Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Физика arrow Концепции современного естествознания

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОЗРАСТА ВСЕЛЕННОЙ ПО ИЗОТОПНОМУ ОТНОШЕНИЮ

Перейдем теперь к вопросу определения возраста Вселенной. Один из способов определения возраста Вселенной (т. е. возраста Метагалактики) основан на времени изменения так называемого изотопного отношения некоторых тяжелых элементов (тяжелыми называются элементы тяжелее свинца, например уран, торий и др.). В настоящее время ни на Земле, ни на Солнце нет условий для образования тяжелых элементов, однако эти вещества на Земле есть, и со временем их количество убывает в результате радиоактивного распада. Возникают естественные вопросы: когда и где эти вещества образовались и как они попали в земную кору? Легкие элементы образуются в недрах звезд при температуре в десятки миллионов градусов и плотности порядка 104 г/см; тяжелые — при температуре в несколько миллиардов градусов и плотности, доходящей до 10п г/см. Столь высокие температура и плотность создаются в недрах сверхновых звезд при их катастрофическом сжатии и последующем взрыве.

Образование тяжелых элементов в сверхновых звездах происходит следующим образом. Как известно, ядра атомов состоят из протонов и нейтронов и являются устойчивыми лишь при определенном соотношении между числом тех и других. Ядра легких элементов устойчивы тогда, когда число нейтронов равно числу протонов, а ядра тяжелых элементов — при некотором избытке нейтронов. В сверхновых звездах происходит процесс захватывания нейтронов ядрами атомов, и в результате наблюдается Р-распад, при котором нейтрон внутри ядра превращается в протон с испусканием электрона и антинейтрино (см. тему 10, вопр. 4). Таким образом, при Р-распаде атомный номер изотопа увеличивается и его ядро может захватить еще несколько нейтронов. Так, путем последовательного захвата нейтронов создаются различные изотопы вплоть до самых тяжелых: урана, тория и трансурановых элементов.

Во время вспышки сверхновой происходит образование тяжелых элементов и их выброс в окружающее пространство. Так как в Галактике вспышки сверхновых звезд происходят приблизительно 1 раз в 100 лет, Солнце и Солнечная система при своем формировании неоднократно получали «порции» тяжелых элементов. Ответ на вопрос — когда это происходило — может быть дан на основе подсчета, например, изотопного отношения изотопов урана и235238.

В естественной смеси урана на Земле современное отношение изотопов и235238 составляет 0,0073. В то же время из общих соображений следует, что ко времени завершения

1

их образования они имелись примерно в равных количествах. Почему же наблюдаемое отношение этих изотопов не равно единице? Дело в том, что оба они являются радиоактивными, однако имеют разную скорость распада. Период полураспада И235 составляет 713 млн лет(т. е. каждые 713 млн лет его количество уменьшается наполовину), а за это же время количество и238 уменьшается лишь на 10%. Зная современное отношение изотопов и235/и238 и отношение скоростей их распада, нетрудно сосчитать, сколько лет тому назад это отношение было равно единице. Расчет показывает, что это произошло приблизительно 6 млрд лет назад. Но истинный возраст этих изотопов должен быть больше, поскольку они (как и другие тяжелые элементы) образовывались в процессе эволюции звезд в течение миллиардов лет. Вычисления, учитывающие это обстоятельство, сложнее и зависят от принятой модели, однако, используя несколько пар изотопов различных элементов, можно прийти к одному и тому же результату: их возраст составляет около 12 млрд лет при надежно установленном нижнем пределе в 9 млрд лет. Поскольку все эти элементы образовались в различных звездах нашей Галактики, указанное значение представляет собой средний возраст Галактики, а следовательно, дает оценку и возрасту Вселенной: он превышает 12 млрд лет при наиболее вероятном значении 13-18 млрд лет.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 

Популярные страницы