A cognição do mundo circundante é impossível sem compreender a idade das antiguidades históricas e há quanto tempo o próprio mundo - nosso Universo - existe. Os cientistas criaram muitos métodos para determinar a idade dos achados arqueológicos e estabelecer as datas dos eventos históricos. Hoje, a linha do tempo cronológica marca as datas das erupções de antigos vulcões e a hora do nascimento das estrelas que vemos no céu noturno. Hoje vamos falar sobre os principais métodos de namoro.
Achados arqueológicos
Quando se trata da idade dos achados arqueológicos, então, é claro, todos se lembram do método do radiocarbono. Este é talvez o método mais famoso, embora não o único, de datar antiguidades. Conhecido também pelas constantes críticas a que é submetido. Então, qual é esse método, o que e como é usado?
Para começar, é preciso dizer que esse método é usado, com raríssimas exceções, apenas para datar objetos e materiais de origem biológica. Ou seja, a idade de tudo que já esteve vivo. Além disso, estamos falando em datar exatamente o momento da morte de um objeto biológico. Por exemplo, uma pessoa encontrada sob os escombros de uma casa destruída por um terremoto ou uma árvore derrubada para construir um navio. No primeiro caso, isso permite determinar a hora aproximada do terremoto (se não for conhecido de outras fontes), no segundo - a data aproximada de construção do navio. Então, por exemplo, eles dataram uma erupção vulcânica na Ilha de Santorini, um dos principais eventos da história antiga, uma possível causa do apocalipse da Idade do Bronze. Para a análise, os cientistas pegaram um galho de oliveira encontrado durante escavações em solo vulcânico.
Por que o momento da morte de um organismo é importante? Os compostos de carbono são conhecidos por formar a base da vida em nosso planeta. Os organismos vivos o obtêm principalmente da atmosfera. Com a morte, a troca de carbono com a atmosfera cessa. Mas o carbono em nosso planeta, embora ocupe uma célula da tabela periódica, é diferente. Existem três isótopos de carbono na Terra, dois estáveis - 12C e 13C e um radioativo em decomposição - 14C. Enquanto um organismo está vivo, a proporção de isótopos estáveis e radioativos nele é a mesma que na atmosfera. Assim que a troca de carbono para, a quantidade do isótopo instável 14C (radiocarbono) começa a diminuir devido ao decaimento e às mudanças de proporção. Após cerca de 5700 anos, a quantidade de radiocarbono é reduzida à metade, um processo chamado meia-vida.
O radiocarbono nasce na atmosfera superior do nitrogênio, e então se transforma em nitrogênio no processo de decomposição radioativa
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O método de datação por radiocarbono foi desenvolvido por Willard Libby. Inicialmente, ele assumiu que a proporção de isótopos de carbono na atmosfera no tempo e no espaço não muda, e a proporção de isótopos em organismos vivos corresponde à proporção na atmosfera. Se for assim, então, medindo essa proporção na amostra arqueológica disponível, podemos determinar quando ela correspondeu à atmosférica. Ou obtenha a chamada "idade infinita" se não houver radiocarbono na amostra.
O método não permite olhar para o passado. Sua profundidade teórica é de 70.000 anos (13 meias-vidas). Mais ou menos nesse período, o carbono instável se decomporá completamente. Mas o limite prático é de 50.000-60.000 anos. Não é mais possível, a precisão do equipamento não permite. Eles podem medir a idade do "Homem de Gelo", mas não é mais possível olhar para a história do planeta antes do aparecimento do homem e determinar, por exemplo, a idade dos restos mortais de dinossauros. Além disso, o método do radiocarbono é um dos mais criticados. A polêmica em torno do Sudário de Torino e da análise do método para determinar a idade da relíquia é apenas uma das ilustrações da imperfeição desse método. Qual é o argumento sobre a contaminação de amostras com um isótopo de carbono após o término da troca de carbono com a atmosfera. Nem sempre é certo que o objeto levado para análise está completamente livre de carbono,introduzidas depois, por exemplo, de bactérias e microrganismos que se instalaram no assunto.
Vale ressaltar que após o início da aplicação do método, descobriu-se que a proporção de isótopos na atmosfera mudou com o tempo. Portanto, os cientistas precisavam criar uma chamada escala de calibração, na qual mudanças no conteúdo de radiocarbono na atmosfera são observadas ao longo dos anos. Para isso, foram retirados objetos cuja datação é conhecida. A dendrocronologia, ciência baseada no estudo dos anéis das árvores de madeira, veio em auxílio dos cientistas.
No início, mencionamos que são raros os casos em que esse método se aplica a objetos de origem não biológica. Um exemplo típico são os edifícios antigos, em cuja argamassa foi utilizada cal virgem CaO. Quando combinada com água e dióxido de carbono na atmosfera, a cal foi convertida em carbonato de cálcio CaCO3. Nesse caso, as trocas de carbono com a atmosfera cessaram a partir do momento em que a argamassa endureceu. Desta forma, você pode determinar a idade de muitos edifícios antigos.
Restos de dinossauros e plantas antigas
Agora vamos falar sobre dinossauros. Como você sabe, a era dos dinossauros foi um período de tempo relativamente pequeno (é claro, pelos padrões da história geológica da Terra), que durou 186 milhões de anos. A era Mesozóica, como é designada na escala geocronológica do nosso planeta, começou há cerca de 252 milhões de anos e terminou há 66 milhões de anos. Ao mesmo tempo, os cientistas dividiram-no com confiança em três períodos: Triássico, Jurássico e Cretáceo. E para cada um, eles identificaram seus próprios dinossauros. Mas como? Afinal, o método do radiocarbono não é aplicável nesses períodos. Na maioria dos casos, a idade dos restos mortais de dinossauros, outras criaturas antigas, bem como de plantas antigas, é determinada pela época em que as rochas foram encontradas. Se os restos de um dinossauro foram encontrados nas rochas do Triássico Superior, e isso foi há 237-201 milhões de anos, então o dinossauro viveu naquela época. Agora a questão é,como determinar a idade dessas rochas?
Dinossauro permanece em rocha antiga
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Já dissemos que o método do radiocarbono pode ser usado não apenas para determinar a idade de objetos de origem biológica. Mas o isótopo de carbono tem meia-vida muito curta e, para determinar a idade das mesmas rochas geológicas, não é aplicável. Este método, embora seja o mais famoso, é apenas um dos métodos de datação por radioisótopos. Existem outros isótopos na natureza cujas meias-vidas são mais longas e conhecidas. E minerais que podem ser usados para envelhecer, como o zircão.
É um mineral muito útil para determinação da idade usando datação de urânio-chumbo. O ponto de partida para a determinação da idade será o momento da cristalização do zircão, semelhante ao momento da morte de um objeto biológico pelo método do radiocarbono. Os cristais de zircão são geralmente radioativos, pois contêm impurezas de elementos radioativos e, principalmente, isótopos de urânio. A propósito, o método do radiocarbono também poderia ser chamado de método do carbono-nitrogênio, uma vez que o produto do decaimento do isótopo do carbono é o nitrogênio. Mas quais dos átomos de nitrogênio na amostra foram formados como resultado da decomposição, e quais estavam lá inicialmente, os cientistas não podem determinar. Portanto, ao contrário de outros métodos de radioisótopos, é muito importante saber a mudança na concentração de radiocarbono na atmosfera do planeta.
Cristal de zircão
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No caso do método urânio-chumbo, o produto do decaimento é um isótopo, o que é interessante porque ele não poderia estar na amostra antes ou sua concentração inicial era inicialmente conhecida. Os cientistas estimam o tempo de decaimento de dois isótopos de urânio, cujo decaimento termina com a formação de dois isótopos diferentes de chumbo. Ou seja, a proporção da concentração dos isótopos iniciais e produtos filhos é determinada. Métodos de radioisótopos são aplicados por cientistas a rochas ígneas e mostram o tempo que passou desde a solidificação.
Terra e outros corpos celestes
Outros métodos são usados para determinar a idade das rochas geológicas: potássio-argônio, argônio-argônio, chumbo-chumbo. Graças a este último, foi possível determinar o tempo de formação dos planetas do sistema solar e, consequentemente, a idade do nosso planeta, uma vez que se acredita que todos os planetas do sistema se formaram quase simultaneamente. Em 1953, a geoquímica americana Claire Patterson mediu a proporção de isótopos de chumbo em amostras de um meteorito que caiu há cerca de 20-40 mil anos no território hoje ocupado pelo estado do Arizona. O resultado foi um refinamento da estimativa da idade da Terra para 4,550 bilhões de anos. A análise de rochas terrestres também fornece números de ordem semelhante. Portanto, as pedras descobertas nas margens da Baía de Hudson, no Canadá, têm 4,28 bilhões de anos. E localizado também no Canadá gnaisse cinza (rochas,quimicamente semelhantes aos granitos e xistos argilosos), que por muito tempo mantiveram o chumbo em idade, tinha uma estimativa de 3,92 a 4,03 bilhões de anos. Este método se aplica a tudo que podemos "alcançar" no sistema solar. A análise das amostras de rochas lunares trazidas para a Terra mostrou que sua idade é de 4,47 bilhões de anos.
Mas com as estrelas, tudo é completamente diferente. Eles estão longe de nós. Conseguir que um pedaço de uma estrela meça sua idade não é realista. Mas, no entanto, os cientistas sabem (ou têm certeza) que, por exemplo, a estrela mais próxima de nós, Proxima Centauri, é apenas um pouco mais velha que o nosso Sol: tem 4,85 bilhões de anos, o Sol tem 4,57 bilhões de anos. Mas o diamante do céu noturno, Sirius, é um adolescente: tem cerca de 230 milhões de anos. A Estrela do Norte é ainda menos: 70-80 milhões de anos. Relativamente falando, Sirius iluminou-se no céu no início da era dos dinossauros, e a Estrela do Norte já no final. Então, como os cientistas sabem a idade das estrelas?
Não podemos receber nada de estrelas distantes, exceto sua luz. Mas isso já é muito. Na verdade, este é o pedaço da estrela que permite determinar sua composição química. Saber do que uma estrela é feita é necessário para determinar sua idade. Durante sua vida, as estrelas evoluem, passando por todos os estágios, desde proto-estrelas até anãs brancas. Como resultado das reações termonucleares que ocorrem na estrela, a composição dos elementos nela muda constantemente.
Imediatamente após o nascimento, a estrela cai na chamada sequência principal. As estrelas da sequência principal (incluindo nosso Sol) são compostas principalmente de hidrogênio e hélio. No decorrer das reações termonucleares de queima do hidrogênio no núcleo de uma estrela, o conteúdo de hélio aumenta. O estágio de queima de hidrogênio é o período mais longo na vida de uma estrela. Neste estágio, a estrela é cerca de 90% do tempo alocado para ela. A velocidade de passagem pelos estágios depende da massa da estrela: quanto maior, mais rápido a estrela se contrai e mais rápido ela "queima". A estrela permanece na sequência principal enquanto o hidrogênio queimar em seu núcleo. A duração dos estágios restantes, nos quais os elementos mais pesados se queimam, é inferior a 10%. Assim, quanto mais velha uma estrela na sequência principal, mais hélio e menos hidrogênio ela contém.
Há algumas centenas de anos, parecia que nunca seríamos capazes de descobrir a composição das estrelas. Mas a descoberta da análise espectral em meados do século 19 deu aos cientistas uma ferramenta poderosa para estudar objetos distantes. Mas, primeiro, Isaac Newton no início do século 18, com a ajuda de um prisma, decompôs a luz branca em componentes separados de cores diferentes - o espectro solar. 100 anos depois, em 1802, o cientista inglês William Wollaston olhou atentamente para o espectro solar e descobriu estreitas linhas escuras nele. Ele não deu muita importância a eles. Mas logo o físico e óptico alemão Josef Fraunhofer os investiga e os descreve em detalhes. Além disso, ele os explica pela absorção dos raios pelos gases da atmosfera solar. Além do espectro solar, ele estuda o espectro de Vênus e Sirius e encontra linhas semelhantes ali. Eles também são encontrados perto de fontes de luz artificiais. E apenas em 1859, os químicos alemães Gustav Kirchhoff e Robert Bunsen conduziram uma série de experimentos, que resultou na conclusão de que cada elemento químico tem sua própria linha no espectro. E, portanto, de acordo com o espectro dos corpos celestes, podem-se tirar conclusões sobre sua composição.
Espectro da fotosfera solar e linhas de absorção Fraunhofer
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O método foi imediatamente adotado pelos cientistas. E logo um elemento desconhecido foi descoberto na composição do Sol, que não foi encontrado na Terra. Era o hélio (de "helios" - o sol). Pouco depois, foi descoberto na Terra.
Nosso Sol é 73,46% hidrogênio e 24,85% hélio, a proporção de outros elementos é insignificante. Aliás, também há metais entre eles, o que não fala tanto da idade, mas da "hereditariedade" de nossa estrela. O Sol é uma jovem estrela de terceira geração, o que significa que foi formada a partir do que resta das estrelas da primeira e segunda gerações. Ou seja, aquelas estrelas em cujos núcleos esses metais foram sintetizados. No Sol, por razões óbvias, isso ainda não aconteceu. A composição do Sol nos permite dizer que ele tem 4,57 bilhões de anos. Aos 12,2 bilhões de anos, o Sol deixará a sequência principal e se tornará uma gigante vermelha, mas muito antes desse momento, a vida na Terra será impossível.
A principal população de nossa galáxia são estrelas. A idade da Galáxia é determinada pelos objetos mais antigos que foram descobertos. Hoje, as estrelas mais antigas da Galáxia são a gigante vermelha HE 1523-0901 e a Estrela Matusalém, ou HD 140283. Ambas as estrelas estão na direção da constelação de Libra, e sua idade é estimada em cerca de 13,2 bilhões de anos.
A propósito, HE 1523-0901 e HD 140283 não são apenas estrelas muito antigas, são estrelas da segunda geração, que têm um teor de metal insignificante. Ou seja, as estrelas pertencentes à geração que precedeu o nosso Sol e seus "pares".
Outro objeto mais antigo, de acordo com algumas estimativas, é o aglomerado globular de estrelas NGC6397, cujas estrelas têm 13,4 bilhões de anos. Nesse caso, o intervalo entre a formação da primeira geração de estrelas e o nascimento da segunda é estimado pelos pesquisadores em 200-300 milhões de anos. Esses estudos permitem que os cientistas argumentem que nossa galáxia tem 13,2-13,6 bilhões de anos.
Universo
Tal como acontece com a Galáxia, a idade do Universo pode ser presumida determinando a idade de seus objetos mais antigos. Até o momento, a galáxia GN-z11, localizada na direção da constelação da Ursa Maior, é considerada a mais antiga entre os objetos que conhecemos. A luz da galáxia levou 13,4 bilhões de anos, o que significa que foi emitida 400 milhões de anos após o Big Bang. E se a luz percorreu um longo caminho, o Universo não pode ter uma idade menor. Mas como essa data foi determinada?
Para 2016, a galáxia GN-z11 é o objeto conhecido mais distante do Universo.
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O número 11 na designação da galáxia indica que ela tem um desvio para o vermelho de z = 11,1. Quanto mais alto este indicador, quanto mais longe o objeto está de nós, mais tempo a luz se afastou dele e mais velho o objeto. A campeã de idade anterior, a galáxia Egsy8p7, tem um redshift de z = 8,68 (13,1 bilhões de anos-luz de distância de nós). A candidata à antiguidade é a galáxia UDFj-39546284, provavelmente tem z = 11,9, mas isso ainda não foi totalmente confirmado. O universo não pode ter uma idade inferior a esses objetos.
Falamos um pouco antes sobre os espectros das estrelas, que determinam a composição de seus elementos químicos. No espectro de uma estrela ou galáxia, que está se afastando de nós, há uma mudança nas linhas espectrais dos elementos químicos para o lado vermelho (onda longa). Quanto mais longe um objeto estiver de nós, maior será seu desvio para o vermelho. O deslocamento das linhas para o lado violeta (ondas curtas), devido à aproximação de um objeto, é chamado de deslocamento do azul ou violeta. Uma explicação para esse fenômeno é o efeito Doppler onipresente. Eles, por exemplo, explicam o abaixamento do tom da sirene de um carro que passa ou do som do motor de um avião em vôo. O trabalho da maioria das câmeras para corrigir violações é baseado no efeito Doppler.
As linhas espectrais mudaram para o lado vermelho
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Então, sabe-se que o universo está se expandindo. E sabendo a taxa de sua expansão, você pode determinar a idade do universo. A constante que mostra a velocidade com que duas galáxias, separadas por uma distância de 1 Mpc (megaparsec), voam em direções diferentes, é chamada de constante de Hubble. Mas, para determinar a idade do universo, os cientistas precisavam saber sua densidade e composição. Para tanto, foram enviados ao espaço os observatórios espaciais WMAP (NASA) e Planck (Agência Espacial Européia). Os dados do WMAP tornaram possível determinar a idade do universo em 13,75 bilhões de anos. Dados de um satélite europeu lançado oito anos depois permitiram refinar os parâmetros necessários, e a idade do universo foi determinada em 13,81 bilhões de anos.
Observatório Espacial Planck
esa.int
Sergey Sobol
