Возраст небесных тел - ВОЗРАСТ НЕБЕСНЫХ ТЕЛ. Возраст Земли и метеоритов, а отсюда косвенно и др. тел Солнечной системы наиболее надёжно оценивается методами космохронологии ядерной, напр. по количеству изотопов свинца 206Рb и 207Рb, образовавшихся в исследуемых породах в результате радиоактивного распада изотопов урана 238U и 235U. С момента прекращения контакта исследуемого образца породы с возможными источниками 238U и 235U (напр., после выделения породы из расплава в случае её вулканич. происхождения или механич. изоляции в случае метеоритов, к-рые могут быть осколками более крупных космич. тел) образование изотопов 206Рb и 207Рb идёт за счёт имеющихся в образце изотопов урана. Поскольку скорость радиоактивного распада постоянна, количество накопившихся изотопов свинца характеризует время, прошедшее с момента изоляции образца до момента исследования. Практически возраст породы определяется по отношению содержания изотопов 206Рb и 207Рb к содержанию природного изотопа 204Рb, не порождённого радиоактивностью. Этот метод даёт для возраста древнейших пород земной коры оценку до 4,5 млрд. лет. Анализ содержания изотопов свинца в железных метеоритах даёт обычно оценки до 4,6 млрд. лет. Возраст каменных метеоритов, определяемый по радиоактивному превращению в них изотопа калия 40К в изотоп аргона 40Аг, колеблется от 0,5 до 5 млрд. лет. Это указывает на то, что часть метеоритов возникла сравнительно недавно. Анализ пород, доставленных с Луны на Землю, показал, что количество содержащихся в них инертных газов - продуктов радиоактивного распада - отвечает возрасту пород от 2 до 4,5 млрд. лет. Т. о., возраст лунных пород и древнейших пород земной коры примерно одинаков. Планеты Солнечной системы, но совр. представлениям, возникли из вещества в конденсированной фазе (пылинок или метеоритов). Планеты, следовательно, моложе нек-рых метеоритов. В связи с этим возраст Солнечной системы оценивается обычно в 4,6 млрд. лет. Возраст отдельных звёзд и Солнца оценивают на основе теории строения и эволюции звёзд. Согласно этой теории, звёзды светят за счёт гравитационной энергии и ядерной энергии, выделяемых соответственно при сжатии звезд и в термоядерных реакциях, протекающих в их центр. области (на разных стадиях эволюции преобладающую роль играет то один, то другой из этих источников энергии). Изменение типа термоядерной реакции знаменует переход к новой стадии эволюции (см. Эволюция звёзд). Длительность каждой стадии эволюции тем меньше, чем более массивна звезда, и с учётом зависимости между массой и светимостью для звёзд главной последовательности (см. Масса - светимость зависимость) длительность приближённо выражается следующими ф-лами. Длительность стадии формирования звезды (первоначального сжатия от протозвезды до звезды главной последовательности) (млн. лет) (1) (масса и светимость L звезды в данной фазе эволюции выражаются в долях массы и светимости Солнца -). Звёзды малых масс, находящиеся на этой стадии, могут иметь весьма большой абс. возраст. Так. древнейшие карликовые звёзды с массой менее (переменные типа UV Kита) не завершили ещё этой стадии. Ф-ла (1) оценивает их макс. возраст. Длительность стадии горения водорода (пребывания звезды на главной последовательности) - самая продолжительная стадия в жизни звезды, когда источником энергии звезды явл. термоядерные реакции водородного цикла: (млн. лет) (2) Сумма tc + tH даёт макс. оценку возраста звезды, пребывающей на главной последовательности. Длительность стадии горения гелия (стадии красных гигантов) tHe составляет примерно 0,1 tH. Суммой tc + tH + tHe оценивается макс. возраст красного гиганта и сверхгиганта. Последующие стадии эволюции, связанные с "выгоранием" в звёздах углерода н кремния, скоротечны и характерны для массивных звёзд-сверхгигантов (они заканчивают свою эволюцию взрывом, см. Сверхновые звёзды). При этом могут образоваться нейтронные звёзды и чёрные дыры (см. Гравитационный коллапс). Звёзды с массами в процессе эволюции становятся, uo-виднмому, белыми карликами. Оценок длительности существования звёзд на этих стадиях нет. Т. о., возможно установить пределы возраста звезды данной массы, находящейся в той или иной стадии эволюции, но находится ли она в начале этой стадии или уже почти прошла её, выяснить значительно сложнее. Прямую оценку возраста звезды можно было бы получить, сравнив процентное содержание водорода и гелия в её ядре (находится расчётом внутр. строения звезды) и оболочке (находится по спектру звезды). При условии неперемешивання внеш. и внутр. слоев, но изменению состава звезды в центре, обусловленного термоядерными процессами, можно было бы определить её возраст. К сожалению, соотношение гелия н водорода и звёздах оценивается очень грубо, и то лишь у звёзд спектр. классов О и В, в спектрах к-рых наблюдаются сильные линии гелия. Для Солнца эта оценка очень приблизительна - 5 млрд. лет со времени начала стадии горения водорода. Это согласуется с оценками возраста Солнечной системы, но не исключено также, что Солнце старше её на 1-2 млрд. лет. Если возраст Солнца 5 млрд. лет, то, согласно формуле (2), оно будет находиться на главной последовательности ещё ок. 5 млрд. лет. Пройдёт ли оно затем стадию красного гиганта или же сразу будет белым карликом, пока неясно, хотя первое вероятнее. В старейших из известных звёздных скоплений звёзды с массой Солнца или несколько меньшей ещё занимают главную последовательность, и их дальнейшая эволюция пока с достаточной полнотой неизвестна. Судя по хим. составу, Солнце не явл. ровесником Галактики, оно моложе, хотя и относится к старейшим звёздам галактич. диска. Рис.1 Определение возраста звёздных скоплений по диаграмме цвет - светимость нескольких рассеянных звёздных скоплений и одного шарового скопления МЗ, В - V - показатель цвета. Каждой точке главной последовательности соответствует максимальный возраст tc + tH звёзд (на рис.- справа). Точка, где звёзды скопления сворачивают с главной последовательности, указывает возраст (tc + tH) звёзд скопления. Возраст звёздных скоплений и ассоциаций, в к-рых звёзды возникли почти одновременно, оценивается намного надёжнее, чем возраст отдельных звёзд. Наиболее массивные звёзды рассеянных скоплений быстро продвигаются в своей эволюции, уходят с главной последовательности и становятся красными гигантами или (наиболее массивные) - сверхгигантами. На диаграмме Герцшпрунга - Ресселла такого скопления (рис.1) легко отличить те звёзды, к-рые заканчивают своё пребывание на главной последовательности и готовятся уйти с неё. Ф-ла (2) даёт оценку возраста этих звёзд и, следовательно, всего скопления. У самых молодых рассеянных скоплений возраст оценивается в 1 млн. лет, самые старые имеют возраст 4,5-8 млрд. лет (при различных предположениях о количестве водорода, превратившегося в гелий). Возраст шаровых звёздных скоплений оценивается аналогичным путём, хотя диаграммы Герцшпрунга - Ресселла для шаровых скоплений имеют свои отличия. Оболочки звёзд в этих скоплениях содержат значительно меньше химических элементов тяжелее гелия, т. к. скопления состоят из древнейших звёзд Галактики (в их состав почти не вошли тяжёлые элементы, синтезированные в др. звёздах, все имеющиеся там тяжёлые элементы синтезированы в них самих). Оценки возраста шаровых скоплений - от 9 до 15 млрд. лет (с погрешностью 2-3 млрд. лет). Возраст Галактики оценивается в соответствии с теорией её эволюции. Первичное газовое облако (протогалактика) за первый миллиард лет распалось, очевидно, на отдельные сгустки, положившие начало шаровым скоплениям и звёздам сферич. подсистемы Галактики. В ходе эволюции взрывавшиеся звёзды первого поколения выбрасывали в пространство газ с примесью тяжёлых хим. элементов. Газ концентрировался к галактич. плоскости, и из него образовывались звёзды следующего поколения, составляющие более сжатую к плоскости систему (население). Обычно выделяют неск. населений, характеризующихся различием св-в входящих в них звёзд, содержанием в их атмосферах тяжёлых элементов (т. е. всех элементов, кроме Н и Не), формой занимаемого в Галактике объёма и разным возрастом (табл.). Состав и возраст некоторых типов населения Галактики Населения Галактики Содержание тяжелых хим. элементов, % Предельный возраст, млрд. лет Шаровые скопления, звезды-субкарлики, короткопериодические цефеиды 0,1 - 0,5 12 - 15 Долгопериодические переменные, звезды с большими скоростями 1 10 - 12 Звезды главной последовательности солнечного типа, красные гиганты, планетарные туманности, новые звезды 2 5 - 7 Звезды спектрального класса А 3 - 4 0,1-5 Звезды классов О и В, сверхгиганты 3 - 4 0,1 Возраст Галактики может быть оценён также по времени, необходимому для образования наблюдаемого в ней количества тяжёлых элементов. Их синтез прекратился, очевидно, в нашем районе Галактики с образованием Солнечной системы (т. е. 4,6 млрд. лет назад). Если синтез произошёл внезапно, за сравнительно короткое время, то для образования совр. соотношения изотопов тяжёлых элементов он должен был произойти за 4-6 млрд. лет до возникновения Солнечной системы, т. е. 9 - 11 млрд. лет назад. Относит. кратковременность периода интенсивного синтеза подтверждается как анализом относит. состава указанных элементов, так и астрономич. данными - звездообразование в Галактике было особенно интенсивным в начальный период. Т. о., возраст Галактики, определяемый по синтезу элементов, составляет от 9 до 11 млрд. лет. Возраст доступной для наблюдений части Вселенной (Метагалактики) оценивается по закону расширения Метагалактики. Согласно Хаббла закону, галактики удаляются друг от друга со скоростью 50-100 км/с на Мпк. Если эта скорость мало изменилась с начала расширения, то величина, обратная скорости, даёт оценку макс. возраста Метагалактики: 1/50 км-1.с.Мпк 20 млрд. лет, а 1/100 км-1.с.Мпк 10 млрд. лет. Однако обычно предполагают, что расширение Метагалактики замедляется со временем, поэтому возраст её должен быть несколько меньше. Оценка возраста в сильной степени зависит от точности определения постоянной расширения и от величины замедления, т. е. предполагаемой модели мира (см. Космология). Лит.: Струве О., Линдс Б., Пилланс Э., Элементарная астрономия, пер. с англ., 2 изд., М., 1967; Харлей П. М., Возраст Земли, пер. с англ., М., 1962; Фауль Г., Возраст пород, планет и звёзд, пер. с англ., М., 1968; Соботович Э. В., Изотопная космохимия, М., 1974. (Ю.П. Псковский)

Современные теории внутреннего строения небесных тел, а также планетарная космогония, в качестве исходной, экспериментальной базы для оценок возраста небесных тел, используют результаты исследований возраста горных пород, солнечного нейтрино или других данных, полученных при изучении внешнего слоя небесного тела.

Так как на основании модели вихревой космогонии небесные тела создавались путем накопления космической материи, то отсюда следует вывод - каждый внутренний слой должен иметь собственный возраст, превышающий возраст наружного слоя этой же планеты или звезды. Следовательно, по данным исследований наружных пород или любых излучений исходящих от этих пород невозможно оценивать возраст внутреннего вещества или небесного тела в целом.

На основании вихревой гравитации и сотворения небесных тел, допустимо определять возраст планет простым делением массы планеты к соответствующему ежегодному приросту массы этой планеты.

С учетом вышеизложенного, возраст Земли составляет - 15,6 млрд. лет.

ТЕМНАЯ МАТЕРИЯ

Как известно, в середине прошлого века при изучении строения галактики было обнаружено несоответствие распределение звезд распределению гравитационного потенциала.

Научное мнение разделилось на две группы.

Некоторые ученые утверждали, что теория гравитации Ньютона, созданная на базе наблюдений за планетами в солнечной системе, не верна в более крупных астрономических масштабах

Большинство исследователей сошлись во мнении, что часть материи (30%) не испускает фотоны, поэтому она не видна. Но именно эта материя уравновешивает гравитационный потенциал в галактике. Невидимая материя получила название темной материи.

Очевидно, что теория вихревой гравитации не испытывает затруднений в объяснение этого астрономического «парадокса», так как сила всемирной гравитации зависит не от масс звезд, а только от скорости вихревого вращения и градиента давления галактического эфира. Величину вихревой гравитации в любой галактике возможно определить в соответствии с гл. 2.1. Полученное значение силы гравитации полностью уравновешивает центробежные силы звезд и, тем самым, отпадает необходимость в использовании гипотетической темной материи.

Возраст Земли определяют разными методами. Самый точный из них состоит в определении возраста горных пород. Он заключается в подсчете отношения количества радиоактивного урана к количеству свинца, находящихся в данной породе. Дело в том, что свинец является конечным продуктом самопроизвольного распада урана. Скорость этого процесса известна точно, и изменить ее нельзя никакими способами. Чем меньше урана осталось и чем больше свинца накопилось в породе, тем больше ее возраст. Самые древние горные породы в земной коре имеют возраст несколько миллиардов лет. Земля в целом возникла, очевидно, несколько раньше, чем земная кора. Изучение окаменелых остатков животных и растений показывает, что за последние сотни миллионов лет излучение Солнца существенно не изменилось. По современным оценкам возраст Солнца составляет около 5 млрд. лет. Солнце старше Земли

Есть звезды, которые много моложе, чем Земля, например - горячие сверхгиганты. По темпу расходования энергии горячими сверхгигантами можно судить о том, что возможные запасы их энергии позволяют им расходовать ее так щедро лишь короткое время. Значит, горячие сверхгиганты молоды - им 10 6 -10 7 лет.

Молодые звезды находятся в спиральных ветвях галактики, как и газовые туманности, из вещества которых возникают звезды. Звезды, не успевшие рассеяться из ветви, молоды. Выходя из ветви, они стареют.

Звезды шаровых скоплений, по современной теории внутреннего строения и эволюции звезд, самые старые. Им может быть более 10 10 лет Ясно, что звездные системы - галактики должны быть старше, чем звезды, из которых они состоят. Возраст большинства из них должен быть не меньше чем 10 10 лет

В звездной Вселенной происходят не только медленные изменения, но и быстрые, даже катастрофические. Например, за время порядка года обычная на вид звезда вспыхивает, как «сверхновая» (§ 24.3), и примерно за то же время ее яркость спадает.

В результате она, вероятно, превращается в крохотную звезду, состоящую из нейтронов и вращающуюся с периодом порядка секунды и быстрее, (нейтронную звезду). Ее плотность возрастает до плотности атомных ядер (10 16 кг/м), и она становится мощнейшим излучателем радио- и рентгеновских лучей, которые, как и ее свет, пульсируют с периодом вращения звезды. Примером такого пульсара , как их называют, служит слабая звездочка в центре расширяющейся Крабовидной радиотуманности ($ 24.3). Остатков вспышек сверхновых звезд в виде пульсаров и радиотуманностей, подобных Крабовидной, известно уже много.

Вопрос о происхождении Солнечной системы должен решаться вместе с проблемой происхождения и развития звезд. Пожалуй, ее трудно решить правильно без знания того, как формируются и развиваются галактики.