Vozrast nebesnyh tel

VOZRAST NEBESNYH TEL. Vozrast Zemli i meteoritov, a otsyuda kosvenno i dr. tel Solnechnoi sistemy naibolee nadezhno ocenivaetsya metodami kosmohronologii yadernoi, napr. po kolichestvu izotopov svinca ²⁰⁶Rb i ²⁰⁷Rb, obrazovavshihsya v issleduemyh porodah v rezul'tate radioaktivnogo raspada izotopov urana ²³⁸U i ²³⁵U. S momenta prekrasheniya kontakta issleduemogo obrazca porody s vozmozhnymi istochnikami ²³⁸U i ²³⁵U (napr., posle vydeleniya porody iz rasplava v sluchae ee vulkanich. proishozhdeniya ili mehanich. izolyacii v sluchae meteoritov, k-rye mogut byt' oskolkami bolee krupnyh kosmich. tel) obrazovanie izotopov ²⁰⁶Rb i ²⁰⁷Rb idet za schet imeyushihsya v obrazce izotopov urana. Poskol'ku skorost' radioaktivnogo raspada postoyanna, kolichestvo nakopivshihsya izotopov svinca harakterizuet vremya, proshedshee s momenta izolyacii obrazca do momenta issledovaniya. Prakticheski vozrast porody opredelyaetsya po otnosheniyu soderzhaniya izotopov ²⁰⁶Rb i ²⁰⁷Rb k soderzhaniyu prirodnogo izotopa ²⁰⁴Rb, ne porozhdennogo radioaktivnost'yu. Etot metod daet dlya vozrasta drevneishih porod zemnoi kory ocenku do 4,5 mlrd. let. Analiz soderzhaniya izotopov svinca v zheleznyh meteoritah daet obychno ocenki do 4,6 mlrd. let. Vozrast kamennyh meteoritov, opredelyaemyi po radioaktivnomu prevrasheniyu v nih izotopa kaliya ⁴⁰K v izotop argona ⁴⁰Ag, kolebletsya ot 0,5 do 5 mlrd. let. Eto ukazyvaet na to, chto chast' meteoritov voznikla sravnitel'no nedavno.

Analiz porod, dostavlennyh s Luny na Zemlyu, pokazal, chto kolichestvo soderzhashihsya v nih inertnyh gazov - produktov radioaktivnogo raspada - otvechaet vozrastu porod ot 2 do 4,5 mlrd. let. T. o., vozrast lunnyh porod i drevneishih porod zemnoi kory primerno odinakov.

Planety Solnechnoi sistemy, no sovr. predstavleniyam, voznikli iz veshestva v kondensirovannoi faze (pylinok ili meteoritov). Planety, sledovatel'no, molozhe nek-ryh meteoritov. V svyazi s etim vozrast Solnechnoi sistemy ocenivaetsya obychno v 4,6 mlrd. let.

Vozrast otdel'nyh zvezd i Solnca ocenivayut na osnove teorii stroeniya i evolyucii zvezd. Soglasno etoi teorii, zvezdy svetyat za schet gravitacionnoi energii i yadernoi energii, vydelyaemyh sootvetstvenno pri szhatii zvezd i v termoyadernyh reakciyah, protekayushih v ih centr. oblasti (na raznyh stadiyah evolyucii preobladayushuyu rol' igraet to odin, to drugoi iz etih istochnikov energii). Izmenenie tipa termoyadernoi reakcii znamenuet perehod k novoi stadii evolyucii (sm. Evolyuciya zvezd). Dlitel'nost' kazhdoi stadii evolyucii tem men'she, chem bolee massivna zvezda, i s uchetom zavisimosti mezhdu massoi i svetimost'yu dlya zvezd glavnoi posledovatel'nosti (sm. Massa - svetimost' zavisimost') dlitel'nost' priblizhenno vyrazhaetsya sleduyushimi f-lami.

Dlitel'nost' stadii formirovaniya zvezdy (pervonachal'nogo szhatiya ot protozvezdy do zvezdy glavnoi posledovatel'nosti)

(mln. let)     (1)

(massa i svetimost' L zvezdy v dannoi faze evolyucii vyrazhayutsya v dolyah massy i svetimosti Solnca - ). Zvezdy malyh mass, nahodyashiesya na etoi stadii, mogut imet' ves'ma bol'shoi abs. vozrast. Tak. drevneishie karlikovye zvezdy s massoi menee (peremennye tipa UV Kita) ne zavershili eshe etoi stadii. F-la (1) ocenivaet ih maks. vozrast.

Dlitel'nost' stadii goreniya vodoroda (prebyvaniya zvezdy na glavnoi posledovatel'nosti) - samaya prodolzhitel'naya stadiya v zhizni zvezdy, kogda istochnikom energii zvezdy yavl. termoyadernye reakcii vodorodnogo cikla:

(mln. let)     (2)

Summa t_c + t_H daet maks. ocenku vozrasta zvezdy, prebyvayushei na glavnoi posledovatel'nosti.

Dlitel'nost' stadii goreniya geliya (stadii krasnyh gigantov) t_He sostavlyaet primerno 0,1 t_H. Summoi t_c + t_H + t_He ocenivaetsya maks. vozrast krasnogo giganta i sverhgiganta. Posleduyushie stadii evolyucii, svyazannye s "vygoraniem" v zvezdah ugleroda n kremniya, skorotechny i harakterny dlya massivnyh zvezd-sverhgigantov (oni zakanchivayut svoyu evolyuciyu vzryvom, sm. Sverhnovye zvezdy). Pri etom mogut obrazovat'sya neitronnye zvezdy i chernye dyry (sm. Gravitacionnyi kollaps). Zvezdy s massami v processe evolyucii stanovyatsya, uo-vidnmomu, belymi karlikami. Ocenok dlitel'nosti sushestvovaniya zvezd na etih stadiyah net.

T. o., vozmozhno ustanovit' predely vozrasta zvezdy dannoi massy, nahodyasheisya v toi ili inoi stadii evolyucii, no nahoditsya li ona v nachale etoi stadii ili uzhe pochti proshla ee, vyyasnit' znachitel'no slozhnee. Pryamuyu ocenku vozrasta zvezdy mozhno bylo by poluchit', sravniv procentnoe soderzhanie vodoroda i geliya v ee yadre (nahoditsya raschetom vnutr. stroeniya zvezdy) i obolochke (nahoditsya po spektru zvezdy). Pri uslovii neperemeshivannya vnesh. i vnutr. sloev, no izmeneniyu sostava zvezdy v centre, obuslovlennogo termoyadernymi processami, mozhno bylo by opredelit' ee vozrast. K sozhaleniyu, sootnoshenie geliya n vodoroda i zvezdah ocenivaetsya ochen' grubo, i to lish' u zvezd spektr. klassov O i V, v spektrah k-ryh nablyudayutsya sil'nye linii geliya. Dlya Solnca eta ocenka ochen' priblizitel'na - 5 mlrd. let so vremeni nachala stadii goreniya vodoroda. Eto soglasuetsya s ocenkami vozrasta Solnechnoi sistemy, no ne isklyucheno takzhe, chto Solnce starshe ee na 1-2 mlrd. let. Esli vozrast Solnca 5 mlrd. let, to, soglasno formule (2), ono budet nahodit'sya na glavnoi posledovatel'nosti eshe ok. 5 mlrd. let. Proidet li ono zatem stadiyu krasnogo giganta ili zhe srazu budet belym karlikom, poka neyasno, hotya pervoe veroyatnee. V stareishih iz izvestnyh zvezdnyh skoplenii zvezdy s massoi Solnca ili neskol'ko men'shei eshe zanimayut glavnuyu posledovatel'nost', i ih dal'neishaya evolyuciya poka s dostatochnoi polnotoi neizvestna.

Sudya po him. sostavu, Solnce ne yavl. rovesnikom Galaktiki, ono molozhe, hotya i otnositsya k stareishim zvezdam galaktich. diska.

Ris.1 Opredelenie vozrasta zvezdnyh skoplenii po diagramme cvet - svetimost' neskol'kih rasseyannyh zvezdnyh skoplenii i odnogo sharovogo skopleniya MZ, V - V - pokazatel' cveta. Kazhdoi tochke glavnoi posledovatel'nosti sootvetstvuet maksimal'nyi vozrast tc + tH zvezd (na ris.- sprava). Tochka, gde zvezdy skopleniya svorachivayut s glavnoi posledovatel'nosti, ukazyvaet vozrast (tc + tH) zvezd skopleniya.

Vozrast zvezdnyh skoplenii i associacii, v k-ryh zvezdy voznikli pochti odnovremenno, ocenivaetsya namnogo nadezhnee, chem vozrast otdel'nyh zvezd. Naibolee massivnye zvezdy rasseyannyh skoplenii bystro prodvigayutsya v svoei evolyucii, uhodyat s glavnoi posledovatel'nosti i stanovyatsya krasnymi gigantami ili (naibolee massivnye) - sverhgigantami. Na diagramme Gercshprunga - Ressella takogo skopleniya (ris.1) legko otlichit' te zvezdy, k-rye zakanchivayut svoe prebyvanie na glavnoi posledovatel'nosti i gotovyatsya uiti s nee. F-la (2) daet ocenku vozrasta etih zvezd i, sledovatel'no, vsego skopleniya. U samyh molodyh rasseyannyh skoplenii vozrast ocenivaetsya v 1 mln. let, samye starye imeyut vozrast 4,5-8 mlrd. let (pri razlichnyh predpolozheniyah o kolichestve vodoroda, prevrativshegosya v gelii).

Vozrast sharovyh zvezdnyh skoplenii ocenivaetsya analogichnym putem, hotya diagrammy Gercshprunga - Ressella dlya sharovyh skoplenii imeyut svoi otlichiya. Obolochki zvezd v etih skopleniyah soderzhat znachitel'no men'she himicheskih elementov tyazhelee geliya, t. k. skopleniya sostoyat iz drevneishih zvezd Galaktiki (v ih sostav pochti ne voshli tyazhelye elementy, sintezirovannye v dr. zvezdah, vse imeyushiesya tam tyazhelye elementy sintezirovany v nih samih). Ocenki vozrasta sharovyh skoplenii - ot 9 do 15 mlrd. let (s pogreshnost'yu 2-3 mlrd. let).

Vozrast Galaktiki ocenivaetsya v sootvetstvii s teoriei ee evolyucii. Pervichnoe gazovoe oblako (protogalaktika) za pervyi milliard let raspalos', ochevidno, na otdel'nye sgustki, polozhivshie nachalo sharovym skopleniyam i zvezdam sferich. podsistemy Galaktiki. V hode evolyucii vzryvavshiesya zvezdy pervogo pokoleniya vybrasyvali v prostranstvo gaz s primes'yu tyazhelyh him. elementov. Gaz koncentrirovalsya k galaktich. ploskosti, i iz nego obrazovyvalis' zvezdy sleduyushego pokoleniya, sostavlyayushie bolee szhatuyu k ploskosti sistemu (naselenie). Obychno vydelyayut nesk. naselenii, harakterizuyushihsya razlichiem sv-v vhodyashih v nih zvezd, soderzhaniem v ih atmosferah tyazhelyh elementov (t. e. vseh elementov, krome N i Ne), formoi zanimaemogo v Galaktike ob'ema i raznym vozrastom (tabl.).

Sostav i vozrast nekotoryh tipov naseleniya Galaktiki

Vozrast Galaktiki mozhet byt' ocenen takzhe po vremeni, neobhodimomu dlya obrazovaniya nablyudaemogo v nei kolichestva tyazhelyh elementov. Ih sintez prekratilsya, ochevidno, v nashem raione Galaktiki s obrazovaniem Solnechnoi sistemy (t. e. 4,6 mlrd. let nazad). Esli sintez proizoshel vnezapno, za sravnitel'no korotkoe vremya, to dlya obrazovaniya sovr. sootnosheniya izotopov tyazhelyh elementov on dolzhen byl proizoiti za 4-6 mlrd. let do vozniknoveniya Solnechnoi sistemy, t. e. 9 - 11 mlrd. let nazad. Otnosit. kratkovremennost' perioda intensivnogo sinteza podtverzhdaetsya kak analizom otnosit. sostava ukazannyh elementov, tak i astronomich. dannymi - zvezdoobrazovanie v Galaktike bylo osobenno intensivnym v nachal'nyi period. T. o., vozrast Galaktiki, opredelyaemyi po sintezu elementov, sostavlyaet ot 9 do 11 mlrd. let.

Vozrast dostupnoi dlya nablyudenii chasti Vselennoi (Metagalaktiki) ocenivaetsya po zakonu rasshireniya Metagalaktiki. Soglasno Habbla zakonu, galaktiki udalyayutsya drug ot druga so skorost'yu 50-100 km/s na Mpk. Esli eta skorost' malo izmenilas' s nachala rasshireniya, to velichina, obratnaya skorosti, daet ocenku maks. vozrasta Metagalaktiki: ¹/₅₀ km^-1.s^.Mpk 20 mlrd. let, a ¹/₁₀₀ km^-1.s^.Mpk 10 mlrd. let. Odnako obychno predpolagayut, chto rasshirenie Metagalaktiki zamedlyaetsya so vremenem, poetomu vozrast ee dolzhen byt' neskol'ko men'she. Ocenka vozrasta v sil'noi stepeni zavisit ot tochnosti opredeleniya postoyannoi rasshireniya i ot velichiny zamedleniya, t. e. predpolagaemoi modeli mira (sm. Kosmologiya).

Lit.: Struve O., Linds B., Pillans E., Elementarnaya astronomiya, per. s angl., 2 izd., M., 1967; Harlei P. M., Vozrast Zemli, per. s angl., M., 1962; Faul' G., Vozrast porod, planet i zvezd, per. s angl., M., 1968; Sobotovich E. V., Izotopnaya kosmohimiya, M., 1974.

(Yu.P. Pskovskii)