Как определяют возраст солнце/звёзд, что значит 4,5 млрд лет, от чего отталкиваться, св.год понятно, расстояние, а вот возраст солнца, что это значит?
Возраст звезды можно только оценить. Во-первых, звезду надо классифицировать:
- какова её масса (масса будет, пожалуй, наиболее важной характеристикой),
- какие элементы и в каком соотношении содержатся в звезде,
- понять к какому звёздному населению (stellar population) она относится,
- на каком этапе своего жизненного цикла она находятся сейчас.
Тогда можно будет понять сколько ей отмерено всего, сколько уже прошло, и сколько осталось.
Масса определяется по-разному, например, если звезда двойная, то по скорости вращения и размерам двойной системы можно определить массу (закона гравитации достаточно для этого расчёта). Есть и другие косвенные способы, например, относительно массы других уже «взвешенных» звёзд, по расстоянию, блеску и температуре. (Определение массы звезды это такой же большой вопрос как и этот. 🙂 Хорошо, что про массу Вы тут не спрашиваете.)
Самые первые звёзды вселенной (stellar population III) могли получиться из только из водорода и гелия (Лития и бериллия при первичном нуклеосинтезе не могло образоваться лишь незначительное количество.) Завершив свой жизненный цикл они наполнили пространство более тяжёлыми элементами. Следующее поколение (stellar population II) содержат более тяжёлые элементы прямо от рождения. И звёзды поколения I (к которым относят и наше Солнце) еще более «металличным».
Поняв состав звезды, можно смоделировать идущие в них реакции термоядерного синтеза, скорость этих реакций, и время, требуемое на пережигание: водорода в гелий, гелия в углерод, и т.д. вплоть до железа. Какого рода реакции идут в недрах звезды можно понять по совокупности ряда показателей: температура, масса, спектры излучений, какие нейтрино фиксируются от этой звезды и т.д.
Накопленный опыт в классификации звёзд отражён в диаграмме Герцшпрунга-Рассела. Большинство звёзд (это зависит от их массы), начинают свой жизненный путь на «главной последовательности» по этой диаграмме. Тут звёзды пребывают некоторое время пока сжигают водород в гелий. Сроки этой части жизненного цикла звезды зависят от массы и хорошо смоделированы (т.е. согласуются с наблюдениями звёзд, имеющих разный возраст). По этому, ели звезда находится на главной последовательности и имеет массу = 1 массе Солнца, то этот период занимает ≈10млн. лет. Более тяжёлые живут быстрее и меньше, более лёгкие — медленнее и дольше.
Опять же в зависимости от массы звезда «уходит» с главной последовательности и определённое время живёт как красный гигант или белый карлик. В зависимости от массы, скорости собственного вращения, наличия вещества газа в окрестностях и т.п. время жизни может варьироваться.
Вот такая, в общем, довольно зыбкая картина.
Наиболее подходящая для начального ознакомления с темой книга, как мне кажется — это вышедшая совсем недавно (в 2017г) кника С.Б.Попова «Вселенная. Краткий путеводитель по пространству и времени от Солнечной системы до самых далеких галактик и от Большого взрыва до будущего Вселенной» ISBN 978-5-91671-726-6
Источник
Сколько лет Солнцу?
В настоящее время в наиболее стабильном состоянии Солнцу 4,5 миллиарда лет, и оно считается звездой главной последовательности. До того как он станет красным гигантом, осталось около 10 миллиардов лет!
Солнце еще довольно молодое, учитывая невероятно долгую жизнь некоторых небесных тел. В настоящее время Солнце является «главной последовательностью» звезд, что означает, что означает, что оно находится в наиболее стабильной форме. Этот период продлится еще несколько миллионов лет, но, к сожалению, людей, вероятно, не будет здесь, чтобы увидеть, как планета стареет.
Да, если бы мы не колонизировали другие миры к тому времени, мы были бы мертвы, потому что солнце, вероятно, поглотит землю к тому времени, когда оно приблизится к смерти.
Как мы определили возраст солнца?
Текущий возраст Солнца был рассчитан с помощью «радиоактивных датировок» солнечных тел. Проще говоря, радиоактивная датировка сравнивает возраст родительского радиоактивного элемента и его дочерних продуктов (распавшегося элемента). Сравнение возраста родителя и ребенка дает константу распада, которая затем может быть использована для нахождения текущего возраста небесного тела.
Чтобы найти процентное содержание элемента и его распадающегося продукта, нам нужны образцы. Поскольку большая часть Солнечной системы сформировалась примерно в то же время, ученые использовали образцы лунных пород для определения возраста других солнечных тел. Возраст Солнца также был рассчитан с использованием образцов лунного камня!
Как долго продержится солнце?
Ещё почти 10 миллиардов лет, но Земля не сможет быть свидетелем ее смерти!
Солнце, как и любая нормальная звезда, имеет несколько предсказуемый жизненный цикл. Она рождается и становится протозвездой, которая постепенно расширяется, чтобы стать красным гигантом. Через несколько миллионов лет звезда сбрасывает внешние слои, превращаясь в планетарную туманность. После того как эти слои сдуваются, остается белый карлик, который в конце концов остынет.
В настоящее время Солнце — это звезда главной последовательности среднего возраста — ее самая стабильная стадия, — но в конечном итоге оно превратится в белый карлик.
Жизненный цикл солнца.
Как умрет Солнце?
Звезды сжигают водородное топливо в своем ядре, которое создает давление (внешнее толкающее усилие), уравновешивающее гравитацию (внутреннее тянущее усилие). Когда весь водород исчерпывается ядерным синтезом, происходящим в ядре, возникает дисбаланс сил. Благодаря этому внешняя оболочка звезды начинает расширяться и остывать, так как термоядерного синтеза не происходит. Это называется фазой красного гиганта звезды. Это расширение в конечном итоге поглотит внутренние планеты, а также может поглотить саму Землю!
В ядре красного гиганта гелий коллапсирует под действием собственного веса и нагревает ядро, вызывая синтез гелия с углеродом. После того как гелий израсходован, ядро снова схлопывается, но на этот раз недостаточно температуры, поэтому термоядерный синтез прекращается в ядре. Таким образом, звезда продолжает расширяться и в конечном итоге теряет все свои слои. Эти слои, которые изгоняет звезда, образуют планетарную туманность.
После того как все слои были сброшены, ядро остается и называется белым карликом. Этот белый карлик, последний этап жизненного цикла звезды, остывает и превращается в черного карлика.
Земля умрет с солнцем?
Технически Земля умрет раньше Солнца.
Слияние водорода с гелием в ядре уравновешивает гравитационную силу Солнца. Однако по мере того, как водород расходуется, ядро продолжает сжиматься, что в конечном итоге увеличивает скорость, с которой происходит слияние. Это слияние в основном увеличивает светимость Солнца со скоростью 1% каждые 100 миллионов лет. Таким образом, через 1,1 миллиарда лет солнце будет на 10% ярче, чем сейчас.
По мере того как солнце светлеет, Земля будет поглощать еще больше энергии. Это, по сути, создаст парниковый эффект настолько сильный, что планета станет слишком горячей для большинства видов. Если через 3,5 миллиарда лет в этой теплице останется хоть какая-то жизнь, океаны закипят, ледяные шапки растворятся, и большая часть водяного пара уйдет в космос, оставив нашу родную планету похожей на Венеру — сухую и жаркую планету!
Астрономы предсказали, что орбита Земли также изменится по мере того, как Солнце изменит свою форму и перейдет в красную гигантскую фазу. Кроме того, если орбита Земли расширится, ее может не съесть Солнце, но к тому времени, когда орбита расширится, Земля перестанет быть пригодной для жизни планетой. Даже если Земля сбежит, будучи поглощенной Солнцем, она просто превратится в еще одну жаркую и засушливую планету без жизни!
Удивительно и страшно знать, как наша планета погибнет. Разве не ирония судьбы в том, что именно солнце, которое помогло расцвести жизни, положит ей конец?
Ничто не вечно, и все же ничто не кончается! Однако, пока солнце не умрет и не заберет нас с собой, давайте просто держаться и надеяться, что будущие поколения поймут, как безопасно изменить орбиту Земли и сохранить жизнь на единственной планете, которую мы называем своим домом!
Источник
Откуда нам известен возраст Солнечной системы?
Астрономы и астрофизики с уверенностью определяют возраст солнечной системы. Но каким образом они датируют происхождение нашего мира?
Миллиарды лет назад, в каком-то забытом уголке Млечного Пути, молекулярное облако, не отличающееся от множества остальных, сжалось и сформировало новые звёзды. Одна из них появилась в относительной изоляции, собирая материал из окружающего её протопланетного диска, который, в итоге, превратился в наше Солнце, восемь планет и всю остальную Солнечную систему.
Откуда мы узнали о возрасте солнечной системы
Сегодня учёные заявляют, что Солнечной системе 4,6 млрд лет, плюс-минус несколько миллионов. Но откуда мы это знаем? Равен ли возраст, допустим, Земли и Солнца?
Отличный вопрос, полный нюансов – но наука справится с такой задачей. Вот вам история того, как всё было.
Разрывы, комки материи, спиральные формы и другие асимметрии демонстрируют свидетельства происходящего формирования планет в протопланетном диске вокруг Elias 2-27. Однако какой возраст окажется у различных компонентов системы, которые сформируются в итоге, в общем случае сказать нельзя .
Как формируются звезды
Нам довольно многое известно по поводу возраста и происхождения нашей Солнечной системы. Мы очень многое узнали, наблюдая за формированием других звёзд, изучая удалённые регионы зарождения звёзд, измеряя протопланетные диски, наблюдая за тем, как звёзды проходят различные этапы жизненного цикла, и т.д. Но каждая система развивается по своему, и здесь, в нашей Солнечной системе, через миллиарды лет после появления Солнца и планет остались лишь выжившие объекты.
Изначально все звёзды формируются из предзвёздной туманности, собирающей вместе материю, с объёмным внешним слоем, остающимся холодным, где собираются аморфные силикаты, углеродные компоненты и лёд. Как только в предзвёздной туманности появляется протозвезда, а потом и настоящая звезда, этот внешний материал начинает притягиваться и формировать более крупные комки.
Со временем комки вырастают, перемещаются ближе к центру, взаимодействуют, сливаются, сдвигаются и, возможно, даже выбрасывают друг друга из системы. За промежуток времени от сотен тысяч до миллионов лет после появления звезды появляются и планеты – на космических масштабах это довольно быстро.
И хотя, вероятно, в Солнечной системе было множество промежуточных объектов, по прошествии нескольких миллионов лет Солнечная система стала выглядеть очень похоже на то, что мы имеем сегодня.
Но в ней могли быть и очень важные отличия. Тут мог существовать пятый газовый гигант; четыре оставшихся у нас гиганта могли быть гораздо ближе к Солнцу, и затем отодвинуться дальше; и, что самое важное, между Венерой и Марсом, скорее всего, был не один, а два мира: Протоземля и меньший мир размером с Марс, Тейя. Гораздо позже, возможно, через десятки миллионов лет после формирования других планет, Земля и Тейя столкнулись.
Модель ударного формирования постулирует, что тело размером с Марс столкнулось с ранней Землёй, а осколки, не упавшие обратно, сформировали Луну. Земля и Луна, в результате, должны быть моложе остальной Солнечной системы
Именно в этом столкновении, как мы подозреваем, и появилась Луна: мы называем это явление гипотезой гигантского столкновения. Схожесть лунных камней, привезённых миссией «Аполло», с земным составом, заставило нас подозревать, что Луна сформировалась из Земли. Другие каменистые планеты, которым подозрительно не хватает крупных спутников, скорее всего, не пережили таких крупных столкновений в своей истории.
Газовые гиганты, обладая гораздо большей массой, чем остальные, смогли удержать водород и гелий (самые лёгкие элементы), существовавшие, когда Солнечная система только начала формироваться; с других миров большую часть этих элементов сдуло. Благодаря слишком большой энергии Солнца и недостаточно сильной для их удержания гравитации, Солнечная система начала принимать известную нам сегодня форму.
Иллюстрация молодой звёздной системы Бета Живописца, в чём-то аналогичной нашей Солнечной системе, во время её формирования. Внутренние миры не смогут удержать водород и гелий, если только не будут достаточно массивными
Геофизика
Но теперь уже прошли миллиарды лет. Откуда нам известен возраст Солнечной системы? Совпадает ли возраст Земли с возрастом других планет; можем ли мы обнаружить эту разницу?
Самый точный ответ, как это ни удивительно, даёт геофизика. И это не обязательно означает «физику Земли», это может быть физика всяческих камней, минералов и твёрдых тел. Все такие объекты содержат множество элементов периодической таблицы, и различные плотности и составы соответствуют тому, в каком месте Солнечной системы, в смысле расстояния от Солнца, они сформировались.
Плотности разных тел Солнечной системы. Заметьте взаимосвязь между плотностью и расстоянием от Солнца
Это говорит о том, что различные планеты, астероиды, луны, объекты пояса Койпера, и т.п. должны состоять из различных материалов. Тяжёлые элементы периодической таблицы, к примеру, должны в основном присутствовать на Меркурии, а не, допустим, Церере, которая, в свою очередь, должна быть богаче Плутона. Но думается, что универсальным должен быть процент различных изотопов одних и тех же элементов.
При формировании Солнечной системы в ней должен сохраняться определённая пропорция, допустим, углерода-12 к углероду-13 и к углероду-14. У углерода-14 по космическим меркам маленький период полураспада (несколько тысяч лет), поэтому весь доисторический углерод-14 уже исчез. Но углерод-12 и углерод-13 стабильны, и значит, что при обнаружении углерода по всей Солнечной системе у него должно быть одно и то же относительное содержание изотопов. Это касается всех стабильных и нестабильных элементов, и изотопов Солнечной системы.
Количество элементов в сегодняшней Вселенной, измеренное по нашей Солнечной системе
Поскольку Солнечной системе уже миллиарды лет, мы можем искать изотопы с периодами полураспада в миллиарды лет. Со временем эти изотопы будут распадаться, и изучая пропорции продуктов распада по отношению к изначальному оставшемуся материалу, мы можем определить, сколько времени прошло с момента формирования этих объектов.
Для этой цели наиболее надёжными элементами будут уран и торий. У урана есть два основных, встречающихся в природе изотопа, U-238 и U-235, и они отличаются продуктами и скоростью распада, однако, находящимися в пределах миллиардов лет. У тория наиболее полезным изотопом оказывается Th-232.
Но самое интересное – лучшее свидетельство возраста Земли и Солнечной системы обнаруживается вовсе не на Земле!
Рисунок художника с изображением столкновения, которое 466 млн лет назад породило множество падающих сегодня метеоритов
Метеориты — помошники
На Землю падало достаточно много метеоритов, и мы измерили и проанализировали их состав по элементам и изотопам. Главным образом мы наблюдаем за свинцом: отношение Pb-207 к Pb-206 меняется со временем из-за распада U-235 (что приводит к появлению Pb-207) и U-238 (откуда появляется Pb-206).
Расценивая Землю и метеориты как части одной развивавшейся системы – то есть, что отношения количества изотопов в них должны быть одинаковыми – мы можем посмотреть на самые старые из найденных на Земле свинцовых руд, чтобы подсчитать возраст Земли, метеоритов и Солнечной системы.
Это довольно неплохая оценка, дающая нам цифру порядка 4,54 млрд лет. Погрешность оценки не превышает 1%, но это всё же неопределённость размером в десятки миллионов лет.
Метеорный дождь Леониды 1997 года, вид из космоса. Когда метеоры сталкиваются с верхней частью атмосферы Земли, они сгорают и порождают яркие чёрточки и вспышки света, которые мы связываем с метеорными дождями. Иногда падающий камень оказывается достаточно большим, чтобы достичь поверхности, и становится метеоритом
Но мы можем поступить лучше, чем просто собрать всё вместе! Конечно, это даёт хорошую общую оценку, но мы думаем, что Земля и Луна моложе метеоритов.
- Мы можем изучить самые старые метеориты, или те, что демонстрируют наиболее крупное отношение изотопов свинца, чтобы попробовать оценить возраст Солнечной системы. Мы получим цифру в 4,568 млрд лет.
- Мы можем изучить лунные камни, не подверженные геологическим изменениям, какие проходили на Земле. Их возраст составляет 4,51 млрд лет.
И, наконец, мы можем проверить сами себя. Всё это было основано на предположении, что отношение U-238 к U-235 одинаково по всей Солнечной системе. Но новые свидетельства, полученные за последние 10 лет, показали, что это, вероятно, не так.
Существуют места, где U-235 обогащён на 6% больше типичного значения. Согласно Грегори Бреннеке:
С 1950-х, или даже ещё раньше, никто не мог обнаружить разницы в пропорциях урана. Теперь мы смогли найти небольшие различия. И это была проблемой для нескольких людей в области геохронологии. Чтобы точно сказать, что нам известен возраст Солнечной системы на основании возраста камней, они обязательно должны совпадать друг с другом.
Но два года назад было обнаружено решение проблемы: ещё один элемент играет свою роль. Кюрий, элемент более тяжёлый и с меньшим периодом полураспада, чем даже плутоний, при распаде превращается в U-235, что объясняет эти различия. В результате погрешность [определения возраста] составляет всего несколько миллионов лет.
Протопланетные диски, из которых, как считается, формируются звёздные системы, со временем соберутся в планеты, как на рисунке. Важно понять, что центральная звезда, отдельные планеты и оставшийся изначальный материал (который, к примеру, может превратиться в астероиды), могут отличаться по возрасту на десятки миллионов лет
Так что, в целом, мы можем сказать, что старейший из известных нам в Солнечной системе твёрдых материалов датируется 4,568 млрд лет, с погрешностью в 1 млн лет. Земля и Луна примерно на 60 млн лет моложе, они приняли свою окончательную форму позже. Кроме того, мы не можем узнать это, изучая только Землю.
Но Солнце, как ни удивительно, может быть немного старше, поскольку его появление должно предшествовать появлению твёрдых объектов, составляющих остальные компоненты Солнечной системы.
Солнце может быть на десятки миллионов лет старше самых старых камней Солнечной системы, возможно, приближаясь к отметке в 4,6 млрд лет. Главное – искать все ответы за пределами Земли. По иронии, это единственный способ точно узнать возраст нашей собственной планеты! опубликовано econet.ru
Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта здесь.
Понравилась статья? Напишите свое мнение в комментариях.
Подпишитесь на наш ФБ:
Источник