Каков возраст солнечной системы

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 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 .

На краю галактики Млечный Путь мерцает звёздочка по имени Солнце. По звёздной классификации это жёлтый карлик. Хотя нам, живущим её теплом и светом, эта звезда представляется огромной, всемогущей. Около 5 миллиардов лет назад из пылевого протозвёздного вещества образовалось Солнце, а вслед за ним планеты. В результате получилась планетная система, размером около 150 000 астрономических единиц (а. е.).Астрономическая единицаЭто расстояние от Земли до Солнца. Примерно 149 млн. км. Свет проходит это расстояние примерно за 500 секунд (8 минут 20 секунд)

Все планеты расположены с определённой последовательностью, расстояния между их орбитами возрастают по мере удаления планет от Солнца.

Состав Солнечной системы

Солнце

Солнце, сосредоточило в себе 99,9% всей массы системы. Звезда состоит в основном из водорода и гелия. По сути, это гигантский термоядерный реактор. Температура поверхности около 6000 °С. Но зато внутренний нагрев светила зашкаливает за 10 000 000 °С.

Со скоростью 250 км/сек наша звезда мчится в космосе вокруг центра галактики, до которого «всего» 26 000 световых лет. И на один оборот уходит около 180 миллионов лет.

Планеты и их спутники

Земная группа.

Меркурий

Ближайшая к Солнцу, но и самая малая из планет. Она очень медленно обращается вокруг себя, за полный оборот вокруг светила делая лишь полтора оборота вокруг своей оси. Планета не имеет ни атмосферы, ни спутников, днём раскаляясь до +430 °С, а ночью охлаждаясь до – 180 °С.

Венера

Самая романтичная и ближайшая к Земле планета тоже для жилья не пригодна. Она плотно укутана толстым одеялом облаков из углекислого газа, и при температуре до + 475 °С имеет давление у поверхности, испещрённой кратерами, свыше 90 атмосфер. Венера очень близка Земле размерами и массой.

Марс

Похож на нашу планету по своей структуре. Радиус его в два раза меньше земного, а масса меньше на порядок. Здесь можно было бы прожить, но отсутствие воды и атмосферы мешают это сделать. Марсианский год в два раза длиннее земного, зато сутки практически той же продолжительности. Марс богаче первых двух планет, имея два спутника: Фобос и Деймос, переводимые с греческого как «страх» и «ужас». Это небольшие каменные глыбы, очень похожие на астероиды.

Планеты-гиганты.

Юпитер

Самая крупная газовая планета-гигант. Будь его масса в несколько десятков раз больше, он реально смог бы стать звездой. Сутки на планете длятся около 10 часов, а год протекает за 12 земных. Юпитер, как Сатурн и Уран, имеет систему колец. Их у него четыре, но они не очень ярко выражены, из далека можно и не заметить. Зато спутников у планеты больше 60.

Сатурн

Это самая окольцованная планета, которую имеет Солнечная система. Ещё у Сатурна есть особенность, которой не имеют другие планеты. Это его плотность. Она меньше единицы, и получается, что если найти где-то огромный океан и бросить в него эту планету, то она не утонет. На данное время открыто более 60 спутников этого гиганта. Основные из них – Титан, Энцелад, Диона, Тефия. Сатурн похож на Юпитер по строению атмосферы.

Уран

Особенность этой планеты, предстающей наблюдателю в тонах сине-зелёных, в его вращении. Ось вращения планеты практически параллельна плоскости эклиптики. Говоря обыденным языком, Уран лежит на боку. Но это не помешало ему обзавестись 13 кольцами и 27 спутниками, самые известные из которых Оберон, Титания, Ариэль, Умбриэль.

Нептун

Так же, как и Уран, Нептун состоит из газа, включающего в себя воду, аммиак и метан. Последний, концентрируясь в атмосфере, придаёт планете голубой цвет. Планета имеет 5 колец и 13 спутников. Главные: Тритон, Протей, Ларисса, Нереида.

Плутон

Самая большая среди карликовых планет. Он состоит из каменистого ядра, покрытого толщей льда. Только в 2015 году до Плутона долетел космический аппарат и сделал детальные снимки. Главный его спутник — Харон.

Малые объекты

Пояс Койпера. Часть нашей планетной системы от 30 до 50 а. е. Здесь сосредоточена масса малых тел, льдов. Они состоят из метана, аммиака и воды, но есть объекты, включающие в себя горные породы и металлы.

Астероиды. Орбиты этих каменных или металлических глыб в основном находятся у плоскости эклиптики. Пути некоторых астероидов пересекаются с земной орбитой. И, хотя вероятность нежеланной встречи ничтожна мала, но… 65 миллионов лет назад она, вероятно, всё же состоялась.

По легенде, некую планету Фаэтон, мирно вращавшуюся вокруг светила, разорвал в клочья своей гравитацией Юпитер. И получился прекрасный пояс астероидов. В действительности подтверждения этому наука не даёт.

Кометы. Если перевести это слово с греческого, получится «длинноволосый». И это так. Когда ледяная странница приближается к Солнцу, она распускает длинный хвост из испаряющихся газов на сотни миллионов километров. Комета имеет и голову, состоящую из ядра и комы. Ядро – ледяная глыба из застывших газов с добавками силикатов и частиц металлов. Возможно, что присутствует и некая органика. Кома – это газопылевое окружение кометы.

Облако Оорта. Ян Оорт, ещё в 1950 году, предположил существование облака, заполненного объектами из обледеневших аммиака, метана и воды. Пока не доказано, но возможно, что облако начинается от 2 — 5 тысяч а.е., простираясь до 50 тысяч а. е. Большинство комет происходят именно из облака Оорта.

Несколько интересных фактов

  • Температура солнечной короны. Температура возле Солнца больше, нежели на его поверхности. Эту загадку разгадать пока не удаётся. Возможно, проявляют действие магнитные силы атмосферы звезды.
  • Атмосфера Титана. Это единственный из всех спутников планет, имеющий атмосферу. И состоит она в основном из азота. Почти как земная.
  • Остается загадкой, почему активность Солнца изменяется с определенной периодичностью и временем.

Давно и успешно исследуется наша планетная система. Луна, Венера, Марс, Меркурий, Юпитер и Сатурн находятся под постоянным наблюдением. На нашем спутнике оставлены следы людей и вездеходов. По Марсу разъезжают автономные марсоходы, передавая ценную информацию. Легендарный «Вояджер» уже пролетел всю Солнечную систему, перешагнув её границы. Даже на комету удалось посадить рабочий модуль. И уже готовится пилотируемое путешествие на Марс.

Нам невероятно повезло, что мы поселились в таком месте Вселенной. Хотя, есть ли иные миры, никто ещё не доказал. Но и нашу систему прекрасных планет мы ещё так мало знаем. Вот и сейчас мы спокойны, деловиты. А, возможно, уже выпущен камушек из облака Оорта и летит точно к Юпитеру. Или, всё же, на этот раз к нам?

>Туманное будущее: какая судьба ждёт наше Солнце

Из гиганта в карлика

Согласно многочисленным исследованиям, жизненный цикл звёзд, сопоставимых по массе с Солнцем, как правило, длится около 10 млрд лет. Таким образом, наше небесное светило, возраст которого 5 млрд лет, уже прошло половину своего эволюционного пути.

Астрофизики из Манчестерского университета (Великобритания) спрогнозировали, какой будет вторая половина жизни Солнца, и пришли к неожиданным выводам.

С помощью компьютерной модели учёные определили, что примерно через 4—4,5 млрд лет ядро Солнца нагреется до такой степени, что своими палящими лучами уничтожит всё живое на Земле. Затем оболочка Солнца начнёт рассеиваться, превращаясь в массивное кольцо из межзвёздной пыли и газа — планетарную туманность. При этом ядро, в котором постепенно прекратятся термоядерные реакции, остынет, превратившись в белого карлика.

  • Планетарная туманность Эйбелл 39
  • NASA

Описанному сценарию эволюции следует около 90% звёзд. Однако раньше считалось, что Солнце слишком мало, чтобы на нём происходили подобные процессы. Более того, согласно расчётам британских астрофизиков, перед тем как превратиться в белого карлика, ядро Солнца раскалится в три раза быстрее, чем предполагалось ранее.

Также по темеПутешествие в бесконечность: физики нашли способ выжить в чёрной дыре Человек теоретически мог бы выжить в чёрной дыре, считают учёные. Российские физики подтвердили RT выводы коллег из Калифорнийского…

Ряд российских учёных поддержали выводы своих коллег с Туманного Альбиона.

«Термоядерное топливо постепенно заканчивается в недрах Солнца. Сейчас в его ядре водород превращается в гелий, на следующей стадии гелий будет превращаться в углерод и кислород. Через несколько миллиардов лет солнечное ядро настолько раскалится, что водород в окружающей его оболочке начнёт сгорать. Из-за этого внешние слои звезды будут рассеиваться, образуя планетарную туманность. Затем Солнце перейдёт в стадию красного гиганта. Ядро останется и, постепенно остыв и сжавшись, превратится в белого карлика, лишённого собственных источников термоядерной энергии», — рассказал в интервью RT доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник ГАИШ МГУ им. М.В. Ломоносова Сергей Попов.

Учёный, как и исследователи из Манчестерского университета, считает, что жизнь на Земле исчезнет гораздо раньше из-за резкого роста мощности солнечного излучения.

В поисках запасной планеты

Российские эксперты полагают, что интенсивность солнечного излучения резко вырастет примерно через 1 млрд лет. Это, в свою очередь, приведёт к радикальным изменениям климата на Земле.

«Температура на планете станет настолько высокой, что вся вода постепенно испарится. Жизнь исчезнет гораздо раньше, чем Солнце превратится в красного гиганта», — отметил Попов.

По словам учёных, в свете последних апокалиптических прогнозов возможное переселение человечества на другую планету не выглядит таким уж фантастическим.

Также по теме«Нужны новые принципы преодоления пространства»: член Российской академии космонавтики — о полётах в другие галактики Современные космические аппараты не позволяют быстро перемещаться даже по Солнечной системе, и для полёта в другие галактики…

«Есть версия, что Марс — самое подходящее место: на этой планете сила тяготения гораздо меньше, чем на Земле, поэтому нам будет легче приспособиться к жизни там. Другие планеты даже рассматривать не стоит», — сказала в беседе с RT ведущий научный сотрудник ГАИШ МГУ им. М.В. Ломоносова Елена Сейфина.

Наиболее перспективной для жизни Красную планету считает и сотрудник ГАИШ МГУ им. М.В. Ломоносова Михаил Кузнецов.

«В пределах нашей Солнечной системы с наименьшими затратами колонизировать получится Марс. Но без освоения Луны это, наверное, будет невозможно осуществить. Дело в том, что разработанные для колонизации технологии нужно будет испытывать, обкатывать, и лучше это делать где-то поближе, где более безопасно, например на Луне», — отметил Кузнецов.

По мнению учёного, если какое-либо развитое государство поставит цель ускоренно усовершенствовать технологии для освоения планет, то колонизация будет возможна уже через 15—20 лет.

«Если говорить о нашем государстве, то пока таких целей в космической программе нет. Всё зависит от того, насколько востребовано будет космическое пространство для промышленной деятельности», — подытожил Кузнецов.

Как Солнце превратится в красного гиганта?

Сейчас Солнце – это желтый карлик, который живет себе спокойно, потихоньку сжигая водород. И делает она это уже около пяти миллиардов лет, как вы знаете. И такого режима энергосбережения ему хватит еще минимум на столько же. А вот когда батарейка начнет садиться, произойдет та самая новая ступень термоядерного синтеза, когда желтый карлик вдруг начнет краснеть и расти. Вырастет он до таких размеров, что попросту поглотит Землю, перед этим закусив Меркурием и Венерой. Так наше Солнце и превратится в красного гиганта. Однако этого события не увидит вообще никто на Земле, так происходить оно будет крайне медленно, больше миллиарда лет. А жизнь на Земле вымрет уже в тот момент, когда на Солнце начнется следующий уровень термоядерного синтеза, что приведет к значительному увеличению температуры. От этого все океаны на Земле испарятся, а что будет с живыми существами, вы и сами понимаете. В общем, еще целый миллиард лет после этого Земля будет планетой-барбекю в прямом смысле этого слова.

Что будет с Солнцем после поглощения Земли?

После поглощения Земли, а также Меркурия и Венеры, Солнце будет очень большим и горячим. Но это вы и так уже знаете. Это приведет к трате огромного количества топлива, которого у нашей звезды к тому времени будет и так не много. Поэтому начнется процесс гравитационного сжатия. Сейчас ему мешает огромное излучение, а потом топлива не будет у Солнца не будет, излучения, логично, тоже.

Масса Солнца в космических масштабах небольшая, поэтому гравитационное сжатие не сможет запустить новую ступень термоядерного синтеза, поэтому внешняя оболочка красного гиганта сбросится, аки кожа ящерицы и растворится в космосе, превратившись в туманность. А ядро Солнца будет постепенно остывать, становясь холодным белым карликом. Это будет похоже на существующую ныне туманность «Маленькое приведение», посмотреть на которую вы можете в другой нашей статье. В ней вы найдете и другие жуткие места во Вселенной, но Маленькое приведение, пожалуй, самое жуткое, так как практически наглядно показывает, как будет выглядеть наша система после смерти. Смотреть на свой страх и риск .

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *