Ympäröivän maailman tuntemus on mahdotonta ilman, että ymmärretään historiallisten antiikkien ikää ja kuinka kauan maailma itse - maailmankaikkeus - on ollut olemassa. Tutkijat ovat luoneet monia menetelmiä arkeologisten löytöjen iän määrittämiseksi ja historiallisten tapahtumien ajankohtien vahvistamiseksi. Nykyään kronologinen aikajana merkitsee sekä muinaisten tulivuorten purkausten päivämääriä että yötaivaalla näkemämme tähdet syntymäajankohtana. Tänään kerromme sinulle tärkeimmistä treffimenetelmistä.
Arkeologiset löydöt
Arkeologisten löytöjen iän suhteen kaikki tietysti muistavat radiohiilimenetelmän. Tämä on ehkä tunnetuin, vaikkakaan ei ainoa tapa, jolla tapaa antiikkia. Tunnettu myös jatkuvasta kritiikistä, jota hänelle kohdistetaan. Joten mikä on tämä menetelmä, mitä ja miten sitä käytetään?
Aluksi on todettava, että tätä menetelmää käytetään hyvin harvoin poikkeuksin vain treffointikohteisiin ja biologisesti peräisin oleviin materiaaleihin. Eli kaiken, joka oli kerran elossa, ikä. Lisäksi puhumme datasta tarkalleen biologisen esineen kuoleman hetkellä. Esimerkiksi ihminen, joka löydettiin maanjäristyksen tuhoaman talon raunioista, tai puun, joka kaadettiin rakentamaan laivaa. Ensimmäisessä tapauksessa tämä antaa sinun määrittää suunnilleen maanjäristyksen ajan (jos sitä ei tiedetty muista lähteistä), toisessa - laivan rakennusajan arvioitu päivämäärä. Joten he esimerkiksi päiväsivat tulivuorenpurkauksen Santorinin saarella, joka on yksi muinaisen historian avaintoiminnoista, pronssikauden apokalypsyn mahdollinen syy. Analyysiksi tutkijat ottivat oliivipuun oksan, joka löydettiin vulkaanisen maaperän kaivauksissa.
Miksi organismin kuolemanhetkellä on merkitystä? Hiiliyhdisteiden tiedetään muodostavan perustan elämälle planeetallamme. Elävät organismit saavat sen pääasiassa ilmakehästä. Kuoleman myötä hiilenvaihto ilmakehän kanssa pysähtyy. Mutta hiili planeetallamme, vaikka se vie jaksotaulukon yhden solun, on erilainen. Maapallolla on kolme hiili-isotooppia, kaksi vakaata - 12C ja 13C ja yksi radioaktiivinen, hajoava - 14C. Niin kauan kuin organismi on elossa, pysyvien ja radioaktiivisten isotooppien suhde siinä on sama kuin ilmakehässä. Heti kun hiilenvaihto pysähtyy, epästabiilin isotoopin 14C (radiohiilen) määrä alkaa vähentyä rappeutumisen vuoksi ja suhde muuttuu. Noin 5700 vuoden kuluttua radiohiilen määrä puolittuu, prosessia kutsutaan puoliintumisaikaksi.
Radiohiili syntyy ylimmässä ilmakehässä typestä, ja sitten se muuttuu typeksi radioaktiivisen hajoamisen aikana
Mainosvideo:
wikimedia.org
Willard Libby on kehittänyt radiosiirtohiilen menetelmän. Aluksi hän oletti, että hiilen isotooppien suhde ilmakehässä ajassa ja tilassa ei muutu ja että elävien organismien isotooppien suhde vastaa ilmakehän suhdetta. Jos näin on, mittaamalla tämä suhde käytettävissä olevasta arkeologisesta näytteestä, voimme määrittää, milloin se vastasi ilmakehän. Tai hanki niin kutsuttu "ääretön ikä", jos näytteessä ei ole radiohiiltä.
Menetelmä ei salli kauhistuttamista menneisyyteen. Sen teoreettinen syvyys on 70 000 vuotta (13 puoliintumisaikaa). Noin tänä aikana epästabiili hiili hajoaa kokonaan. Mutta käytännön raja on 50 000 - 60 000 vuotta. Se ei ole enää mahdollista, laitteiden tarkkuus ei salli. He voivat mitata "Ice Man" -kauden, mutta ei ole enää mahdollista tutkia planeetan historiaa ennen ihmisen ilmestymistä ja määrittää esimerkiksi dinosaurusten jäänteiden ikää. Lisäksi radiohiilimenetelmä on yksi kritisoituimmista. Torinon vaippaa ympäröivät kiistat ja muistion ikän määrittämismenetelmän analysointi ovat vain yksi esimerkkejä tämän menetelmän puutteellisuudesta. Mikä on argumentti näytteiden saastumisesta hiili-isotoopilla hiilenvaihdon lopettamisen jälkeen ilmakehän kanssa. Ei ole aina varmaa, että analysoitavaksi tarkoitettu esine on täysin hiilivapaa,lisätään esimerkiksi bakteerien ja mikro-organismien jälkeen, jotka ovat asettuneet aiheeseen.
On syytä huomata, että menetelmän soveltamisen alkamisen jälkeen kävi ilmi, että ilmakehän isotooppien suhde muuttui ajan myötä. Siksi tutkijoiden oli luotava ns. Kalibrointiasteikko, johon havaitaan muutoksia ilmakehän radiohiilipitoisuuksissa vuosien mittaan. Tätä varten otettiin esineitä, joiden tapaaminen tunnetaan. Dendrokrologia, tiede, joka perustuu puun rengaspuiden tutkimukseen, tuli tutkijoiden avuksi.
Alussa mainitsimme, että on harvinaisia tapauksia, joissa tätä menetelmää sovelletaan esineisiin, jotka eivät ole biologisia. Tyypillinen esimerkki on muinaiset rakennukset, joiden laastissa käytettiin poltettua kalkkia CaO. Yhdistettynä ilmakehän veden ja hiilidioksidin kanssa kalkki muutettiin kalsiumkarbonaatiksi CaCO3. Tässä tapauksessa hiilenvaihto ilmakehän kanssa pysähtyi siitä hetkestä, kun laasti kovettui. Tällä tavalla voit määrittää monien muinaisten rakennusten iän.
Dinosaurusten ja muinaisten kasvien jäännökset
Nyt puhutaan dinosauruksista. Kuten tiedät, dinosaurusten aikakausi oli suhteellisen pieni (tietenkin maan geologisen historian mukaan) ajanjakso, joka kesti 186 miljoonaa vuotta. Mesozoinen aikakausi, sellaisena kuin se on nimetty planeettamme geokrologisessa mittakaavassa, alkoi noin 252 miljoonaa vuotta sitten ja päättyi 66 miljoonaa vuotta sitten. Samaan aikaan tutkijat jakoivat sen varmasti kolmeen jaksoon: triassinen, juuralainen ja liitukausi. Ja jokaiselle he ovat tunnistaneet omat dinosauruksensa. Mutta miten? Loppujen lopuksi radiohiilimenetelmää ei voida soveltaa sellaisiin ajanjaksoihin. Useimmissa tapauksissa dinosaurusten, muiden muinaisten olentojen ja muinaisten kasvien jäännösten ikä määräytyy kivien löytöajan perusteella. Jos dinosauruksen jäännöksiä löydettiin Ylä-Triassuksen kallioista, ja tämä on 237-201 miljoonaa vuotta sitten, niin dinosaurus asui tuolloin. Nyt kysymys onkuinka selvittää näiden kivien ikä?
Dinosaurus pysyy muinaisessa kivessä
terrain.org
Olemme jo sanoneet, että radiohiilimenetelmää voidaan käyttää paitsi biologisesti peräisin olevien esineiden iän määrittämiseen. Hiili-isotoopin puoliintumisaika on kuitenkin liian lyhyt, ja sitä ei voida soveltaa määritettäessä samojen geologisten kivien ikää. Tämä menetelmä, vaikka se onkin tunnetuin, on vain yksi radioisotooppikappaleista. Luonnossa on muita isotooppeja, joiden puoliintumisajat ovat pidempiä ja tunnettuja. Ja mineraalit, joita voidaan käyttää ikääntymiseen, kuten zirkoni.
Se on erittäin hyödyllinen mineraali ikämääritykseen uraani-lyijy-dateillä. Lähtökohta iän määrittämiselle on zirkonin kiteytymismomentti, samanlainen kuin biologisen esineen kuoleman hetki radiohiilimenetelmällä. Zirkonkiteet ovat yleensä radioaktiivisia, koska ne sisältävät radioaktiivisten elementtien epäpuhtauksia ja ennen kaikkea uraani-isotooppeja. Muuten, radiohiilimenetelmää voitaisiin kutsua myös hiili-typpimenetelmäksi, koska hiili-isotoopin hajoamistuote on typpi. Mutta mitkä näytteen typpiatomeista muodostuivat rappeutumisen seurauksena, ja mitkä ne olivat alun perin, tutkijat eivät pysty määrittämään. Siksi, toisin kuin muut radioisotooppimenetelmät, on niin tärkeää tietää radioaktiivisen hiilen pitoisuuden muutos planeetan ilmakehässä.
Zirkonikide
wikimedia.org
Uraani-lyijy-menetelmässä hajoamistuote on isotooppi, mikä on mielenkiintoista, koska sitä ei voinut olla näytteessä aikaisemmin tai sen alkuperäinen pitoisuus oli alun perin tiedossa. Tutkijat arvioivat kahden uraani-isotoopin hajoamisajan, joiden hajoaminen loppuu kahden erilaisen lyijy-isotoopin muodostumiseen. Toisin sanoen määritetään alkuperäisten isotooppien ja tytärtuotteiden pitoisuuden suhde. Tutkijat soveltavat radioisotooppimenetelmiä muinaisiin kiviin ja osoittavat kiinteytymisestä kuluneen ajan.
Maa ja muut taivaankappaleet
Muita menetelmiä käytetään geologisten kivien iän määrittämiseen: kalium-argon, argon-argon, lyijy-lyijy. Viimeksi mainitun ansiosta oli mahdollista määrittää aurinkokunnan planeettojen muodostumisaika ja vastaavasti myös planeettamme ikä, koska uskotaan, että kaikki järjestelmän planeetat muodostuivat lähes samanaikaisesti. Amerikkalainen geokemisti Clare Patterson mittasi vuonna 1953 lyijy-isotooppien suhteen meteoriitin näytteistä, jotka putosivat noin 20–40 tuhatta vuotta Arizonan osavaltion nykyisellä alueella. Tuloksena tarkennettiin arviota maan iästä 4.550 miljardiin vuoteen. Maapallon kallioiden analyysi antaa myös lukuja samanlaisesta järjestyksestä. Joten Kanadan Hudson Bayn rannoilta löydetyt kivet ovat 4,28 miljardia vuotta vanhoja. Ja sijaitsee myös Kanadassa harmaita gneissejä (kivet,kemiallisesti samanlainen kuin graniitit ja saviliuskat), jotka pitivät pitkään johtavana ikäryhmänä, arviolta 3,92 - 4,03 miljardia vuotta. Tätä menetelmää voidaan soveltaa kaikkeen, mihin voimme "päästä" aurinkokunnassa. Maapallolle tuotujen kuukivinäytteiden analyysi osoitti, että niiden ikä on 4,47 miljardia vuotta.
Mutta tähdet, kaikki on täysin erilaista. He ovat kaukana meistä. Tähteen saaminen sen iän mittaamiseksi on epärealistista. Mutta silti tutkijat tietävät (tai ovat varmoja), että esimerkiksi meille lähin tähti, Proxima Centauri, on vain hiukan vanhempi kuin aurinkomme: se on 4,85 miljardia vuotta vanha, aurinko on 4,57 miljardia vuotta vanha. Yötaivaan timantti Sirius on kuitenkin teini-ikäinen: hän on noin 230 miljoonaa vuotta vanha. Pohjoinen tähti on vielä vähemmän: 70-80 miljoonaa vuotta vanha. Suhteellisesti ottaen Sirius syttyi taivaalla dinosaurusten aikakauden alussa ja Pohjoinen tähti jo lopussa. Joten miten tutkijat tietävät tähtien ikä?
Emme voi vastaanottaa kaukaisilta tähtiiltä mitään, paitsi niiden valoa. Mutta tämä on jo paljon. Itse asiassa tämä on tähtipala, jonka avulla voit määrittää sen kemiallisen koostumuksen. Tähteen tunteminen on välttämätöntä sen iän määrittämiseksi. Elämänsä aikana tähdet kehittyvät läpi kaikkien vaiheiden prototähteistä valkoisiin kääpiöihin. Tähdessä tapahtuvien lämpöydinreaktioiden seurauksena sen elementtien koostumus muuttuu jatkuvasti.
Välittömästi syntymän jälkeen tähti putoaa ns. Pääsekvenssiin. Pääsekvenssitähdet (mukaan lukien aurinkoomme) koostuvat pääasiassa vedystä ja heliumista. Tähteen ytimessä tapahtuvan vedyn palamisen lämpöydinreaktioiden aikana heliumin pitoisuus kasvaa. Vetypolttovaihe on pisin aika tähden elämässä. Tässä vaiheessa tähti on noin 90% sille osoitetusta ajasta. Vaiheiden läpi kulkemisen nopeus riippuu tähden massasta: mitä suurempi se on, sitä nopeammin tähti supistuu ja sitä nopeammin se "palaa". Tähti pysyy pääsekvenssissä niin kauan kuin vety palaa ytimessään. Jäljellä olevien vaiheiden, joissa raskaammat elementit palavat loppuun, kesto on alle 10%. Siten mitä vanhempi tähti pääsekvenssissä on, sitä enemmän heliumia ja vähemmän vetyä se sisältää.
Pari sataa vuotta sitten näytti siltä, ettemme koskaan pysty selvittämään tähtiä. Mutta spektrianalyysin löytö 1800-luvun puolivälissä antoi tutkijoille tehokkaan työkalun etäisten kohteiden tutkimiseen. Mutta ensin, Isaac Newton 1800-luvun alussa hajotti prisman avulla valkoisen valon erillisiksi eri värin komponenteiksi - aurinkospektriksi. 100 vuotta myöhemmin, vuonna 1802, englantilainen tiedemies William Wollaston tarkasteli tarkkaan aurinkospektriä ja löysi siitä kapeat tummat viivat. Hän ei pitänyt heitä kovinkaan tärkeänä. Mutta pian saksalainen fyysikko ja optikko Josef Fraunhofer tutkii heidät ja kuvaa niitä yksityiskohtaisesti. Lisäksi hän selittää niitä säteilyn imeytymisellä Auringon ilmakehän kaasuista. Auringonspektrin lisäksi hän tutkii Venuksen ja Sirius-spektriä ja löytää samanlaisia viivoja sieltä. Niitä löytyy myös lähellä keinotekoisia valonlähteitä. Ja vasta vuonna 1859 saksalaiset kemit Gustav Kirchhoff ja Robert Bunsen suorittivat sarjan kokeita, joiden perusteella pääteltiin, että jokaisella kemiallisella elementillä on oma spektrinsä. Ja siksi taivaankappaleiden spektrin mukaan voidaan tehdä johtopäätöksiä niiden koostumuksesta.
Aurinkofotosfäärispektri ja Fraunhofer-absorptiolinjat
wikimedia.org
Tutkijat hyväksyivät menetelmän välittömästi. Ja pian Auringon koostumuksesta löydettiin tuntematon elementti, jota ei löydy maan päältä. Se oli helium ("heliosta" - aurinko). Vain vähän myöhemmin se löydettiin maan päältä.
Aurinkoomme on 73,46% vetyä ja 24,85% heliumia, muiden alkuaineiden osuus on merkityksetön. Muuten, niiden joukossa on myös metalleja, jotka eivät puhu niinkään ikästä vaan tähdemme "perinnöllisyydestä". Aurinko on nuori kolmannen sukupolven tähti, mikä tarkoittaa, että se muodostettiin ensimmäisen ja toisen sukupolven tähteiden jäännöksistä. Eli tähdet, joiden ytimissä nämä metallit syntetisoitiin. Auringossa ilmeisistä syistä tätä ei ole vielä tapahtunut. Auringon koostumus antaa meidän sanoa olevansa 4.57 miljardia vuotta vanha. 12,2 miljardin vuoden ikäiseksi mennessä aurinko poistuu pääjärjestyksestä ja tulee punaiseksi jättiläiseksi, mutta kauan ennen tätä hetkeä elämä maapallolla on mahdotonta.
Galaksiamme pääväestö on tähdet. Galaksian ikä määräytyy havaittujen vanimpien esineiden perusteella. Nykyään Galaksin vanhimmat tähdet ovat punainen jättiläinen HE 1523-0901 ja Methuselah-tähti tai HD 140283. Molemmat tähdet ovat Vaaka-konstellaation suunnassa, ja niiden ikäksi arvioidaan olevan noin 13,2 miljardia vuotta.
Muuten, HE 1523-0901 ja HD 140283 eivät ole vain kovin vanhoja tähtiä, ne ovat toisen sukupolven tähtiä, joilla on merkityksetön metallisisältö. Eli tähdet, jotka kuuluvat sukupolveen, joka edelsi aurinkoamme ja sen "ikäisensä".
Toinen vanhin esine on joidenkin arvioiden mukaan pyöreä tähtiklusteri NGC6397, jonka tähdet ovat 13,4 miljardia vuotta vanhoja. Tutkijat arvioivat tällöin, että ensimmäisen sukupolven tähtiä muodostavan ja toisen syntymän välinen aika on 200-300 miljoonaa vuotta. Näiden tutkimusten avulla tutkijat voivat väittää, että galaksiamme on 13,2-13,6 miljardia vuotta vanha.
maailmankaikkeus
Kuten galaksissakin, maailmankaikkeuden ikä voidaan olettaa määrittämällä kuinka vanhat sen vanhimmat esineet ovat. Tähän päivään mennessä galaksi GN-z11: tä, joka sijaitsee Ursa Major -yhdistelmän suuntaan, pidetään vanhimpana meille tunnettujen esineiden joukossa. Galaksista tuleva valo kesti 13,4 miljardia vuotta, mikä tarkoittaa, että se säteili 400 miljoonaa vuotta Ison räjähdyksen jälkeen. Ja jos valo on kulkenut niin pitkälle, niin maailmankaikkeus ei voi olla pienempi ikä. Mutta kuinka tämä päivämäärä määritettiin?
Vuodelle 2016 galaksi GN-z11 on kauimpana tunnettu kohde maailmankaikkeudessa.
wikimedia.org
Numero 11 galaksin nimityksessä osoittaa, että sen punasiirtymä on z = 11,1. Mitä korkeampi tämä indikaattori, sitä kauempana kohde meistä on, sitä pidempään valo meni siitä ja sitä vanhempi esine oli. Edellisen ikämestarin, Egsy8p7-galaksin, punasiirtymä on z = 8,68 (13,1 miljardia valovuotta etäällä meistä). Ikäkauden haastaja on galaksi UDFj-39546284, luultavasti sen z = 11,9, mutta tätä ei ole vielä vahvistettu täysin. Maailmankaikkeuden ikä ei voi olla pienempi kuin näiden esineiden.
Hieman aiemmin puhuimme tähtien spektristä, jotka määrittävät niiden kemiallisten elementtien koostumuksen. Tähtien tai galaksien spektrissä, joka siirtyy meistä pois, kemiallisten elementtien spektriviivoissa on muutos punaiselle (pitkäaallon) puolelle. Mitä kauempana kohde meiltä on, sitä suurempi sen punasiirtymä on. Viivojen siirtymistä violetti (lyhytaalto) puolelle, objektin lähestymisen takia, kutsutaan siniseksi tai violetiksi siirtymäksi. Yksi selitys ilmiölle on yleinen Doppler-vaikutus. Ne selittävät esimerkiksi ohimenneen auton sireenin äänen alenemisen tai lentävän koneen moottorin äänen. Useimpien kameroiden työ rikkomusten korjaamiseksi perustuu Doppler-ilmiöön.
Spektriviivat ovat siirtyneet punaiselle puolelle
wikimedia.org
Joten tiedetään, että maailmankaikkeus laajenee. Ja kun tiedät sen laajentumisnopeuden, voit määrittää maailmankaikkeuden iän. Vakiota, joka osoittaa nopeuden, jolla kaksi galaksia, erotettuna etäisyydellä 1 megapikseli (megaparsec), lentävät eri suuntiin, kutsutaan Hubble-vakiona. Mutta maailmankaikkeuden iän määrittämiseksi tutkijoiden oli tiedettävä sen tiheys ja koostumus. Tätä tarkoitusta varten avaruuteen lähetettiin avaruus observatorioita WMAP (NASA) ja Planck (Euroopan avaruusjärjestö). WMAP-tietojen avulla maailmankaikkeuden ikä oli määritettävissä 13,75 miljardiin vuoteen. Kahdeksan vuotta myöhemmin avatun eurooppalaisen satelliitin tiedot mahdollistivat tarkentaa tarvittavia parametreja, ja maailmankaikkeuden ikäksi määritettiin 13,81 miljardia vuotta.
Space Observatory Planck
esa.int
Sergey Sobol
