde. To je ono što sve proračune čini prilično komplikovanim, a njihovi rezultati nisu baš precizni.

Ipak, za mnoge zvijezde su napravljena odgovarajuća mjerenja i proračuni. Prema A. B. Severnyju, Sunce sadrži 38% vodonika, 59% helijuma i 3% drugih elemenata, uključujući oko 1% ugljika i dušika. Godine 1960. D. Lambert je na osnovu podataka o masi, sjaju i sastavu Sunca, kao i detaljnih proračuna njegove pretpostavljene evolucije, dobio starost Sunca od 12*109 godina.
Kada se proučava istorija razvoja nebeskih tela, nema potrebe ni mogućnosti da se prati bilo koja zvezda od njenog rođenja do starosti. Umjesto toga, mnoge zvijezde se mogu proučavati u različitim fazama njihovog razvoja. Kao rezultat takvog istraživanja, bilo je moguće razjasniti ne samo sadašnjost, već i prošlost i budućnost zvijezda, a posebno našeg Sunca.
Sunce je u početku bilo veoma rasipno u svojoj masi i energiji i relativno brzo je prešlo u svoje moderno stanje, koje karakteriše mirnije i ravnomernije postojanje, u kojem se dešavaju samo izuzetno spore promene u njegovoj svetlosti, temperaturi i masi. U ovom već "zrelom" dobu, Sunce će postojati još mnogo milijardi godina.

Tada će se zbog nakupljanja velike količine helijuma smanjiti prozirnost Sunca i, shodno tome, njegov prijenos topline će se smanjiti. To će dovesti do još većeg zagrijavanja Sunca. Do tog vremena će zalihe vodikovog "goriva" na Suncu gotovo presušiti, pa će nakon relativno kratkog bljeskanja Sunca početi njegovo relativno brzo blijeđenje. Međutim, sve se to našem Suncu neće dogoditi uskoro, ni manje ni više nego za deset milijardi godina.

Postoje zvijezde u kojima je sadržaj vodonika mnogo veći nego na našem Suncu, a također i one u kojima ima vrlo malo vodonika. V. A. Ambartsumyan, B. A. Vorontsov-Velyaminov i B. V. Kukarkin su pokazali da u Galaksiji postoje mlade zvijezde, na primjer, određeni broj supergiganata, čija starost ne prelazi samo jedan ili deset miliona godina, kao i stare zvijezde, starosti koje su mnogo veća od starosti našeg Sunca.

Naša galaksija je džinovsko jato zvijezda međusobno povezanih gravitacijskim silama i tako ujedinjenih u zajednički sistem. Udaljenosti koje nas dijele od Sunca i drugih zvijezda su ogromne. Stoga, da bi ih izmjerili, astronomi su uveli specifične jedinice dužine. Udaljenost od Zemlje do Sunca naziva se astronomska jedinica dužine. Kao što znate, 1 a. e. = 149,6 miliona km. Udaljenost koju svjetlost prijeđe u jednoj godini naziva se svjetlosna godina: 1 svjetlosna godina. godina = 9,46x10 12 km = 10 13 km. Udaljenost na kojoj je polumjer Zemljine orbite vidljiv pod uglom od 1 sekunde naziva se druga paralaksa ili skraćeno parsek (pc). Dakle, 1 kom = 3,26 st. godine = 3.085x10 13 km.

Naša galaksija ima oblik veoma ravnog diska. Sadrži oko 1013 zvjezdica. Sunce je jedno od njih. Cijeli ovaj sistem rotira polako, ali ne kao čvrsto tijelo, već kao polutečno, viskozno tijelo. Ugaona brzina rotacije Galaksije opada od njenog centra ka periferiji tako da na 8 kiloparseka od centra period okretanja iznosi oko 212 miliona godina, a u oblasti Sunca, odnosno na udaljenosti od 10 kiloparseka. od centra udaljeno je 275 miliona godina. To je period koji se obično naziva galaktičkom godinom.
Očigledno, starost Galaksije treba odrediti prema najstarijim zvijezdama koje su u njoj sastavljene. G. Arp je 1961. proučavao nekoliko najstarijih zvijezda. Za najstarije otvoreno jato NGC 188 dobio je vrijednost starosti 16x10 9 godina, a za jedno od najstarijih kuglastih jata, M5, starost je bila 20x10 9 godina. Prema procjenama F. Hoylea i drugih, starost nekih zvijezda blizu Sunca: 8 Eridani i u Hercules A, iznosi (10-15)x10 9 godina.

Trenutno je starost Galaksije određena drugim metodama i dobijeni su nešto drugačiji rezultati. Razmatranje ovih metoda i poređenje rezultata dobijenih uz njihovu pomoć je od velikog interesa i dato je u nastavku.



Doba nebeskih tijela - DOBA NEBESKIH TELA. Starost Zemlje i meteorita, a time posredno i drugih tijela Sunčevog sistema, najpouzdanije se procjenjuje, na primjer, metodama nuklearne kosmohronologije. količinom izotopa olova 206Pb i 207Pb nastalih u proučavanim stijenama kao rezultat radioaktivnog raspada izotopa uranijuma 238U i 235U. Od trenutka kada prestane kontakt proučavanog uzorka stijene sa mogućim izvorima 238U i 235U (na primjer, nakon odvajanja stijene od taline u slučaju njenog vulkanskog porijekla ili mehaničke izolacije u slučaju meteorita, što može biti fragmenti većih kosmičkih tijela), formiranje izotopa 206Rb i 207Rb je posljedica izotopa uranijuma prisutnih u uzorku. Budući da je brzina radioaktivnog raspada konstantna, količina akumuliranih izotopa olova karakterizira vrijeme proteklo od trenutka izolacije uzorka do trenutka proučavanja. U praksi se starost stijene određuje omjerom sadržaja izotopa 206Pb i 207Pb i sadržaja prirodnog izotopa 204Pb, koji nije nastao radioaktivnošću. Ova metoda daje procjenu do 4,5 milijardi godina za starost najstarijih stijena zemljine kore. Analiza sadržaja izotopa olova u željeznim meteoritima obično daje procjene do 4,6 milijardi godina. Starost kamenih meteorita, određena radioaktivnom transformacijom izotopa kalija 40K u izotop argona 40Ar, kreće se od 0,5 do 5 milijardi godina. To ukazuje da su neki meteoriti nastali relativno nedavno. Analiza stijena donesenih s Mjeseca na Zemlju pokazala je da količina inertnih plinova koje su sadržavali - produkata radioaktivnog raspada - odgovara starosti stijena od 2 do 4,5 milijardi godina. Dakle, starost lunarnih stijena i najstarijih stijena zemljine kore je približno ista. Planete Sunčevog sistema, ali moderne. ideje, nastale iz materije u kondenzovanoj fazi (zrnca prašine ili meteoriti). Planete su, dakle, mlađe od nekih meteorita. S tim u vezi, starost Sunčevog sistema se obično procjenjuje na 4,6 milijardi godina. Starost pojedinih zvijezda i Sunca procjenjuje se na osnovu teorije strukture i evolucije zvijezda. Prema ovoj teoriji, zvijezde sijaju zahvaljujući gravitacijskoj i nuklearnoj energiji, koje se oslobađaju tijekom kompresije zvijezda i u termonuklearnim reakcijama koje se odvijaju u njihovom središtu. region (u različitim fazama evolucije, jedan ili drugi od ovih izvora energije igra dominantnu ulogu). Promjena tipa termonuklearne reakcije označava prijelaz u novu fazu evolucije (vidi Evolucija zvijezda). Trajanje svake faze evolucije je kraće, što je zvijezda masivnija, a uzimajući u obzir odnos između mase i sjaja za zvijezde glavnog niza (vidi Sl. Zavisnost od mase i osvjetljenja) trajanje je približno izraženo sljedećim formulama. Trajanje faze formiranja zvijezde (početna kompresija od protozvijezde do zvijezde glavnog niza) (milioni godina) (1) (masa i luminoznost L zvijezde u datoj fazi evolucije izraženi su u dijelovima mase i luminoznosti od sunca -). Zvijezde male mase u ovoj fazi mogu imati veoma velike trbušnjake. Dob. Dakle. najstarije patuljaste zvijezde sa manjim masama (varijable poput UV Ceti) još nisu završile ovu fazu. F-la (1) procjenjuje njihov maks. Dob. Trajanje faze sagorevanja vodonika (boravak zvezde na glavnom nizu) je najduža faza u životu zvezde, kada je izvor energije zvezde termonuklearne reakcije ciklusa vodonika: (milioni godina) (2) Zbir tc + tH daje max. procjenu starosti zvijezde na glavnoj sekvenci. Trajanje faze sagorevanja helijuma (stadijum crvenog diva) tHe je približno 0,1 tH. Zbir tc + tH + tHe procjenjuje maks. doba crvenog diva i supergiganta. Sljedeće faze evolucije, povezane sa “sagorijevanjem” ugljika i silicija u zvijezdama, prolazne su i karakteristične za masivne supergigantske zvijezde (svoju evoluciju završavaju eksplozijom, vidi Supernove). U tom slučaju mogu nastati neutronske zvijezde i crne rupe (vidi Gravitacijski kolaps). Zvijezde s masama u procesu evolucije, izgleda, postaju bijeli patuljci. Ne postoje procjene o trajanju postojanja zvijezda u ovim fazama. Dakle, moguće je postaviti granice starosti zvijezde određene mase koja se nalazi u jednom ili drugom stupnju evolucije, ali da li je na početku ove faze ili je već skoro prošla mnogo je teže odrediti . Direktna procjena starosti zvijezde mogla bi se dobiti poređenjem procenta vodonika i helijuma u njenom jezgru (koji se nalazi izračunavanjem unutrašnje strukture zvijezde) i omotača (pronađen spektrom zvijezde). Pod uslovom da spoljašnjost nije mešana. i interni slojeva, ali promjene u sastavu zvijezde u centru, uzrokovane termonuklearnim procesima, mogle bi odrediti njenu starost. Nažalost, odnos helijuma prema vodoniku i zvijezdama se procjenjuje vrlo grubo, a onda samo za zvijezde spektar. klase O i B, u čijim spektrima se uočavaju jake linije helijuma. Za Sunce je ova procjena vrlo približna - 5 milijardi godina od početka faze sagorijevanja vodonika. Ovo je u skladu sa procjenama starosti Sunčevog sistema, ali je također moguće da je Sunce 1-2 milijarde godina starije od njega. Ako je starost Sunca 5 milijardi godina, onda će, prema formuli (2), ono ostati na glavnom nizu još približno. 5 milijardi godina. Da li će tada proći kroz fazu crvenog diva ili će odmah postati bijeli patuljak, još uvijek je nejasno, iako je prvi vjerovatniji. U najstarijim poznatim zvjezdanim jatima, zvijezde sa solarnom masom ili nešto manjom još uvijek zauzimaju glavni niz, a njihova daljnja evolucija još nije dovoljno potpuno poznata. Sudeći po hem. kompozicije, Sunce se ne pojavljuje. iste godine kao Galaksija, mlađa je, iako je jedna od najstarijih galaktičkih zvijezda. disk. Slika 1. Određivanje starosti zvezdanih jata korišćenjem dijagrama boja - luminoznost nekoliko otvorenih zvezdanih jata i jednog kuglastog jata MH, B - V - indeks boja. Svaka tačka na glavnom nizu odgovara maksimalnoj starosti tc + tH zvijezda (na slici desno). Tačka u kojoj zvijezde jata isključuju glavnu sekvencu označava starost (tc + tH) zvijezda jata. Starost zvjezdanih jata i asocijacija, u kojima su zvijezde nastale gotovo istovremeno, procjenjuje se mnogo pouzdanije od starosti pojedinih zvijezda. Najmasivnije zvijezde u otvorenim jatima brzo napreduju u svojoj evoluciji, napuštajući glavni niz i postajući crveni divovi ili (najmasivniji) supergiganti. Na Hertzsprung-Russell dijagramu takvog jata (slika 1) lako je razlikovati one zvijezde koje završavaju svoj boravak na glavnom nizu i spremaju se da ga napuste. F-la (2) daje procjenu starosti ovih zvijezda, a time i cijelog jata. Procjenjuje se da su najmlađa otvorena jata stari 1 milion godina, a najstarija 4,5-8 milijardi godina (sa različitim pretpostavkama o količini vodonika pretvorenog u helijum). Starost kuglastih zvjezdanih jata se procjenjuje na sličan način, iako Hertzsprung-Russell dijagrami za globularna jata imaju svoje razlike. Školjke zvijezda u ovim jatom sadrže znatno manje hemijskih elemenata težih od helijuma, budući da se jata sastoje od najstarijih zvijezda u Galaksiji (skoro da nisu uključivali teške elemente sintetizirane u drugim zvijezdama; svi prisutni teški elementi sintetizirani su sami po sebi ). Procjene starosti globularnih jata kreću se od 9 do 15 milijardi godina (sa greškom od 2-3 milijarde godina). Starost Galaksije se procjenjuje u skladu s teorijom njene evolucije. Tokom prvih milijardu godina, primarni gasni oblak (protogalaksija) se očigledno raspao u zasebne nakupine, što je dovelo do globularnih jata i sfernih zvijezda. podsistema Galaksije. Tokom evolucije, eksplodirajuće zvijezde prve generacije izbacile su plin pomiješan s teškim hemikalijama u svemir. elementi. Gas se koncentrisao prema galaktici. ravni, a iz nje su se formirale zvezde sledeće generacije koje su činile sistem (populaciju) komprimovaniji prema ravni. Obično ih ima nekoliko. populacije koje karakteriziraju razlike u svojstvima zvijezda uključenih u njih, sadržaj teških elemenata u njihovoj atmosferi (tj. svi elementi osim H i He), oblik volumena koji zauzima galaksija i različite starosti (tabela). Sastav i starost nekih tipova stanovništva galaksije Populacije galaksije Sadržaj teških hemikalija. elementi, % Granična starost, milijarde godina Kuglasta jata, subpatuljaste zvijezde, kratkoperiodične cefeide 0,1 - 0,5 12 - 15 Dugoperiodične varijable, zvijezde velike brzine 1 10 - 12 zvijezde glavnog niza solarnog tipa, crveni divovi, planetarne magline , nove zvijezde 2 5 - 7 Zvijezde spektralne klase A 3 - 4 0,1-5 Zvijezde klasa O i B, supergiganti 3 - 4 0,1 Starost Galaksije se može procijeniti i vremenom potrebnim za formiranje uočene količine teški elementi u njemu. Njihova sinteza je očigledno stala u našem regionu Galaksije formiranjem Sunčevog sistema (tj. pre 4,6 milijardi godina). Ako je do sinteze došlo iznenada, u relativno kratkom vremenu, onda za formiranje moderne. u odnosu izotopa teških elemenata, trebalo je da se dogodi 4-6 milijardi godina pre nastanka Sunčevog sistema, odnosno pre 9-11 milijardi godina. Relates. Kratko trajanje perioda intenzivne sinteze potvrđuje analiza. sastav ovih elemenata, i astronomski. podaci - formiranje zvijezda u Galaksiji bilo je posebno intenzivno u početnom periodu. Dakle, starost Galaksije, određena sintezom elemenata, kreće se od 9 do 11 milijardi godina. Starost vidljivog dijela Univerzuma (Metagalaksije) procjenjuje se prema zakonu širenja Metagalaksije. Prema Hubbleovom zakonu, galaksije se udaljavaju jedna od druge brzinom od 50-100 km/s po Mpc. Ako se ova brzina malo promijenila od početka ekspanzije, tada recipročna vrijednost brzine daje procjenu max. starost Metagalaksije: 1/50 km-1.s.Mpc 20 milijardi godina, i 1/100 km-1.s.Mpc 10 milijardi godina. Međutim, obično se pretpostavlja da se širenje Metagalaksije usporava s vremenom, pa bi njena starost trebala biti nešto mlađa. Procjena starosti u velikoj mjeri zavisi od tačnosti određivanja konstante ekspanzije i od veličine usporavanja, odnosno pretpostavljenog modela svijeta (vidi Kosmologija). Lit.: Struve O., Linds B., Pillans E., Elementary Astronomy, trans. sa engleskog , 2. izd., M., 1967; Harley P. M., Doba Zemlje, trans. sa engleskog, M., 1962; Faul G., Doba stijena, planeta i zvijezda, trans. sa engleskog, M., 1968; Sobotovič E.V., Izotopska kosmohemija, M., 1974. (Yu.P. Pskovsky)

Sa kosmogonijske tačke gledišta, podaci o „starosti“ nebeskih tela podjednako su važni kao i astronomski podaci u pravom smislu te reči.

Problem "doba" može izgledati sasvim drugačiji od onih koje smo upravo razmatrali, budući da se odnosi na vrijeme, a činilo se da nas do sada zanima samo prostor. Ali u stvarnosti razlika nije velika. U prethodnim odlomcima vidjeli smo kako su astronomi uspjeli postepeno proširiti zakone otkrivene na Zemlji na sav prostor do kojeg dolazi našim očima, naoružani savršenim teleskopima. Uz pomoć ovih zakona, naučnici mogu sasvim zadovoljavajuće da objasne procese koji se dešavaju u raznim zvezdama, pa čak i u najudaljenijim spiralnim maglinama.

Istina, astronomi posmatraju nebeska tela od kojih su svetlosti potrebne hiljade i milioni godina da stigne do nas. Shodno tome, fenomeni koji se proučavaju u ovim zvezdama se ne dešavaju sada, već su se desili pre tačno onoliko godina koliko je potrebno da bi zrak svetlosti koji nam govori o tome otputovao iz nebeskog tela do nas (baš kao pismo, poslato , na primjer, iz Moskve, donosi nam u Pariz ne najnovije vijesti, već nekoliko dana zakašnjenja). Dakle, na pojave koje su se dešavale pre hiljadama i milionima godina, mogu se uspešno primeniti zakoni koji danas postoje na našoj planeti, a informacije o kojima se stiče na osnovu iskustva tokom samo dva-tri veka. *

* (Činjenica da posmatramo nebeska tela onakva kakva su bila pre mnogo hiljada i miliona godina (pošto svetlost sa njih putuje do nas hiljadama i milionima godina) ne igra posebnu ulogu, jer su evolucioni periodi nebeskih tela, kao što su pravilo, veoma dugo i procjenjuje se na stotine miliona i milijardi godina. (napomena urednika))

Naučnici, želeći da izračunaju starost nebeskih tijela, polaze od činjenica koje su uočene u današnje vrijeme, i pokušavaju da objasne te činjenice na osnovu navodne evolucije svijeta, u skladu sa zakonima prirode koji su im poznati. Nema sumnje da se primjena ovakvog metoda ne može odvijati bez poteškoća, pogotovo što su vremenski periodi koji se ovdje razmatraju hiljadama puta duži. Naše znanje o zakonima prirode je i uvijek će biti samo približavanje stvarnosti, a ništa ne govori da se svi zakoni koji danas vrijede mogu primijeniti bez ikakvih promjena na ere milijarde godina udaljene od naših. Ipak, izuzetna je činjenica da su različiti naučnici, koristeći potpuno različite metode, došli do konzistentnih rezultata u pogledu starosti Zemlje. Što se tiče starosti zvijezda, ista jasnoća još uvijek nije postignuta po ovom pitanju, ali su ipak postignuti vrlo važni rezultati.

Starost Zemlje

Prve metode korišćene za određivanje starosti Zemlje bile su „geološke“. Upravo je geologija prva pokazala da zemljina kora nije imala isti izgled kroz sve vekove, već da se neprestano menjala i da je prolazila kroz džinovske katastrofe – podizanje i spuštanje.

Problem je bio odrediti koliko je vremena trebalo da se formira Zemljina kora (kao što je danas). Ovo vrijeme se naziva "dobom Zemlje".

Prve metode izračunavanja starosti Zemlje bile su zasnovane na zakonima geologije. Na primjer, primjećeno je da se sol sadržana u morskoj vodi u more odnosi rijekama, koje otapaju mljevene soli na svom putu. Znajući, s jedne strane, količinu soli koju nose različite rijeke, i fluktuacije te količine tokom geoloških perioda, a s druge strane, ukupnu količinu soli koja se trenutno nalazi u okeanima, lako se može dobiti ideja o vremenu potrebnom za akumulaciju ove količine soli u okeanima.

Također je bilo moguće odrediti debljinu različitih slojeva tla koji su se postepeno taložili kao rezultat riječnih sedimenata na dnu nekadašnjih mora. Istovremeno, druge studije su omogućile da se izračuna stopa rasta ovih depozita. Jednostavna podjela je tada dala broj godina potrebnih za njihovo formiranje.

Ove različite geološke metode dovele su do zaključka da se starost Zemlje mora mjeriti barem u stotinama miliona godina.

Kasnije su se za određivanje starosti Zemlje počele koristiti metode zasnovane na proučavanju raspada radioaktivnih elemenata, što je izuzetno pravilno. Na primjer, kao rezultat radioaktivnog raspada, uranijum se postepeno pretvara u olovo, a ovaj proces oslobađa nešto helijuma (gas koji se koristi za punjenje vazdušnih brodova). Odnosom između količina uranijuma i olova sadržanih u nekim stijenama može se odrediti starost ovih stijena. Pomoću ovakvih metoda procjenjuje se ne samo starost Zemlje, već i trajanje formiranja pojedinih slojeva zemljine kore.

Analizirajući ukupnost rezultata dobijenih ovom metodom, engleski naučnik Holmes je utvrdio da je najvjerovatnija starost Zemljine kore 3 milijarde 300 miliona godina. Podrazumeva se da ne treba imati iluzija o tačnosti ovog broja; u svakom slučaju, greška od nekoliko stotina miliona godina je sasvim prihvatljiva. Može se samo reći da su sve procjene vrijedne pomena koje su dobijene u ovom trenutku između 3 i 5 milijardi godina.

Dodajmo da ovi rezultati u potpunosti zadovoljavaju biologe. Zaista, prema potonjem, evolucija žive materije trajala je otprilike 500 miliona godina.

Doba zvijezda

a) Duge i kratke vremenske skale. Problem određivanja starosti zvijezda izazvao je mnogo žešću debatu. Upravo u vezi s ovim problemom sukobili su se zagovornici duge vremenske skale (koji procjenjuju trajanje evolucije nebeskih tijela u trilionima godina) i zagovornici kratke skale (koji broje milijarde godina).

Uprkos činjenici da su zagovornici kratke skale stekli određenu prednost (na primjer, u procjeni starosti najsjajnijih zvijezda u Galaksiji), njihova se pobjeda ne može smatrati potpunom, te je stoga potrebno istaknuti neke od detalja ovaj sukob, prvo pominjući metode koje se koriste za procjenu potrebnih vremenskih perioda. Ove metode su dvije vrste: neki procjenjuju vrijeme unutrašnjih fizičkih promjena koje dovode do promjena u zvijezdama i pokušavaju odrediti “život” zvijezda; drugi su sebi postavili zadatak da izračunaju vrijeme koje je bilo potrebno zvjezdanim sistemima (jata zvijezda, dvostruke zvijezde) da uspostave karakteristike svog trenutnog stanja kao rezultat međusobnog privlačenja zvijezda.

b) Izvori energije zračenja iz zvijezda. Betheina teorija. Kada se govori o „životu“ zvijezde, misli se na trajanje takvog stanja zvijezde, tokom kojeg detektuje svoje prisustvo zbog svjetlosti i toplotnog zračenja. Posljedično, problem mogućeg životnog vijeka zvijezde je usko povezan s problemom izvora energije koju emituje. Ova energija je izuzetno velika. Na primjer, svaki kvadratni centimetar sunčeve površine kontinuirano emituje dovoljno energije za pokretanje motora od osam konjskih snaga.

Isprva su htjeli da objasne oslobađanje sunčeve energije običnim sagorijevanjem, a zatim postepenim sabijanjem Sunca pod utjecajem gravitacijskih sila. Ali ove hipoteze su dovele do toga da je starost Sunca bila premala: u skladu sa prvom hipotezom, procenjena je na hiljade godina, u skladu sa drugom, na milione godina.

Teorija koju trenutno prihvataju svi naučnici zasniva se na jednom od fundamentalnih rezultata teorije relativnosti, koji su 1905. godine istovremeno otkrili Ajnštajn i Langevin: „masa tela u mirovanju nije ništa drugo do mera unutrašnje energije ovog tijelo.” Drugim riječima, materija (materija u korpuskularnom stanju) može djelomično ili čak potpuno „nestati“ (tj. preći u drugi oblik postojanja – u zračenje), a ovaj fenomen je praćen oslobađanjem energije.

Ovu hipotezu prvi je predložio francuski fizičar Jean Perrin 1919. godine, koji je imao u vidu značajno oslobađanje energije u procesu pretvaranja vodonika u helijum. Uzeli su ga i doveli do njegovih najekstremnijih posljedica („potpuno uništenje“ materije kao rezultat njene transformacije u energiju) od strane raznih naučnika, posebno engleskog astronoma Jeansa. *

* (Zapravo, ono što se ne dešava nije „uništenje” materije, ne njena transformacija u energiju, već transformacija jednog oblika materije - supstance - u drugi - zračenje. (napomena urednika))

Energija koja se oslobađa kroz takve procese je kolosalna. Potpunom transformacijom uglja u zračenje može se dobiti tri milijarde puta više energije nego pri njegovom normalnom sagorevanju, a Jeans je sasvim ispravno rekao da je mali komad uglja veličine zrna graška dovoljan da se otputuje najvećim okeanskim parobrodom iz Evrope do Amerike i nazad.

Napomenimo, radi poređenja, da raspad uranijuma, koji se događa u konvencionalnoj atomskoj bombi i koji odgovara samo djelomičnom pretvaranju supstance u zračenje, oslobađa dva i pol miliona puta više energije od sagorevanja iste količine uglja. Što se tiče pretvaranja vodonika u helijum, koje se odvija u hidrogenskoj bombi, to oslobađa 10 miliona puta više energije od sagorevanja iste količine uglja.

Neke vrste transformacije materije (materije u korpuskularnom obliku) u zračenje, koje do nedavno nikada nismo primetili na Zemlji, dešavaju se unutar zvezda, gde vladaju temperature reda miliona stepeni.

Pod pretpostavkom da zvijezda prolazi kroz transformaciju cjelokupne količine materije od koje se sastoji, može se izračunati da energija oslobođena tokom ovog procesa može podržati njeno zračenje, odnosno zvijezda ima od čega da "živi" trilione godina. Na primjer, Sunce, pod ovom pretpostavkom, može živjeti još 10 triliona godina, a ako je "rođeno" kao crveni div normalne veličine, onda se ovo "rođenje" dogodilo prije oko osam triliona godina.

Zagovornici duge vremenske skale, poput Jeansa, podržavali su hipotezu o potpunom raspadu materije, što dovodi do vremenskih perioda koji se uklapaju u njihove kosmogonijske hipoteze. Istovremeno, pristalice kratke skale, koje su, na osnovu različitih razmatranja, smatrale da su ti vremenski periodi predugi, priklonili su se stajalištu Jean Perrin.

Činilo se da će rješavanje ovog kontroverznog pitanja biti teško, ali neposredno prije rata 1939. napredak u atomskoj hemiji, posebno otkrića Frédérica i Irene Joliot-Curie, bacili su malo svjetla na problem. Stvaranje ciklotrona, kojim je bilo moguće izložiti materiju značajnim električnim i magnetskim poljima, omogućilo je da se u laboratorijima delimično ostvare uslovi slični onima koji postoje unutar zvezda. Zaista, u ovim uređajima je bilo moguće ubrzati nabijene čestice do takvih brzina da su stekle energiju uporedivu s onom koju (u prosjeku) imaju kada se nalaze u centru zvijezde kao što je Sunce na temperaturi od miliona stepeni.

Zahvaljujući ovom izuzetno moćnom alatu, naučnici su uspeli da stvore teoriju transformacije materije unutar zvezda; razvio ga je američki astrofizičar Bethe.

Bitan agens ovih transformacija je vodonik. Konačni rezultat sveukupnosti ovih nuklearnih reakcija je transformacija četiri jezgra vodika u jedno jezgro helija. *

* (Atomi različitih hemijskih elemenata sastoje se od centralnog jezgra sa pozitivnim električnim nabojem i određenim brojem elektrona, negativno naelektrisanih, a ukupni naboj elektrona u običnom (električki neutralnom) atomu je numerički jednak naboju jezgra. Količina pozitivnog naboja na jezgru određuje takozvani atomski broj hemijskog elementa. Ako hemijske elemente rasporedimo po rastućem redosledu njihovih atomskih brojeva, onda ćemo dobiti dobro poznatu klasifikaciju elemenata prema njihovoj atomskoj težini (Mendeljejevljev periodični sistem). Dodajmo i da sama jezgra atoma imaju složenu strukturu, različitu za različite elemente, da su pojave unutar atoma podvrgnute vrlo specifičnim zakonima, te da su, suprotno mišljenju koje je postojalo prije nekog vremena, atomi u njihovoj strukturi nimalo kao minijaturni solarni sistem.)

Što se tiče trajanja ovih procesa, transformacija vodonika u helijum, što odgovara gubitku samo 1/14 mase (pretvorene u zračenje), traje mnogo kraći period od onog koji se dobija u hipotezama zasnovanim na pretpostavci da potpuno pretvaranje materije u zračenje. Prema novom gledištu, zvezde koje posmatramo počele su da emituju svetlost pre samo nekoliko milijardi godina.

Neke zvijezde - bijeli i plavi divovi, čija masa dostiže dvadesetak solarnih masa - zrače toliko intenzivno da u ovom stanju ne mogu postojati više od nekoliko desetina miliona godina, tako da vjerovatno još nisu prešle dugu "životnu stazu".

Sada bismo trebali pokazati kako se Russell dijagram može interpretirati korištenjem Betheove teorije. Ovom pitanju ćemo se vratiti malo kasnije, kada budemo predstavili najnovije kosmogonijske teorije. Zapazimo, međutim, sada da ako nuklearne reakcije koje predlaže Bethe omogućavaju da se dobro objasne uočene činjenice o zvijezdama glavnog niza, onda se u odnosu na divove ispostavlja da je potrebno pretpostaviti postojanje drugih nuklearnih transformacija, koje su daleko od potpuno uspostavljene. Što se tiče bijelih patuljaka, tek je 1946. godine francuski astronom Schatzmann uspio razjasniti naše razumijevanje procesa koji se odvijaju unutar ovih zvijezda.

Doba galaksije

Među raznim metodama za procjenu starosti zvijezda koje čine našu Galaksiju, korištene su i statističke metode. U ovom slučaju je uzet u obzir uticaj na dvostruke zvezde privlačenja susednih zvezda, proizvedenog u proseku tokom veoma dugih vremenskih perioda. Moguće je, na primjer, znajući trenutnu udaljenost između zvijezda jednog para, približno procijeniti vremenski period koji je protekao od formiranja zvijezda para, ako, naravno, pretpostavimo da su obje zvijezde para par ima zajedničko porijeklo (kako se trenutno vjeruje) i ako znamo prosječne vrijednosti udaljenosti masa i brzina susjednih zvijezda. Također se može procijeniti vrijeme potrebno da se neka kuglasta jata, koja imaju malu gustinu, rasprše zbog privlačenja zvijezda u prolazu.

Ovi proračuni su prilično delikatni i lako je pogriješiti. Na primjer, Jeans je, proučavajući neke parove zvijezda, došao do zaključka da bi starost ovih parova trebala biti nekoliko triliona godina. U tome je našao potvrdu svojih stavova o dugoj vremenskoj skali. Međutim, u stvarnosti, kako je V.A. Ambartsumyan dokazao nekoliko godina kasnije, starost ovih parova ne prelazi nekoliko milijardi godina.

Tipično, najnoviji proračuni za binarne zvijezde i globularna jata rezultiraju procjenama na milijarde godina. Ali iz ovoga se ne može sasvim sigurno zaključiti da je to upravo ono što bi trebalo biti stvarno doba naše Galaksije. Ovaj zaključak bi bio validan samo kada bi svi parovi zvijezda, sva kuglasta jata koja poznajemo, nastali istovremeno sa našom galaksijom. Naprotiv, Ambartsumyanov nedavni rad je pokazao da se nove zvijezde kontinuirano formiraju u Mliječnom putu. Dakle, ništa nas ne sprječava da pretpostavimo da su, uz dvostruke zvijezde i kuglaste jate koje sada poznajemo, postojali i drugi parovi i druga globularna jata koja su se sada potpuno raspršila i pretvorila u pojedinačne zvijezde. Shodno tome, možemo samo reći da stvarna starost Mlečnog puta nije manja od nekoliko milijardi godina.

Preliminarna razmatranja o evoluciji galaksija

Da li je moguće ići dalje i pokušati procijeniti vrijeme potpune evolucije galaksije na isti način kao što smo odredili trajanje cjelokupnog “života” zvijezde? Naravno, ovaj problem je mnogo složeniji. Međutim, kada se uporede različite poznate vrste galaksija, ipak se mogu dobiti neki zanimljivi podaci (slika 7). Zaista, jednostavno poređenje oblika galaksija navodi nas na sumnju da se ovdje radi o različitim fazama evolucije. Istina, sada se postavlja pitanje u kom smjeru ide ova evolucija: od sfernih do spiralnih maglina ili obrnuto.

Rice. Evolucija spiralne magline prema Hubbleu. (Posmatrač je u ekvatorijalnoj ravni.) Tamnija područja na slikama IV i V odgovaraju područjima gdje je prisutna tamna materija.

Prvo je prihvaćena prva hipoteza koju je iznio Hubble, a koja je, grubo rečeno, odgovarala evoluciji tekuće brzo rotirajuće mase (spljoštenje, a zatim izbacivanje materije u tangentnom smjeru). Ali zapažanja su pokazala da, s jedne strane, eliptične magline imaju dimenzije istog reda kao i spiralne magline, as druge strane (Baadeov rad iz 1943.) da su „prenaseljene” zvijezdama, ali su lišene bilo kakvih tragova rasute materije. Stoga je većina naučnika sklona vjerovanju da se galaksije razvijaju u suprotnom smjeru, odnosno da njihova evolucija počinje galaksijom nepravilnog oblika i završava džinovskim kuglastim jatom. U ovoj shemi, spiralni oblik galaksije je samo srednja faza, prilično blizu početka evolucijskog puta i stoga, suprotno onome što se ranije mislilo, naša galaksija bi trebala biti relativno „mlada“.

Rice. Pogled na spiralnu maglu sa formiranim krakovima. (Posmatrač se nalazi na osi rotacije magline)

Što se tiče procjena ukupnog životnog vijeka jedne galaksije, one su još uvijek vrlo nepouzdane, ali ne manje od desetina milijardi godina. Konačno, distribucija galaksija u jatima ukazuje, prema nekim astronomima (na primjer, Zwicky), da je starost jata galaksija desetine triliona godina.

Dakle, suprotno preuranjenim zaključcima nekih pristalica kratke skale, jasno se nameće sljedeća ideja: u astronomiji ne postoji jedna vremenska skala, već postoji mnogo skala. * Starost planeta Sunčevog sistema razlikuje se od životnog veka većine zvezda u Mlečnom putu, a potonji se, očigledno, ne može proceniti na istu vrednost kao starost velikih jata galaksija.

* (Sličan obrazac se uočava u mikrokosmosu. Trajanje "života" je različito za različite vrste "elementarnih" čestica: za neke (na primjer, za elektron) je praktički beskonačno, za druge (mu-mezone) je samo 10-14 sekundi. Međutim, kako pokazuju najnoviji podaci, za različita nebeska tijela razlika u “životnim vijekovima” je očigledno mnogo manja. (napomena urednika))