Определение возраста звёзд. Возраст небесных тел Возраст небесных тел

Данные о "возрасте" небесных тел являются с космогонической точки зрения такими же важными, как и астрономические данные в собственном смысле этого слова.

Проблема о "возрасте" может показаться совершенно отличной от тех, которые мы только что рассматривали, поскольку она относится к времени, а мы до сих пор как будто занимались только пространством. Но в действительности различие не является очень большим. В предыдущих параграфах мы видели, как астрономы смогли постепенно распространить законы, открытые на Земле, на все пространство, куда достигает наш глаз, вооруженный совершенными телескопами. С помощью этих законов ученые могут вполне удовлетворительно объяснять процессы, происходящие в различных звездах и даже в наиболее далеких спиральных туманностях.

Правда, астрономы наблюдают небесные тела, от которых свет идет до нас тысячи и миллионы лет. Следовательно, явления, которые изучаются в этих звездах, происходят не сейчас, но происходили ровно столько лет назад, сколько необходимо для того, чтобы луч света, который нам про это рассказывает, - прошел путь от небесного светила до нас (так же, как письмо, присланное например, из Москвы, приносит нам в Париже не свежие известия, но с опозданием на несколько дней). Таким образом, к явлениям, происходившим тысячи и миллионы лет назад, можно с успехом применять законы, имеющие место сегодня на нашей планете и сведения о которых приобретены на основании опыта в течение только двух-трех веков. *

* (То обстоятельство, что мы наблюдаем небесные тела такими, каковы они были многие тысячи и миллионы лет назад (поскольку свет от них идет до нас тысячи и миллионы лет), не играет особой роли, потому что сроки эволюции небесных тел, как правило, очень велики и исчисляются сотнями миллионов и миллиардами лет. (Прим. ред.) )

Ученые, желая вычислить возраст небесных тел, исходят из фактов, наблюдаемых в настоящее время, и стараются объяснить эти факты на основании предполагаемой эволюции мира, сообразуясь с известными им законами природы. Несомненно, что применение подобного метода не может пройти без некоторых затруднений, тем более, что рассматриваемые промежутки времени здесь в тысячи раз больше. Наши знания о законах природы есть и всегда будут лишь приближением к действительности, и ничто не говорит о том, что все законы, справедливые сегодня, могут быть применены без всяких изменений к эпохам, удаленным от нашей на миллиарды лет. Тем не менее имеет место тот замечательный факт, что различные ученые, используя целиком отличные друг от друга методы, пришли к согласующимся результатам, касающимся возраста Земли. Что касается возраста звезд, то в этом вопросе еще не достигнута такая же ясность, но тем не менее получены очень важные результаты.

Возраст Земли

Первые методы, к которым прибегали при определении возраста Земли, были "геологическими". Именно геология первая показала, что земная кора не имела один и тот же самый вид в течение всех веков, но непрерывно изменялась и претерпевала гигантские катастрофы - поднятия и оседания.

Проблема состояла в том, чтобы определить, сколько времени понадобилось для формирования земной коры (в том виде, в каком она находится сейчас). Это время и называют "возрастом Земли".

Первые способы вычисления возраста Земли опирались на законы геологии. Было, например, замечено, что соль, содержащаяся в морской воде, принесена в море реками, которые растворяют на своем пути грунтовые соли. Зная, с одной стороны, количество соли, приносимой различными реками, и колебания этого количества в течение геологических периодов и, с другой стороны, полное количество соли, содержащейся в настоящий момент в океанах, можно легко получить представление о времени, необходимом для накопления этого количества соли в океанах.

Удалось определить также толщину различных слоев грунта, постепенно отлагавшихся в результате речных наносов па дне бывших морей. В то же время другие исследования позволили вычислить скорость роста этих отложений. Простое деление дало после этого число лет, необходимых для их образования.

Эти различные геологические методы привели к заключению, что возраст Земли должен измеряться по меньшей мере сотнями миллионов лет.

Позднее для определения возраста Земли стали применять методы, основанные на изучении распада радиоактивных элементов, имеющего исключительно регулярный характер. Например, в результате радиоактивного распада уран постепенно превращается в свинец, причем при этом процессе выделяется некоторое количество гелия (газа, служащего для наполнения дирижаблей). По соотношению между количествами урана и свинца, содержащихся в некоторых горных породах, можно определить возраст этих пород. С помощью подобных методов оценивают не только возраст Земли, но и продолжительность формирования отдельных пластов земной коры.

Анализируя совокупность результатов, полученных указанным методом, английский ученый Холмс определил, что наиболее вероятный возраст земной коры составляет 3 миллиарда 300 миллионов лет. Само собой разумеется, что не следует создавать иллюзий относительно точности этого числа; во всяком случае, ошибка в несколько сотен миллионов лет вполне допустима. Можно только утверждать, что все оценки, заслуживающие внимания, которые получены в настоящее время, заключены между 3 и 5 миллиардами лет.

Добавим, что эти результаты полностью удовлетворяют биологов. Действительно, по мнению последних, эволюция живой материи длилась примерно в течение 500 миллионов лет.

Возраст звезд

а) Длинная и короткая шкалы времени. Проблема определения возраста звезд возбудила гораздо более горячие дискуссии. Именно в связи с этой проблемой столкнулись между собой сторонники длинной шкалы времени (которые оценивают продолжительность эволюции небесных тел триллионами лет) и сторонники короткой шкалы (ведущие счет миллиардами лет).

Несмотря на то, что сторонники короткой шкалы одержали некоторый перевес (например, при оценке возраста наиболее ярких звезд Галактики), их победу нельзя считать полной, и поэтому необходимо осветить некоторые детали этого конфликта, упомянув сначала о методах, используемых для оценки искомых промежутков времени. Эти методы двух видов: одни оценивают время внутренних физических изменений, которые приводят к изменениям звезд, и пытаются определить продолжительность "жизни" звезд; другие ставят себе задачу вычислить время, которое понадобилось для установления в звездных системах (скоплениях звезд, двойных звездах) характеристик их нынешнего состояния в результате взаимного притяжения звезд.

б) Источники лучистой энергии звезд. Теория Бете. Когда говорят о "жизни" звезды, то подразумевают продолжительность такого состояния звезды, в течение которого она обнаруживает свое присутствие благодаря световому и тепловому излучению. Следовательно, проблема возможной длительности жизни звезды тесно связана с проблемой источников излучаемой ею энергии. Эта энергия исключительно велика. Например, каждый квадратный сантиметр поверхности Солнца излучает непрерывно энергию, достаточную для того, чтобы заставить работать двигатель мощностью восемь лошадиных сил.

Сначала хотели объяснить выделение энергии Солнца обыкновенным горением, затем постепенным сжатием Солнца под влиянием сил тяготения. Но эти гипотезы приводили к слишком малому возрасту Солнца: в соответствии с первой гипотезой он оценивался в тысячи лет, в соответствии со второй - в миллионы лет.

Теория, принятая в настоящее время всеми учеными, опирается на один из фундаментальных результатов теории относительности, открытый в 1905 г. одновременно Эйнштейном и Ланжевеном: "масса тела в состоянии покоя представляет собой не что иное, как меру внутренней энергии этого тела". Другими словами, вещество (материя в корпускулярном состоянии) может частично или даже полностью "исчезнуть" (т. е. перейти в другую форму существования - в излучение), причем это явление сопровождается выделением энергии.

Эта гипотеза была предложена впервые французским физиком Жаном Перреном в 1919 г., который имел в виду значительное выделение энергии в процессе превращения водорода в гелий. Она была подхвачена и доведена до самых крайних следствий ("полное уничтожение" материи в результате превращения ее в энергию) различными учеными, в частности, английским астрономом Джинсом. *

* (На самом деле происходит не "уничтожение" материи, не превращение ее в энергию, а превращение одной формы материи - вещества - в другую - излучение. (Прим. ред.) )

Энергия, выделяющаяся благодаря таким процессам, колоссальна. При полном превращении вещества угля в излучение можно получить в три миллиарда раз больше энергии, чем при обычном его горении, и Джинс вполне справедливо говорил, что небольшого кусочка каменного угля величиной в горошину достаточно для путешествия на самом большом океанском пароходе из Европы в Америку и обратно.

Заметим для сравнения, что при распаде урана, который имеет место в обычной атомной бомбе и который соответствует лишь частичному превращению вещества в излучение, освобождается в два с половиной миллиона раз больше энергии, чем при сгорании такого же количества угля. Что касается превращения водорода в гелий, который имеет место в водородной бомбе, то при этом освобождается в 10 миллионов раз больше энергии, чем при сгорании такого же количества угля.

Некоторые виды превращения вещества (материи в корпускулярной форме) в излучение, которые до недавнего времени мы никогда не наблюдали на Земле, происходят внутри звезд, где царят температуры порядка миллионов градусов.

В предположении, что в звезде произойдет превращение всего количества вещества, из которого она состоит, можно подсчитать, что выделяющаяся при этом энергия может поддерживать ее излучение, т. е. звезде есть на что "жить", в течение триллионов лет. Например, Солнце при этом предположении может жить еще 10 триллионов лет, и если оно "родилось" в виде красного гиганта обычных размеров, то это "рождение" произошло около восьми триллионов лет назад.

Сторонники длинной шкалы времени, как например, Джинс, поддерживали гипотезу полного распада вещества, которая приводит к промежуткам времени, укладывающимся в их космогонические гипотезы. В то же время сторонники короткой шкалы, считавшие на основании различных соображений, что эти промежутки времени слишком велики, придерживались точки зрения Жана Перрена.

Казалось, что решить этот спорный вопрос будет трудным делом, но незадолго до войны 1939 г. успехи атомной химии, в частности, открытия Фредерика и Ирен Жолио-Кюри, пролили некоторый свет на эту проблему. Создание циклотрона, с помощью которого можно было подвергать вещество действию значительных электрических и магнитных полей, позволило частично реализовать в лабораториях условия, аналогичные тем, которые существуют внутри звезд. Действительно, в этих приборах можно было разгонять заряженные частицы до таких скоростей, что они приобретали энергию, сравнимую с той, которую они (в среднем) имеют, находясь в центре такой звезды, как Солнце при температуре в миллионы градусов.

Благодаря этому исключительно могущественному средству, ученые могли создать теорию превращений вещества внутри звезд; она была разработана американским астрофизиком Бете.

Существенным агентом этих превращений является водород. Окончательным результатом совокупности этих ядерных реакций является превращение четырех ядер водорода в одно ядро гелия. *

* (Атомы различных химических элементов состоят из центрального ядра с положительным электрическим зарядом и определенного числа электронов, заряженных отрицательно, причем суммарный заряд электронов у обычного (электрически нейтрального) атома численно равен заряду ядра. Величина положительного заряда ядра определяет так называемое атомное число химического элемента. Если расположить химические элементы в порядке возрастания их атомных чисел, то мы получим известную классификацию элементов по их атомным весам (периодическая система Менделеева). Добавим также, что ядра атомов сами имеют сложную структуру, различную для разных элементов, что явления внутри атомов подчиняются весьма специфическим законам и что в отличие от мнения, существовавшего еще некоторое время назад, атомы по своему строению совсем не похожи на солнечную систему в миниатюре. )

Что касается продолжительности этих процессов, то превращение водорода в гелий, соответствующее потере только 1 / 14 доли массы (преобразованной в излучение), занимает гораздо меньший промежуток времени, чем то, которые получаются в гипотезах, исходящих из предположения о полном превращении вещества в излучение. Согласно новой точке зрения наблюдаемые нами звезды начали излучать свет лишь несколько миллиардов лет назад.

Некоторые звезды - белые и голубые гиганты, масса которых достигает двадцати масс Солнца, - излучают настолько интенсивно, что не могут существовать в таком состоянии более нескольких десятков миллионов лет, так что они, вероятно, прошли пока не слишком длинный "жизненный путь".

Следовало бы теперь показать, как можно с помощью теории Бете истолковать диаграмму Рессела. Мы возвратимся к этому вопросу несколько позднее, когда будем излагать новейшие космогонические теории. Заметим, однако, уже сейчас, что если ядерные реакции, предложенные Бете, позволяют хорошо объяснить наблюдаемые факты относительно звезд главной последовательности, то в отношении гигантов оказывается необходимым предположить существование иных ядерных превращений, далеко еще не вполне установленных. Что касается белых карликов, то лишь в 1946 г. французский астроном Шацман смог уточнить наше представление о процессах, происходящих внутри этих звезд.

Возраст Галактики

Среди различных методов оценки возраста звезд, входящих в состав нашей Галактики, использовались также статистические методы. В этом случае учитывалось влияние на двойные звезды притяжения соседних звезд, производимое в среднем за очень большие промежутки времени. Можно, например, зная теперешнее расстояние между звездами пары, приближенно оценить промежуток времени, протекший после образования звезд пары, если, конечно, предположить, что обе звезды пары имеют общее происхождение (как это и считается в настоящее время) и если знать достаточно точно средние значения расстояний масс и скоростей соседних звезд. Можно также оценить время, необходимое для того, чтобы некоторые шаровые скопления, имеющие небольшую плотность, рассеялись вследствие притяжения проходящих вблизи звезд.

Эти вычисления достаточно деликатны и здесь легко сделать ошибки. Например, Джинс, изучая некоторые пары звезд, пришел к выводу, что возраст этих пар должен составлять несколько триллионов лет. В этом он находил подтверждение своим взглядам о длинной шкале времени. Однако в действительности, как доказал несколькими годами спустя В. А. Амбарцумян, возраст этих пар не превосходит нескольких миллиардов лет.

Как правило, самые последние вычисления как в отношении двойных звезд, так и в отношении шаровых скоплений, приводят к оценкам, выражающимся миллиардами лет. Но нельзя еще отсюда вполне определенно заключать, что именно таким должен быть фактический возраст нашей Галактики. Этот вывод был бы справедлив лишь в том случае, если бы все пары звезд, все шаровые скопления, которые нам известны, сформировались одновременно с нашей Галактикой. Недавние работы Амбарцумяна, напротив, показали, что происходит непрерывное формирование новых звезд в Млечном пути. Поэтому ничто не мешает предположить, что наряду с двойными звездами и шаровыми скоплениями, которые нам сейчас известны, существовали также другие пары и другие шаровые скопления, полностью в настоящее время рассеявшиеся и превратившиеся в одиночные звезды. Следовательно, можно лишь утверждать, что действительный возраст Млечного пути не меньше нескольких миллиардов лет.

Предварительные соображения об эволюции галактик

Можно ли идти дальше и пытаться оценить время полной эволюции какой-либо галактики так же, как мы определяли продолжительность всей "жизни" звезды? Разумеется, такая проблема является гораздо более сложной. Однако при сравнении различных известных типов галактик можно все же получить некоторые интересные данные (рис.7). Действительно, уже простое сопоставление форм галактик заставляет подозревать, что мы имеем здесь дело с различными этапами эволюции. Правда, сейчас же возникает вопрос, в каком направлении идет эта эволюция: от сферических к спиральным туманностям или наоборот.

Рис. Эволюция спиральной туманности по Хабблу. (Наблюдатель находится в экваториальной плоскости). Более темные участки на фигурах IV и V соответствуют областям, где имеется темная материя

Сначала была принята первая гипотеза, высказанная Хабблом, и соответствующая, грубо говоря, эволюции жидкой быстро вращающейся массы (сплющивание, а затем выброс материи по направлению касательной). Но наблюдения показали, что, с одной стороны, эллиптические туманности имеют размеры того же порядка, как и спиральные туманности, а с другой стороны (работы Бааде 1943 г.), они "перенаселены" звездами, но лишены каких бы то ни было следов рассеянной материи. Поэтому большинство ученых склонно считать, что галактики развиваются в противоположном направлении, т. е. их эволюция начинается с галактики неправильной формы и заканчивается гигантским шаровым скоплением. В этой схеме спиральная форма галактики является лишь промежуточным этапом, довольно близким к началу эволюционного пути и, следовательно, вопреки тому, что думали ранее, наша Галактика должна быть относительно "молодой".

Рис. Вид спиральной туманности с образовавшимися рукавами. (Наблюдатель находится на оси вращения туманности)

Что касается оценок полной продолжительности жизни одной галактики, то они еще весьма ненадежны, но не ниже десятков миллиардов лет. Наконец, распределение галактик в скоплениях указывает, по мнению некоторых астрономов (например, Цвикки), что возраст скоплений галактик составляет десятки триллионов лет.

Таким образом, вопреки преждевременным заключениям некоторых сторонников короткой шкалы, вполне определенно вырисовывается следующая идея: в астрономии нет единственной шкалы времени, а имеется много шкал. * Возраст планет солнечной системы отличается от продолжительности жизни большинства звезд Млечного Пути, а последняя не может, по-видимому, оцениваться такой же величиной, что и возраст больших скоплений галактик.

* (Подобная закономерность наблюдается и в микромире. Продолжительность "жизни" различна у разных видов "элементарных" частиц: у одних (например, у электрона) она практически бесконечна, у других (мю-мезоны) равна всего 10-14 сек. Однако, как показывают новейшие данные, для различных небесных тел разница "времен жизни", по-видимому, значительно меньше. (Прим. ред.) )

В большинстве современных учебников, энциклопедий и справочников возраст Солнца оценивается в 4,5-5 миллиардов лет. Еще столько же ему отводится, чтобы «догореть».

В первой половине XX века развитие ядерной физики достигло такого уровня, что стало возможным рассчитывать эффективность различных термоядерных реакций. Как было установлено в конце 30-х годов, при физических условиях, существующих в центральной области Солнца и звезд, могут происходить реакции, приводящие к объединению четырех протонов (ядер атома водорода) в ядро атома гелия. В результате такого объединения освобождается энергия и, как следовало из расчетов, этим путем обеспечивается свечение Солнца в течение миллиардов лет. У звезд-гигантов, расходующих свое ядерное горючее (протоны) более расточительно, время жизни должно быть гораздо короче, чем у Солнца - всего десятки миллионов лет. Из этого был в те же годы сделан вывод о рождении таких звезд и в наше время. Относительно звезд меньшей массы, подобных Солнцу, многие астрономы продолжали придерживаться мнения, что все они, как и Солнце, образовались миллиарды лет тому назад.

В конце 40-х годов В.А. Амбарцумян использовал совершенно иной подход к проблеме определения возраста звезд. Он основывался на имевшихся в то время обширных наблюдательных данных о распределении звезд различных типов в пространстве, а также на результатах собственных исследований динамики звезд, то есть их движений в гравитационном поле, создаваемом всеми звездами Галактики.
В.А. Амбарцумяном были сделаны на указанной основе два важнейших не только для астрофизики, но и для всего естествознания вывода:

1. Звездообразование в Галактике продолжается и в настоящее время.
2. Рождение звезд происходит группами.

Эти выводы не зависят ни от предположений о механизме образования звезд, который в те годы не был установлен с уверенностью, ни от природы источников звездной энергии. Они базируются на сделанном В.А. Амбарцумяном открытии нового вида звездных скоплений, названных им звездными ассоциациями.

До обнаружения звездных ассоциаций астрономам были известны в Галактике звездные группировки двух типов - открытые (или рассеянные) скопления и шаровые скопления. В открытых скоплениях концентрация звезд не очень значительна, но все же они выделяются на фоне звездного поля Галактики. Скопление другого типа - шаровое - отличается высокой степенью концентрации звезд и при недостаточно хорошем разрешении представляется единым телом. Такое скопление состоит из сотен тысяч звезд, создающих достаточно сильное гравитационное поле, которое удерживает его от быстрого распада. Оно может существовать долгое время - порядка 10 миллиардов лет. В открытом скоплении насчитывается несколько сотен звезд и, хотя оно представляет собой гравитационо связанную систему, эта связь не очень прочная. Скопление может распасться, как показали сделанные В.А. Амбарцумяном расчеты, за несколько сотен миллионов лет.

Ученые из НАСА с беспрецедентной точностью определили возраст нашей Вселенной. По оценка астрономов, он составляет 13,7 миллиардов лет, а первые звезды засветили через 200 миллионов лет после Большого Взрыва. С этого момента Вселенная непрерывно расширяется, распыляется и охлаждается… вплоть до полного небытия.

Раньше астрофизики считали, что нашему миру от 8 до 20 миллиардов лет, потом остановились на диапазоне 12-15 миллиардов, оставляя за собой право на 30%-ную ошибку. Нынешняя оценка имеет погрешность в 1 %. Что же до «периода беременности» у первой звезды, то его раньше предполагали лежащим в границах от 500 миллионов до миллиарда лет.
Еще более интересен качественный состав вещества Вселенной. Оказывается, только 4% материи составляют атомы, на которые распространяются известные законы электромагнетизма и гравитации. Еще 23 процента состоят из так называемого «темного вещества» (ученые мало что знают о его свойствах). Ну а целых 73% всего сущего - совсем уж загадочная «темная энергия» или «антигравитация», побуждающая Вселенную расширяться. Получается, что мы знаем, что ничего не знаем на 96 %.
Сутки были первой естественной единицей меры времени, регулировавшие труд и отдых. Сначала сутки делили на день и ночь, и только много позже на 24 часа.

Звездные сутки определяются периодом вращения Земли вокруг своей оси относительно любой звезды.
Истинный полдень наступает на разных меридианах Земли в разное время, и для удобства принято соглашение о делении земного шара на часовые пояса, которые проходят через 15 градусов по долготе, начиная с меридиана Гринвича. Это – Лондонский меридиан 0 градусов долготы, и пояс назван нулевым (западноевропейским).

Секунда – общепринятая единица времени, примерно с периодом 1 с бьется сердце человека. Исторически эта единица связана с делением суток на 24 ч., 1 ч – на 60 мин, 1 мин – на 60 с.

Атомная секунда – интервал времени, в течение которого совершается почти 10 млрд колебаний атома Сs - (9 192 631 830).

Календарем называется система отчета длительных промежутков времени, в которой установлен определенный порядок счета дней в году и указано начало отчета.

Определение возраста по спектру

На первый взгляд может показаться, что для определения состава Солнца или звезды необходимо добыть хотя бы немного их вещества. Однако это не так. Состав того или иного небесного тела можно определить, наблюдая с помощью специальных приборов приходящий к нам от него свет. Этот метод называется спектральным анализом и имеет большое значение в астрономии.
Суть этого метода можно уяснить следующим образом. Поставим перед электрической лампой непрозрачную преграду с узкой щелью, за щелью - стеклянную призму, а несколько поодаль - белый экран. В электрической лампе светится накаленная твердая металлическая нить. Вырезанный щелью узкий пучок белого света, пройдя сквозь призму, разлагается на составные цвета и дает на экране красивое цветное изображение, состоящее из участков различного цвета, непрерывно переходящих друг в друга, - это так называемый непрерывный световой спектр, похожий на радугу. Вид спектра накаленного твердого тела зависит не от его состава, а только от температуры тела.
Иное положение имеет место при свечении веществ в газообразном состоянии. При свечении газов каждый из них светится особым, только ему одному свойственным светом. При разложении этого света с помощью призмы получается набор цветных линий, или линейчатый спектр, характерный для каждого данного газа (рис. 1). Таково, например, свечение неона, аргона и других веществ в газоразрядных трубках, или так называемых лампах холодного света.

Спектр заезды. Фото: NASA

Спектральный анализ основан на том, что каждое данное вещество можно отличить от всех остальных по спектру его излучения. При спектральном анализе смеси нескольких веществ по относительной яркости отдельных свойственных каждому веществу линий можно определить относительное содержание той или иной примеси. При этом точность измерений такова, что позволяет определить наличие малой примеси, даже если она составляет всего одну стотысячную долю от общего количества вещества. Таким образом, спектральный анализ является не только качественным, но и точным количественным методом исследования состава смеси.
Направляя на небо телескопы, астрономы исследуют характер движения звезд и состав излучаемого ими света. По характеру движения небесных тел определяют размеры звезд, их массу и т. д. По составу света, излучаемого небесными телами, с помощью спектрального анализа определяется химический состав звезд. Относительное содержание водорода и гелия в исследуемой звезде определяется путем сравнения яркости спектров этих веществ.

Поскольку развитие звезды сопровождается непрерывным превращением внутри нее водорода в гелий, то чем старше звезда, тем меньше в ее составе водорода и больше гелия. Знание их относительного содержания позволяет вычислить возраст звезды. Однако этот расчет совсем не прост, потому что в процессе эволюции звезд их состав изменяется, а масса уменьшается. Между тем скорость, с которой в звезде идет превращение водорода в гелий, зависит от ее массы и состава. Более того, в зависимости от начальной массы и начального состава эти изменения протекают с разной скоростью и несколько различными путями. Таким образом, для того чтобы правильно определить возраст звезды по наблюдаемым величинам - светимости, массе и составу, нужно в некоторой мере восстановить историю звезды. Именно это делает все расчеты довольно сложными, а их результат не очень точным.

Тем не менее для многих звезд соответствующие измерения и расчеты были произведены. По данным А. Б. Северного в Солнце содержится водорода 38 %, гелия 59 %, остальных элементов 3 %, в том числе углерода и азота около 1 %. В 1960 г. Д. Ламбер на основании данных о массе, светимости и составе Солнца, а также детальных расчетов предполагаемой его эволюции получил значение возраста Солнца, равное 12*109 лет.
При изучении истории развития небесных тел нет ни необходимости, ни возможности следить за какой-нибудь одной звездой от ее рождения до ее старости. Вместо этого можно изучить много звезд, находящихся на различных этапах своего развития. В результате таких исследований удалось выяснить не только настоящее, но также прошлое и будущее звезд и, в частности, нашего Солнца.
Вначале Солнце очень расточительно тратило массу и энергию и сравнительно быстро перешло к своему современному состоянию, характеризующемуся более спокойным и ровным существованием, при котором происходят лишь крайне медленные изменения его светимости, температуры и массы. В этом уже «зрелом» возрасте Солнце просуществует еще много миллиардов лет.

Затем вследствие накопления большого количества гелия прозрачность Солнца уменьшится и соответственно уменьшится его теплоотдача. Это приведет к еще большему разогреванию Солнца. К этому времени запасы водородного «горючего» в Солнце почти иссякнут, поэтому после сравнительно непродолжительного разгорания Солнца начнется относительно быстрое его угасание. Впрочем, все это случится с нашим Солнцем не скоро, не меньше чем через десяток миллиардов лет.

Встречаются такие звезды, в которых содержание водорода много больше, чем в нашем Солнце, а также и такие, в которых водорода очень мало. В. А. Амбарцумян, Б. А. Воронцов-Вельяминов и Б. В. Кукаркин показали, что в Галактике имеются молодые звезды, например ряд сверхгигантов, возраст которых не превышает всего одного или десяти миллионов лет, а также и старые звезды, возраст которых много больше возраста нашего Солнца.

Наша Галактика представляет собой гигантское скопление звезд, связанных между собой силами притяжения и таким образом объединенных в общую систему. Расстояния, отделяющие нас от Солнца и других звезд, огромны. Поэтому для их измерения астрономы ввели специфические единицы длины. Расстояние от Земли до Солнца получило название: астрономическая единица длины. Как известно, 1 а. е. = 149,6 млн. км. Расстояние, которое свет проходит за один год, называется световым годом: 1 св. год = 9,46х10 12 км = 10 13 км. Расстояние, на котором радиус земной орбиты виден под углом в 1 секунду названо секундным параллаксом или сокращенно - парсек (пк). Таким образом, 1 пк=3,26 св. года = 3,085х10 13 км.

Наша Галактика имеет форму очень плоского диска. В ней содержится около 1013 звезд. Солнце - одна из них. Вся эта система медленно вращается, однако не как твердое тело, а скорее как тело полужидкое, вязкое. Угловая скорость вращения Галактики убывает от ее центра к периферии так, что в 8 килопарсеках от центра период обращения составляет около 212 миллионов лет, а в районе Солнца, т. е. на расстоянии 10 килопарсеков от центра, - 275 млн. лет. Именно этот период обычно называют галактическим годом.
Очевидно, что возраст Галактики следует определять по самым старым из входящих в нее звезд. В 1961 г. Г. Арп исследовал ряд наиболее старых звезд. Для старейшего рассеянного скопления NGC 188 он получил значение возраста, равное 16х10 9 лет, а у одного из старейших шаровых скоплений М5 возраст оказался равным 20х10 9 лет. По оценкам Ф. Хойла и др. возраст некоторых близких к Солнцу звезд: 8 Эридана и u Геркулеса А, составляет (10-15)х10 9 лет.

В настоящее время возраст Галактики удалось определить и другими методами, и при этом получились несколько иные результаты. Рассмотрение этих методов и сравнение полученных с их помощью результатов представляет большой интерес и приведено далее.

Урок 33

Тема: Происхождение Солнечной системы

Цель: Возраст Земли и других тел Солнечной системы. Радиоизотопный метод определения. Основные закономерности в Солнечной системе. Теории образования Солнечной системы (Канта, Лапласа, Шмидта и другие).

Задачи :
1. Обучающая : ввести понятия: радиоизотопного метода, возраста объектов Солнечной системы.

2. Воспитывающая : распространить идею развития (эволюции) от конкретные небесные тела (планеты) к Солнечной системе и всей Вселенной.

3. Развивающая : Формирование умений анализировать информацию, объяснять свойства систем и отдельных тел на основе важнейших физических теорий, использовать обобщенный план для изучения последовательности эволюции и делать выводы.
Знать:

– радиоизотопный метод определения возраста, возраст Солнечной системы (Солнца, Земли и Луны), некоторые закономерности в Солнечной системе, современную теорию образования Солнечной системы.
Уметь:

– вычислять возраст используя радиоизотопный метод.

Ход урока:

1. Новый материал

Раздел астрономии , занимающийся изучением происхождения и эволюции небесных тел, - звезд (в том числе Солнца), планет (в том числе Земли) и других тел планетной системы, называется космогонией.
1. Возраст тел Солнечной системы
Определение возраста основано на использовании радиоизотопного метода - исследования содержания радиоактивных элементов (изотопов химических элементов) в породах. Метод предложен в 1902г Пьером Кюри и разработан совместно с Эрнестом Резерфорд ().
Радиоактивный распад зависит от внешних факторов (Т, р, химических взаимодействий) и количество распавшихся атомов определяется формулой N=No.2-t/T , где Т - период полураспада. Так например U235 имеет период полураспада 710 млн. лет, а U,5 млрд. лет. Возраст оценивают по соотношению Pb206/U238, так как свинец конечный не радиоактивный продукт распада.
Метод абсолютного геохронологию для последних 60тыс лет - радиоуглеродный метод, основанный на излучении радиоактивного 14С, открытого при исследовании процесса фотосинтеза в 1941г в Беркли М. Камен и С. Рубен с периодом полураспада 5568 лет разработан Уилард Фрэнк Либби (1946г, США). На Земле для 94 химических элементов имеется 350 изотопов.
Возраст Солнца 4,9 млрд. лет, то есть оно относится к звездам второго поколения, возникшие из газо-пылевых комплексов.
Солнечная система считается имеет возраст порядка более 4,6 млрд. лет.
Последние исследования в конце 2005 года показали что возраст Луны составляет 4 млрд 527 млн лет. По оценкам ученых, ошибка измерения может составить максимум 20-30 млн лет.
Возраст самых древних пород на Земле (коры) составляет 3960 млн. лет.
Вулканические и осадочные породы комплекса Пилбара, что к западу от Большой песчаной пустыни в Австралии - одни из самых старых пород на 3емле, показывающая что жизнь на планете Земля появилась 3,416 миллиардов лет назад.

2. Закономерности в Солнечной системе
Космологическая гипотеза образования Солнечной системы должна объяснить закономерности, наблюдаемые в ней. Вот некоторые из них:
1 . Орбиты всех планет лежат практически в одной плоскости, которая называется плоскостью Лапласа .
2 . Эксцентриситеты орбит планет очень малы.
3 . Среднее расстояние планет от Солнца подчиняется определенной закономерности, которая называется правилом Тициуса-Боде .
4 . Планеты движутся вокруг Солнца в направлении его вращения, как и большинство их спутников.
5 . Астероиды (Главный пояс) расположены на таком расстоянии от Солнца, где, согласно правилу Тициуса-Боде, должна быть планета.
6 . Все планеты Солнечной системы, кроме планет ближайших к Солнцу, Меркурия и Венеры, имеют естественные спутники.
7 . Наблюдается положительная корреляция угловой скорости вращения планет с их массой: чем больше масса, тем больше и скорость вращения. Исключения - снова Меркурий и Венера.
8. В параметрах движений планет и их спутников выдерживаются соизмеримости, указывающие на явления резонанса.
9. Большинство планет (исключая Венеру и Уран) вращаются в направлении обращения вокруг Солнца.
10. На долю планет приходится 98% количества движения в Солнечной системе при всего 0,1 массы Солнца.
11. По своим физическим характеристикам планеты резко делятся на земную группу и гиганты.
12. Равенство угловых размеров Солнца и Луны при наблюдениях с Земли, привычное с детства и обеспечивающее нам возможность наблюдать полные (не кольцеобразные) солнечные затмения.
13. Равенство отношений диаметра Солнца к диаметру Земли и расстояния от Солнца до Земли к диаметру Солнца с точностью до 1%: 1390000: 12751 = 109 и: 1390000 = 108
14. Равенство периода обращения Луны вокруг Земли периоду ее вращения вокруг оси (сидерический лунный месяц, 27.32 сут.) и кэррингтоновскому периоду вращения Солнца (27.28 сут.). Шугрин и Обут указывают, что 600-650 млн. лет назад синодический лунный месяц был равен 27 современным суткам, т. е. был точный резонанс с Солнцем.
15. "Солнечный квадрат". Интересное свойство периодичности солнечной активности, датированная 1943 годом. Приводится среднее значение продолжительности цикла солнечной активности за 17 циклов (128 лет), среднее значение для послемаксов (период максимум-минимум солнечного цикла) Р=6.52 лет, а также среднее значение для передмаксов (период минимум-максимум солнечного цикла) N=4.61 года. При этом наблюдается следующая закономерность: (6.52)2/(4.61)2=42.51/21.25=2 или P/N=√2.
И другие закономерности. Создавая гипотезу образования Солнечной системы, необходимо все закономерности учесть и объяснить.

3. Гипотезы образования Солнечной системы

Гипотезы об образовании нашей Солнечной системы можно разбить на две группы: катастрофические и эволюционные . Космогонические гипотезы
Первые гипотезы появились задолго до того, как стали известны многие важные закономерности Солнечной системы. Отбрасывая теории создания Солнечной системы как одновременный акт божественного творения, остановимся на наиболее значимых теориях в которых происхождение небесных тел объясняется результатом естественного процесса и содержали правильные идеи.
1 . Гипотеза Канта - первая универсальная естественно-философская концепция, разработанная в гг. В его гипотезе небесные тела произошли из гигантского холодного пылевого облака под действием тяготения. В центре облака образовалось Солнце, а на периферии - планеты. Таким образом, изначально высказывалась мысль, что Солнце и планеты возникли одновременно .
2 . Гипотеза Лапласа - в 1796г выдвинул гипотезу о происхождении Солнечной системы из единой раскаленной вращающейся газовой туманности, не зная теории И. Канта . Планеты зарождались на границе туманности путем конденсации охлажденных паров в плоскости экватора и от охлаждения туманности постепенно сжималась, вращаясь все быстрее и когда центробежная сила становится равной силе тяготения, образуются многочисленные кольца, которые, уплотняясь, делясь на новые кольца, создали сперва газовые планеты, а центральный сгусток превратился в Солнце. Газовые планеты, остывали и сжимались, образуют вокруг кольца из которых затем возникли спутнике планет (кольцо Сатурна считал верностью своих рассуждений). В теории одновременно происходит формирование всех тел Солнечной системы: Солнца, планет, спутников. Приводит 5 фактов (явно недостаточно)- особенностей Солнечной системы, исходя из закона тяготения. Это первая, разработанная в математической форме, теория и существовала почти 150 лет, вплоть до теории .
Гипотеза Канта-Лапласа не могла объяснить, почему в солнечной системе более 98% момента количества движения принадлежит планетам. Подробно эту проблему изучил английский астрофизик Хойл . Он указал на возможность передачи момента количества движения от "протосолнца" к окружающей среде с помощью магнитного поля.
3. Одной из самых распространенных катастрофических гипотез была гипотеза Джинса . Согласно этой гипотезе вблизи Солнца прошла звезда, которая своим притяжением вырвала с поверхности Солнца струю газа, из которой образовались планеты. Главный недостаток этой гипотезы состоит в том, что вероятность того, что звезда окажется на близком расстоянии от Солнца очень мала. Кроме того, в сороковых-пятидесятых годах, когда обсуждалась эта гипотеза, считалось не требующим доказательства существование множественности миров, а, следовательно, вероятность образования планетной системы не должна быть малой. Советский астроном Николай Николаевич Парийский своими расчетами убедительно показал ничтожно малую вероятность образования планетной системы, а следовательно и жизни на других планетах, что противоречило господствующим в те времена взглядам философов. Представление об исключительности солнечной планетной системы приводила, якобы, к идеалистической концепции антропоцентризма, с чем ученый-материалист не может согласиться.
4. Еще одна современная катастрофическая гипотеза. В начальный момент существовали Солнце, протопланетная туманность и звезда, которая в момент прохождения около Солнца взорвалась и превратилась в сверхновую. В формировании планет из этого протопланетного облака сыграли определяющую роль ударные волны. Сильную поддержку эта гипотеза получила, как пишет в книге "Парад планет", в результате анализа химического состава большого метеорита Альенде. В нем оказалось аномально много кальция, бария и неодима.
5. Еще интереснее катострофическая гипотеза российского астрофизика профессора Санкт-Петербургского университета Кирилла Павловича Бутусова, предсказавшего начале 70-х наличие планет за Нептуном. Американцы, наблюдая кометы с долгими периодами обращения вокруг Солнца, пришли к выводу о наличии на большом расстоянии от нашего светила некоего массивного тела, «коричневого карлика» и назвали его Люцифер. Эту предполагаемую вторую звезду Солнечной системы Бутусов назвал Раджа-Солнцем с массой около 2% солнечной. Сведения о ней хранят тибетские легенды. Ламы считают ее металлической планетой, тем самым подчеркивая ее огромную массу при небольших сравнительно размерах. Она движется по очень вытянутой орбите и появляется в наших краях раз в 36 тысяч лет. Бутусов предполагает, что Царь-Солнце когда-то опережало в своем развитии Солнце и было главной звездой двойной системы. Потом, следуя естественным процессам, прошло фазу красного гиганта, взорвалось и превратилось в конце концов в белого, а затем коричневого карлика. Планетная система включала в себя Юпитер, Нептун, Землю и Меркурий. Возможно, на них имелась жизнь, опережавшая современную на пару сотен миллионов лет (иначе как объяснить наличие следов человека рядом со следами динозавров?). Остальные планеты принадлежали Солнцу. Сильно потеряв в массе, Раджа-Солнце передало свою «свиту» нынешнему Солнцу. Во время всех этих космических пертурбаций Земля перехватила Луну у Марса. Многие легенды гласят, что раньше у нашей планеты спутника не было. Возможно, возле Раджи-Солнца до сих пор сохранились несколько планет с несоизмеримо более высокой цивилизацией, чем наша. И они оттуда инспектируют Землю. Но против Раджи-Солнца говорит тот факт, что Бутусов ожидал его появления к 2000 году, но оно так и не появилось.
5 . Общепризнанная нынешняя теория - теория Шмидта .
Космологические модели

1. Глоба, в которой возникает протозвезда (в частности наше Солнце), сжимается, увеличивая скорость вращения. В ходе более быстрого сжатия протозвезды, она образует диск из вещества, окружающего будущую звезду. Часть в первую очередь близлежащего вещества диска падает на образующуюся звезду под действием силы тяготения. Газ и пыль, оставшаяся в диске и обладающая избыточным моментом вращения, постепенно охлаждается. Вокруг протозвезды формируется газопылевой протопланетный диск.
2. Охлажденное вещество в диске становясь более плоским, уплотняясь, начинает собираться в небольшие сгустки – планетезимали, образуя рой миллиардов сгустков размером около километра, которые при своем движении сталкивались, разрушаясь и объединяясь. Наиболее крупные сохранились - образуя планетные ядра, а с их ростом увеличивающаяся сила тяготения способствовала поглощению близко расположенных планетезималей и притяжению окружающего газа и пыли. Таким образом через 50 млн. лет образовались гигантские газовые планеты. В центральной части диска происходило дальнейшее развитие протозвезды - сжимается и разогреваться.
3. Через 100 млн. лет протозвезда превращается в звезду. Возникшее излучение нагревает облако до 400К, образуется зона испарения и начинается выталкивание водорода и гелия на более удаленное расстояние, оставляя вблизи более тяжелые элементы и имеющиеся крупные планетезимали (будущие планеты земной группы). В процессе гравитационной дифференциации вещества (разделения на тяжелые и легкие) образуется ядро планеты и ее мантия.
4. В наружной, более удаленной от Солнца части Солнечной системы на 5 а. е. образуется зона намерзания с температурой примерно 50К и здесь образовались большие планетные ядра, которые оказались способными удержать некоторое количество газа в виде первичного облака. В нем в дальнейшем сформировалось большое число спутников, а из остатков кольца.
5. Луна и спутники Марса (как и некоторые спутники планет гигантов) бывшие планетезимали (позже астероиды) удержанные (захваченные) силами гравитации планет.
Вот еще одна из теорий образования Солнечной системы :
На первых порах Солнце двигалось по орбите вокруг центра галактики в полном одиночестве.
Материальные тела с признаками планет, входящими в настоящее время в состав нашей солнечной системы также существовали сами по себе, без какой-либо связи друг с другом, хотя и располагались в относительной близости от Солнца и перемещались в одном с ним направлении. Каждый из этих объектов, находившийся на определённой стадии развития, был окружён глубоким разряжением, уровень которого напрямую зависел от размеров небесного тела. Наибольшей массой обладало Солнце, что, естественно, обуславливало существование вокруг него самого сильного разряжения. Поэтому именно туда были устремлены и самые мощные потоки гравитационного вещества, которые, повстречав на своем пути планеты, начинали медленно сдвигать их к Солнцу.
Первым в зону действия околосолнечной гравитации попал Меркурий. С приближением к светилу он начинал испытывать с солнечной стороны нехватку гравитационных масс, необходимых для собственной эволюции, что вынуждало его уклоняться в сторону от прямолинейного направления и огибать Солнце стороной. Миновав последнее, Меркурий удалялся от него, но под напором встречных потоков материи вынужден был поворачивать обратно, вновь и вновь повторяя возвратно-вращательные движения вокруг центра образующейся системы тел по своей эллиптической орбите, добавляя при этом к околосолнечной пустоте собственное разряжение. Это выражается в существовании пустоты не только вокруг самой планеты, но и в её образовании на всём протяжении орбиты, по которой движется Меркурий.
Так начала создаваться наша Солнечная система.
Второй в окружении Солнца появилась Венера, которая практически в точности повторила судьбу Меркурия, заняв следующую за ним орбиту. Своё отличающееся от других планет вращение вокруг собственной оси Венера приобрела в процессе своего формирования, и оно никак не связано с образованием Солнечной системы.
Земля и другие материальные объекты, обладающие спутниками, были вовлечены в орбитальное движение вокруг Солнца, уже имея собственную систему тел.
Существующий за Марсом пояс астероидов, расположенный на орбите, ранее, несомненно, принадлежал небольшой, практически не вращающейся вокруг оси, планете Фаэтон, разрушившейся около 65 млн. лет назад. Аналогичную природу имеют и кольца вокруг некоторых планет. Основная масса взорвавшихся космических объектов собралась и равномерно распределилась по всему орбитальному разряжению, образовавшемуся при их вращении до катастрофы.
Непрекращающееся движение гравитационных масс к центру Солнечной системы по-прежнему не только изменяет качественное состояние последней, но и перемещает к ней свободные материальные объекты, которым предстоит в отдалённом будущем стать спутниками Солнца.
Так сформировалась наша Солнечная система, но процесс её пополнения новыми небесными телами не завершился, он будет продолжаться ещё многие миллионы лет.
Но каков же возраст Солнечной системы? Учёные установили, что около трёхсот миллионов лет Земля была ледяным шаром. В связи с этим, можно предположить, что в этот период температура Солнца была относительно невысокой и его энергии было недостаточно, чтобы обеспечить на нашей планете тепловой режим, сопоставимый с нынешним. Но подобное предположение совершенно неприемлемо, так как даже Марс, находящийся на значительно большем расстоянии от Солнца, чем Земля, и получающий гораздо меньше тепловой энергии , до столь низкой температуры так и не остыл.
Более правдоподобным выглядит объяснение феномена глобального обледенения Земли тем, что она тогда находилась очень далеко от Солнца, т. е. за пределами пространства современной Солнечной системы. Из этого вытекает важный вывод: триста миллионов лет назад Солнечной системы, как таковой не существовало, Солнце двигалось по просторам Вселенной в одиночестве, в лучшем случае, в окружении Меркурия и Венеры.
Таким образом, можно доказательно утверждать - приблизительный возраст Солнечной системы значительно меньше трёхсот миллионов лет!

Одна из современных теорий образования Земли

4. Планеты у других звезд (экзопланеты) в Википедии
Мысли о существовании других миров высказывались еще древнегреческими философами: Ливкипп, Демокрит, Эпикур. Также мысль о существовании у звезд других планет высказал в 1584г Джордано Бруно (1548-17.02.1600, Италия). По состоянию на 24.04.2007 года открыто 219 внесолнечных планет в 189 планетных системах, 21 многочисленная планетная система. Первая экзопланета открыта в 1995 году у звезды 51 Pegasi, находящейся в 14,7 пк от нас астрономами Женевской обсерватории Мишель МАЙОР (M. Mayor) и Дидье КВЕЛОЦ (D. Queloz).
Профессор астрономии Калифорнийского университета в Беркли Джеффри Марси (Geoffrey Marcy) и астроном Пол Батлер (Paul Butler) из Университета Карнеги объявили 13 июня 2002г об открытии планеты класса Юпитера, которая обращается вокруг своей звезды на расстоянии приблизительно равном тому, на котором наш Юпитер облетает Солнце. Звезда 55 Cancri удалена от Земли на расстоянии 41 светового года и относится к типу солнцеподобных звезд. Открытая планета удалена от звезды на. 5,5 астрономических единицы (Юпитер на 5,2 астрономические единицы). Период ее обращения составляет 13 лет (для Юпитера - 11,86 лет). Масса - от 3,5 до 5 масс Юпитера. Так впервые за 15 лет наблюдений международной команде "охотников за планетами у других звезд" удалось обнаружить планетарную систему, напоминающую нашу. Сейчас известно таких систем семь.
С помощью орбитального телескопа Hubble студент Университета Пенсильвании Джон Дебес (John Debes), работавший над проектом по поиску звезд в других системах, в начале мая 2004 г впервые в истории сфотографировал планету в другой системе, расположенную на расстоянии примерно 100 световых лет от Земли, подтвердив наблюдение в начале 2004 году телескопом VLT (Чили) и впервые полученную фотографию спутника у звезды 2M 1207 (красный карлик). Его массу оценивают в 5 масс Юпитера, а радиус орбиты в 55 а. е.

Дома:

Закономерность в распределении расстояний планет от Солнца выражается эмпирической зависимостью а. е. , которое называют правилом Тициуса-Боде. Ее не объясняет ни одна из существующих космогонических гипотез, но интересно, что в таблице ее иллюстрирующую явно не вписывается Плутон. Возможно это тоже одна из причин решения МАС (какие положены в определение планеты? ) об исключении Плутона из числа больших планет? [В определение планеты включены три положения: 1) обращается вокруг Солнца, 2) достаточна велика (больше 800 км) и массивна (выше 5x1020 кг), чтобы принять шарообразную форму, 3) рядом с ее орбитой нет тел сравнимых размеров. Эта причина также подходит, так как в поясе Койпера есть тела по своим размерам превосходящие Плутон.]

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)