Pengiktirafan dunia sekitar tidak mustahil tanpa memahami zaman kuno sejarah dan berapa lama dunia itu sendiri - Alam Semesta kita - telah wujud. Para saintis telah mencipta banyak kaedah untuk menentukan usia penemuan arkeologi dan menetapkan tarikh peristiwa bersejarah. Hari ini, garis masa kronologi menandakan tarikh letusan gunung berapi kuno dan masa kelahiran bintang-bintang yang kita lihat di langit malam. Hari ini kami akan memberitahu anda mengenai kaedah temu janji utama.
Penemuan arkeologi
Apabila sampai pada zaman penemuan arkeologi, tentu saja, semua orang mengingati kaedah radiokarbon. Ini mungkin kaedah yang paling terkenal, walaupun bukan satu-satunya, kaedah temu janji kuno. Terkenal juga dengan kritikan berterusan yang dia alami. Jadi apa kaedah ini, apa dan bagaimana ia digunakan?
Sebagai permulaan, mesti dikatakan bahawa kaedah ini digunakan, dengan pengecualian yang sangat jarang berlaku, hanya untuk objek temu janji dan bahan asal biologi. Maksudnya, usia segala sesuatu yang pernah hidup. Lebih-lebih lagi, kita bercakap mengenai dating tepat pada masa kematian objek biologi. Contohnya, seseorang yang dijumpai di bawah runtuhan rumah yang musnah akibat gempa bumi, atau sebatang pokok ditebang untuk membina kapal. Dalam kes pertama, ini membolehkan anda menentukan jangka masa gempa (jika tidak diketahui dari sumber lain), pada yang kedua - tarikh anggaran pembinaan kapal. Jadi, sebagai contoh, mereka bertarikh letusan gunung berapi di Pulau Santorini, salah satu peristiwa penting dalam sejarah kuno, kemungkinan penyebab kiamat Zaman Gangsa. Untuk analisisnya, para saintis mengambil cabang pokok zaitun yang ditemui semasa penggalian tanah gunung berapi.
Mengapa momen kematian organisma penting? Sebatian karbon diketahui membentuk asas kehidupan di planet kita. Organisma hidup memperolehnya terutamanya dari atmosfera. Dengan kematian, pertukaran karbon dengan atmosfera berhenti. Tetapi karbon di planet kita, walaupun menduduki satu sel jadual berkala, berbeza. Terdapat tiga isotop karbon di Bumi, dua yang stabil - 12C dan 13C dan satu radioaktif, reput - 14C. Selagi organisma masih hidup, nisbah isotop stabil dan radioaktif di dalamnya sama seperti di atmosfera. Sebaik sahaja pertukaran karbon berhenti, jumlah isotop tidak stabil 14C (radiokarbon) mula berkurang kerana kerosakan dan nisbahnya berubah. Setelah kira-kira 5700 tahun, jumlah radiokarbon menjadi separuh, suatu proses yang disebut separuh hayat.
Radiokarbon dilahirkan di atmosfera atas dari nitrogen, dan kemudian berubah menjadi nitrogen dalam proses peluruhan radioaktif
Video promosi:
wikimedia.org
Kaedah temu janji radiokarbon dikembangkan oleh Willard Libby. Pada mulanya, dia menganggap bahawa nisbah isotop karbon di atmosfer dalam waktu dan ruang tidak berubah, dan nisbah isotop dalam organisma hidup sesuai dengan nisbah di atmosfera. Sekiranya demikian, maka dengan mengukur nisbah ini dalam sampel arkeologi yang ada, kita dapat menentukan kapan ia sesuai dengan atmosfera. Atau dapatkan apa yang disebut "usia tak terhingga" jika tidak ada radiokarbon dalam sampel.
Kaedah ini tidak membenarkan melihat jauh ke masa lalu. Kedalaman teorinya adalah 70,000 tahun (13 separuh hayat). Pada masa ini, karbon yang tidak stabil akan reput sepenuhnya. Tetapi had praktikal adalah 50,000-60,000 tahun. Tidak mungkin lagi, ketepatan peralatan tidak memungkinkan. Mereka dapat mengukur usia "Manusia Es", tetapi tidak mungkin lagi untuk melihat sejarah planet ini sebelum kemunculan manusia dan menentukan, misalnya, usia peninggalan dinosaurus. Di samping itu, kaedah radiokarbon adalah salah satu yang paling dikritik. Kontroversi seputar Kafan Turin dan analisis kaedah untuk menentukan usia peninggalan itu hanyalah salah satu gambaran ketidaksempurnaan kaedah ini. Apakah hujah mengenai pencemaran sampel dengan isotop karbon setelah penamatan pertukaran karbon dengan atmosfera. Tidak selalu pasti bahawa objek yang diambil untuk dianalisis sepenuhnya bebas karbon,diperkenalkan setelah, sebagai contoh, bakteria dan mikroorganisma yang telah menetap pada subjek.
Perlu diperhatikan bahawa setelah awal penerapan metode ini, ternyata nisbah isotop di atmosfer berubah dari masa ke masa. Oleh itu, para saintis perlu membuat skala penentukuran yang disebut, di mana perubahan kandungan radiokarbon di atmosfer diperhatikan selama bertahun-tahun. Untuk ini, benda-benda diambil, tarikhnya diketahui. Dendrokronologi, sains berdasarkan kajian cincin pohon kayu, membantu para saintis.
Pada awalnya, kami menyebutkan bahawa terdapat kes-kes yang jarang berlaku apabila kaedah ini berlaku untuk objek yang berasal dari bukan biologi. Contoh tipikal ialah bangunan kuno, di mortar CaO yang digunakan. Apabila digabungkan dengan air dan karbon dioksida di atmosfer, kapur diubah menjadi kalsium karbonat CaCO3. Dalam kes ini, pertukaran karbon dengan atmosfera berhenti sejak mortar mengeras. Dengan cara ini, anda dapat menentukan usia banyak bangunan kuno.
Sisa dinosaur dan tumbuhan kuno
Sekarang mari kita bincangkan mengenai dinosaur. Seperti yang anda ketahui, era dinosaur adalah masa yang agak kecil (tentu saja, berdasarkan piawaian sejarah geologi Bumi), yang berlangsung selama 186 juta tahun. Zaman Mesozoikum, seperti yang ditentukan pada skala geokronologi planet kita, bermula sekitar 252 juta tahun yang lalu dan berakhir pada 66 juta tahun yang lalu. Pada masa yang sama, para saintis dengan yakin membahagikannya kepada tiga tempoh: Triassic, Jurassic dan Cretaceous. Dan bagi setiap mereka telah mengenal pasti dinosaur mereka sendiri. Tetapi bagaimana? Bagaimanapun, kaedah radiokarbon tidak boleh digunakan untuk jangka masa tersebut. Dalam kebanyakan kes, usia peninggalan dinosaur, makhluk purba lain, dan juga tumbuhan kuno ditentukan oleh masa batu ditemukan. Sekiranya peninggalan dinosaurus ditemui di batuan Trias Atas, dan ini adalah 237-201 juta tahun yang lalu, maka dinosaur itu hidup pada masa itu. Sekarang persoalannya,bagaimana untuk menentukan usia batu-batu ini?
Dinosaur kekal di batu kuno
terrain.org
Kami telah mengatakan bahawa kaedah radiokarbon dapat digunakan bukan hanya untuk menentukan usia objek asal biologi. Tetapi isotop karbon mempunyai jangka hayat yang terlalu pendek, dan dalam menentukan usia batuan geologi yang sama, ia tidak berlaku. Kaedah ini, walaupun yang paling terkenal, hanyalah salah satu kaedah temu janji radioisotop. Terdapat isotop lain di alam yang separuh hayatnya lebih lama dan diketahui. Dan mineral yang boleh digunakan untuk usia, seperti zirkon.
Ia adalah mineral yang sangat berguna untuk penentuan usia menggunakan temu janji plumbum uranium. Titik permulaan untuk menentukan usia adalah saat penghabluran zirkon, serupa dengan saat kematian objek biologi dengan kaedah radiokarbon. Kristal zirkon biasanya radioaktif, kerana mengandungi kekotoran unsur radioaktif dan, terutama sekali, isotop uranium. By the way, metode radiokarbon juga bisa disebut metode karbon-nitrogen, kerana produk peluruhan isotop karbon adalah nitrogen. Tetapi atom nitrogen yang mana dalam sampel terbentuk sebagai akibat dari pembusukan, dan yang pada awalnya ada, para saintis tidak dapat menentukan. Oleh itu, tidak seperti kaedah radioisotop lain, sangat penting untuk mengetahui perubahan kepekatan radiokarbon di atmosfer planet.
Kristal zirkon
wikimedia.org
Bagi kaedah uranium-plumbum, produk pembusukan adalah isotop, yang menarik kerana tidak mungkin ada di sampel sebelumnya atau kepekatan awalnya awalnya diketahui. Para saintis menganggarkan masa pembusukan dua isotop uranium, peluruhannya berakhir dengan pembentukan dua isotop timbal yang berbeza. Iaitu, nisbah kepekatan isotop awal dan produk anak perempuan ditentukan. Kaedah radioisotop diterapkan oleh saintis ke batuan beku dan menunjukkan masa yang telah berlalu sejak pemejalan.
Bumi dan benda langit yang lain
Kaedah lain digunakan untuk menentukan usia batuan geologi: kalium-argon, argon-argon, plumbum-plumbum. Terima kasih kepada yang terakhir, adalah mungkin untuk menentukan masa pembentukan planet-planet sistem suria dan, oleh itu, usia planet kita, kerana dipercayai bahawa semua planet dalam sistem terbentuk hampir serentak. Pada tahun 1953, ahli geokimia Amerika Claire Patterson mengukur nisbah isotop plumbum dalam sampel meteorit yang jatuh sekitar 20-40 ribu tahun di wilayah yang sekarang diduduki oleh negara Arizona. Hasilnya adalah penyempurnaan perkiraan usia Bumi hingga 4.550 bilion tahun. Analisis batuan daratan juga memberikan angka susunan serupa. Jadi, batu yang ditemui di pesisir Teluk Hudson di Kanada berusia 4.28 bilion tahun. Dan terletak juga di Kanada gneisses kelabu (batuan,secara kimia mirip dengan granit dan serpih tanah liat), yang telah lama memimpin usia, mempunyai anggaran 3.92 hingga 4.03 bilion tahun. Kaedah ini dapat digunakan untuk semua yang dapat kita "capai" dalam sistem suria. Analisis sampel batu bulan yang dibawa ke Bumi menunjukkan bahawa umur mereka adalah 4,47 bilion tahun.
Tetapi dengan bintang-bintang, semuanya berbeza sama sekali. Mereka jauh dari kita. Mendapat sepotong bintang untuk mengukur usianya tidak realistik. Tetapi, bagaimanapun, para saintis tahu (atau pasti) bahawa, sebagai contoh, bintang terdekat kita, Proxima Centauri, hanya sedikit lebih tua daripada Matahari kita: berusia 4,85 miliar tahun, Matahari berusia 4,57 miliar tahun. Tetapi berlian langit malam, Sirius, adalah seorang remaja: dia berusia sekitar 230 juta tahun. Bintang Utara lebih kurang: 70-80 juta tahun. Secara relatif, Sirius menerangi langit di awal era dinosaur, dan Bintang Utara sudah berada di penghujungnya. Oleh itu, bagaimana para saintis mengetahui usia bintang?
Kami tidak dapat menerima apa-apa dari bintang yang jauh kecuali cahaya mereka. Tetapi ini sudah banyak. Sebenarnya, ini adalah bahagian bintang yang membolehkan anda menentukan komposisi kimianya. Mengetahui bintang dibuat adalah mustahak untuk menentukan usianya. Sepanjang hayat mereka, bintang berkembang, melalui semua peringkat dari protostar hingga kerdil putih. Akibat tindak balas termonuklear yang berlaku di bintang, komposisi unsur-unsur di dalamnya sentiasa berubah.
Sejurus selepas kelahiran, bintang jatuh ke dalam urutan utama yang disebut. Bintang urutan utama (termasuk Matahari kita) terdiri terutamanya daripada hidrogen dan helium. Semasa tindak balas termonuklear pembakaran hidrogen di inti bintang, kandungan helium meningkat. Tahap pembakaran hidrogen adalah tempoh terpanjang dalam hidup bintang. Pada peringkat ini, bintang adalah sekitar 90% masa yang diperuntukkan kepadanya. Kelajuan melewati tahap bergantung pada jisim bintang: semakin besar bintang, semakin cepat bintang berkontrak dan semakin cepat ia "terbakar". Bintang kekal pada urutan utama selagi hidrogen terbakar dalam intinya. Tempoh baki tahap, di mana unsur-unsur yang lebih berat habis, kurang dari 10%. Oleh itu, semakin tua bintang pada urutan utama, semakin banyak helium dan kurang hidrogen yang dikandungnya.
Beberapa ratus tahun yang lalu, nampaknya kita tidak akan dapat mengetahui komposisi bintang. Tetapi penemuan analisis spektral pada pertengahan abad ke-19 memberi para saintis alat yang ampuh untuk mengkaji objek yang jauh. Tetapi pertama, Isaac Newton pada awal abad ke-18 dengan bantuan prisma cahaya putih yang terurai menjadi komponen yang berbeza dengan warna yang berbeza - spektrum solar. 100 tahun kemudian, pada tahun 1802, saintis Inggeris William Wollaston melihat spektrum suria dengan teliti dan menemui garis gelap yang sempit di dalamnya. Dia tidak mementingkan mereka. Tetapi tidak lama kemudian ahli fizik dan optik Jerman Josef Fraunhofer menyiasatnya dan menerangkannya secara terperinci. Di samping itu, dia menerangkannya dengan penyerapan sinar oleh gas atmosfera Matahari. Sebagai tambahan kepada spektrum suria, dia mengkaji spektrum Venus dan Sirius dan menemui garis serupa di sana. Mereka juga dijumpai berhampiran sumber cahaya buatan. Dan hanya pada tahun 1859, ahli kimia Jerman Gustav Kirchhoff dan Robert Bunsen melakukan serangkaian eksperimen, yang menghasilkan kesimpulan bahawa setiap elemen kimia mempunyai garis tersendiri dalam spektrum. Oleh itu, menurut spektrum cakerawala, kesimpulan dapat dibuat mengenai komposisi mereka.
Spektrum cahaya matahari dan garis penyerapan Fraunhofer
wikimedia.org
Kaedah itu segera diguna pakai oleh para saintis. Tidak lama kemudian, unsur yang tidak diketahui ditemui dalam komposisi Matahari, yang tidak dijumpai di Bumi. Itu helium (dari "helios" - matahari). Tidak lama kemudian ia ditemui di Bumi.
Matahari kita adalah 73.46% hidrogen dan helium 24.85%, bahagian unsur-unsur lain tidak signifikan. Ngomong-ngomong, ada logam di antara mereka, yang tidak banyak bercakap mengenai usia, melainkan mengenai "keturunan" bintang kita. Matahari adalah bintang generasi ketiga yang muda, yang bermaksud bahawa ia terbentuk dari sisa bintang generasi pertama dan kedua. Iaitu, bintang-bintang di inti logam ini disintesis. Di Matahari, dengan alasan yang jelas, ini belum berlaku. Komposisi Matahari memungkinkan kita untuk mengatakan bahawa ia berusia 4.57 bilion tahun. Menjelang usia 12.2 bilion tahun, Matahari akan meninggalkan urutan utama dan menjadi gergasi merah, tetapi jauh sebelum saat ini, kehidupan di Bumi akan menjadi mustahil.
Populasi utama Galaxy kami adalah bintang. Umur Galaxy ditentukan oleh objek tertua yang telah ditemui. Hari ini bintang tertua di Galaxy adalah gergasi merah HE 1523-0901 dan Methuselah Star, atau HD 140283. Kedua-dua bintang berada di arah buruj Libra, dan usia mereka dianggarkan sekitar 13.2 bilion tahun.
By the way, HE 1523-0901 dan HD 140283 bukan hanya bintang yang sangat tua, tetapi bintang generasi kedua, yang mempunyai kandungan logam yang tidak signifikan dalam komposisi mereka. Iaitu, bintang-bintang kepunyaan generasi yang mendahului Matahari kita dan "sejenisnya".
Objek tertua lain, menurut beberapa anggaran, adalah gugus bintang globular NGC6397, yang bintangnya berusia 13.4 bilion tahun. Dalam kes ini, selang antara pembentukan bintang generasi pertama dan kelahiran kedua dianggarkan oleh penyelidik pada 200-300 juta tahun. Kajian ini membolehkan para saintis berpendapat bahawa Galaxy kita berusia 13.2-13.6 bilion tahun.
Alam semesta
Seperti Galaxy, usia Alam Semesta dapat diasumsikan dengan menentukan berapa umur objek tertuanya. Sehingga kini, galaksi GN-z11, yang terletak di arah buruj Ursa Major, dianggap tertua di antara objek yang diketahui oleh kita. Cahaya dari galaksi memakan masa 13,4 miliar tahun, yang berarti dipancarkan 400 juta tahun setelah Big Bang. Dan jika cahaya telah datang jauh, maka Alam Semesta tidak dapat memiliki usia yang lebih kecil. Tetapi bagaimana tarikh ini ditentukan?
Untuk 2016, galaksi GN-z11 adalah objek paling terkenal di Alam Semesta.
wikimedia.org
Nombor 11 dalam sebutan galaksi menunjukkan bahawa ia mempunyai pergeseran merah z = 11.1. Semakin tinggi penunjuk ini, semakin jauh objek dari kita, semakin lama cahaya itu hilang dan semakin tua objek tersebut. Juara usia sebelumnya, galaksi Egsy8p7, mempunyai pergeseran merah z = 8.68 (13.1 bilion tahun cahaya jauh dari kita). Pesaing untuk kekananan adalah galaksi UDFj-39546284, mungkin mempunyai z = 11.9, tetapi ini belum dapat disahkan sepenuhnya. Alam semesta tidak boleh mempunyai usia yang lebih kecil daripada objek-objek ini.
Sebentar tadi kita bercakap mengenai spektrum bintang, yang menentukan komposisi unsur kimianya. Dalam spektrum bintang atau galaksi, yang menjauh dari kita, terdapat pergeseran garis spektrum unsur kimia ke sisi merah (gelombang panjang). Semakin jauh objek dari kita, semakin besar pergeseran merahnya. Pergeseran garis ke sisi violet (gelombang pendek), kerana pendekatan objek, disebut pergeseran biru atau ungu. Satu penjelasan untuk fenomena ini adalah kesan Doppler di mana-mana. Mereka, misalnya, menjelaskan penurunan nada siren kereta yang lewat atau bunyi enjin pesawat terbang. Kerja kebanyakan kamera untuk memperbaiki pelanggaran berdasarkan pada kesan Doppler.
Garisan spektrum telah beralih ke sisi merah
wikimedia.org
Oleh itu, diketahui bahawa alam semesta berkembang. Dan mengetahui kadar pengembangannya, anda dapat menentukan usia alam semesta. Pemalar yang menunjukkan seberapa pantas dua galaksi, dipisahkan dengan jarak 1 Mpc (megaparsec), terbang ke arah yang berbeza, disebut pemalar Hubble. Tetapi untuk menentukan usia alam semesta, para saintis perlu mengetahui kepadatan dan komposisinya. Untuk tujuan ini, observatorium ruang angkasa WMAP (NASA) dan Planck (European Space Agency) dihantar ke angkasa lepas. Data WMAP memungkinkan untuk menentukan usia alam semesta pada 13.75 bilion tahun. Data dari satelit Eropah yang dilancarkan lapan tahun kemudian memungkinkan untuk menyempurnakan parameter yang diperlukan, dan usia alam semesta ditentukan pada 13.81 bilion tahun.
Planck Pemerhati Angkasa
esa.int
Sergey Sobol
