Возраст Вселенной и как определили возраст Вселенной

Первые гипотезы

В античные времена, люди воспринимали космос, как что-то вечное и незыблемое. Только в 150 году до н.э., было определено, что Вселенной почти 2 млрд лет. Уже в 17 веке, ученый Дж. Лайтфут изучил информацию, изложенную в Библии, и заявил, что начало мироздания выпадает на 3929 год до н.э.

Основоположники современной науки Исаак Ньютон и Иоганн Кеплер, изучив данные о космическом пространстве, сделали вывод что ее появление приходиться на 3993-3988 года до н.э.

Определение срока существования Земли

Активно выяснять возраст Вселенной люди начали во второй половине XVIII века. Француз Жорж-Луи Лекрерк оценил период, требуемый для уменьшения температуры планеты со времени её образования до сегодняшнего параметра (до 168 тысяч лет). Его выводы базировались на физических конструкциях, в которых Земля позиционировалась, как раскалённая шарообразная субстанция.

Ирландский инженер Дж. Пери в 1895 г. провёл собственные расчёты, получил цифру 3 млрд лет, годом позже А. Беккерель вывел определение радиоактивности, ещё через 9 лет учёный из Британии Э. Резерфорд разработал способ оценки давности земных пород, используя систему изотопного распада. Суть идеи состояла в том, чтобы выяснить, какой сегмент изотопа успел распасться, применяя значимые периоды полураспада, в результате вычисляя возраст исследуемого образца. Базовые способы радиоизотопного датирования создал радиохимик из США Б. Боллтвуд. Метод позволил выяснить в 20-х годах прошлого столетия, что многие минеральные объекты существуют не менее 2-х млрд. лет.

Способы определения возраста

Возраст Вселенной по современным оценкам равен 13,8 млрд лет. Существует два надежных способа определения временных рамок появления мироздания. Первый метод основан на изучении свечения белых карликов. Объемные и горячие небесные тела — это конечная фаза жизни всех звезд, которые полностью сожгли свое термоядерное вещество. Белый карлик состоит из углерода и водорода, в составе его тонкой атмосферы наблюдается наличие гелия. Центральный участок звезд нагрет до нескольких миллионов Кельвинов. Его остывание происходит очень медленно, так как он светит за счет накопленной энергии. Изучив скопления белых карликов, астрономы пришли к выводу, что им 12-13 млрд лет.

Еще один способ определения возраста Вселенной — по ее расширению. Для этого, ученые собирают такие данные:

1. Изменение яркости и расстояния между объектами.
2. Состав космического пространства. Большую часть составляет темная энергия и материя. В том случае, если бы преобладала простая материя, то возраст мироздания составил не более 10 млрд лет.
3. Тенденция расширения космического пространства.

Собрав всю информацию, ученые экстраполируют ее обратно во времени и в результате получают ту самую цифру в 13,8 млрд лет.

Сканирование космического пространства телескопом «Planck»

Телескоп был запущен в активную работу еще в мае 2009 года для определения максимально точно возможного возраста нашей Вселенной. Функционал телескопа «Planck» был нацелен на длительный сеанс сканирования космического пространства, с целью составить наиболее объективную картину излучения всех возможных звездных объектов, полученных в результате так называемого Большого взрыва.

Телескоп Planck

Длительный процесс сканирования проводился в два этапа. В 2010 году были получены предварительные результаты исследований, а уже в 2013 году подвели окончательный итог исследования космического пространства, который дал ряд весьма любопытных результатов.

Итог исследовательской работы ЕКА

Ученые ЕКА опубликовали интересные материалы, в которых, на основе собранных «оком» телескопа «Planck» данных, удалось уточнить постоянную Хаббла. Оказывается, скорость расширения Вселенной равняется 67,15 километрам в секунду на один парсек. Чтобы было понятнее, один парсек – это космическое расстояние, которое можно преодолеть за 3,2616 наших световых лет. Для большей наглядности и восприятия, можно представить две галактики, которые отталкиваются друг от друга со скоростью около 67 км/с. Цифры по космическим масштабам мизерные, но, тем не менее, это установленный факт.

Благодаря данным, собранным телескопом «Planck», удалось уточнить возраст Вселенной – это 13,798 миллиардов лет.

Изображение полученное на основе данных телескопа Planck

Данная исследовательская работа ЕКА привела к уточнению содержания во Вселенной массовой доли не только «обычной» физической материи, которая равняется 4,9 %, но и темной материи, равной теперь 26,8 %.

Попутно телескоп «Planck» выявил и подтвердил существование в далеком космическом пространстве так называемого холодного пятна, обладающего супер низкой температурой, которому пока нет внятных научных объяснений.

Другие способы оценки возраста Вселенной

Кроме космологических методов, узнать сколько Вселенной лет можно, например, по возрасту химических элементов. В этом поможет явление радиоактивного распада.

Ещё одним из способов является оценка возраста звезд. Оценив яркость старейших звезд — белых карликов, группа ученых в 1996 году получила результат: возраст Вселенной не может быть меньше 11,5 миллиардов лет. Это подтверждает данные о возрасте Вселенной, полученные на основе уточненной постоянной Хаббла.

Белые карлики

На финальной стадии жизни большинство звёзд остывают длительное время. Вычислив основные параметры светила, можно рассчитать его первоначальную температуру, интенсивность остывания. На базе этой информации несложно вычислить возраст белого карлика. Известный телескоп «Хаббл» способствовал совершению множества открытий, включая обнаружение самых холодных звёзд в мире.
Они существовали не менее 11-12 млрд лет. Прибавив к этим параметрам, время на образование светил, получили минимальный возраст Вселенной. Предельный показатель связан с отсутствием менее разогретых светил. Если бы мироздание было старше, учёным удалось бы обнаружить соответствующие объекты.

Старые звёздные образования

В этом направлении отмечают несколько важных моментов:

1. В Млечном Пути насчитывается свыше 160 шарообразных звёздных скоплений, количество светил в которых составляет сотни тысяч штук.
2. Подобные звезды сопряжены гравитацией, скорее всего, получены из одного газового облака.
3. Большая часть таких образований сформировалась в одинаковый временной период.
4. В зависимости от габаритов и особенностей строения, у каждой звезды сложился собственный эволюционный путь (некоторые так и остались на этапе белого карлика).
5. Выяснив длительность жизни каждого элемента в скоплении, можно с максимальной точностью выяснить возраст Вселенной.

Телескопическая система «Хаббл» помогла астрономам провести анализ 41 шарообразного объекта Млечного Пути. Это позволило выяснить, что все образования Галактики старше 10 млрд лет, самые древние – более 12,7 млрд. С учётом формирования светил, нижний рубеж Вселенной находится в пределах 13 млрд лет.

Измерения по Хабблу

Вопросом мироздания активно занимался учёный из США Э. Хаббл, в честь которого и назвали космический телескоп. Астроном вывел формулу v = HxD, где:

• v – скоростное расширение;
• D – дистанция от Вселенной до исследователя;
• H – постоянная Хаббла, обратно пропорциональная временным показателям.

Об актуальности последнего параметра, определяющего зависимость между дистанцией до точки и скоростью её удаления, высказал предположение бельгийский астроном Ж. Леметр. Его идея основана на том, что мир создавался из одного условного атома, расширяясь со временем (теория Большого Взрыва).

В 1929 году Хаббл точнее рассчитал указанную величину, это даёт право утверждать, что возраст Вселенной напрямую зависит от упомянутой постоянной. Используя модель Галактики, учёные сделали вывод, что для расчётов необходимо параметр, обратно пропорциональный величине Хаббла, умноженный на 2/3. При этом искомый показатель составит порядка 1,2 млрд лет, который приближен к значению, выведенному индуистами в 150-м году до н.э. Только к концу прошлого столетия получили астрономические расчёты, свидетельствующие о возрасте не менее 13 млрд лет.

Было установлено, что причины ошибочной оценки в ложном представлении о расширении Галактики. Две команды учёных-астрономов смогли в 1999 году доказать, что последние 6 миллиардов лет космическое пространство расширяется ускорено, без замедления (как считалось ранее). Современные расчёты позволили вывести возраст Вселенной 13,8 млрд (с погрешностью до 0,037 лет).

Реликтовое излучение

Летом 2001 года NASA запустила космический аппарат WNAP, ориентированный на изучение микроволнового излучения. По результатам исследований была составлена обновлённая карта распределения реликтовых импульсов, разрешение которой в 35 раз больше, чем у предыдущего аналога. После анализа схемы, кроме насыщенной центральной полосы Млечного Пути, становится заметным распределение микроволн за его границами. Видимые неоднородные тела формируют пятнистую, неравномерную конфигурацию. Тщательное исследование указанной структуры позволяет точно определить период, необходимый для её создания. Показатель составляет 13,7 млрд лет (плюс/минус 0,2 млрд.). Выводы дают возможность точно выяснить возраст Галактики, что способствует пониманию мироздания в целом.

Большой Взрыв

Для выяснения возрастных параметров Вселенной необходимо понимать – она расширяется и остывает, с учётом факта, что в прошлом Галактика была плотнее, горячее. В древнейшие времена Вселенная имела меньший объём, а длины фотоновых частиц – были короче. До нынешнего значения последние элементы растянулись за счёт расширения пространства. Энергию и температуру фотона определяет его длина. Чем дальше возвращаться по времени, тем выше будут показатели, пока не достигнут стадии Большого Взрыва.

В соответствии с законами теории относительности, Вселенная типа нашей, обладает:

• однородной плотностью, независимо от масштабов;
• идентичными свойствами во всех местах;
• одинаковыми характеристиками в любых направлениях;
• возникновением большого Взрыва одновременно в каждой точке.

Имеется уникальное взаимодействие между возрастом Галактики и её расширением в период эволюции. Если была бы возможность измерить последний показатель, с учётом величины, на которую Вселенная расширилась до настоящего времени, человечество точно бы знало, из каких компонентов формировалось мироздание.

Исследование шарообразных скоплений из звёзд

Стоит обратиться и к этому методу, рассказывая о том, сколько лет Вселенной, по мнению ученых. Данные скопления находятся в периферийной зоне Млечного Пути. И вращаются они около его ядра. А определение даты их формирования помогает выяснить нижнюю границу возраста нашей Вселенной.

Способ технически сложный. Однако в его сути заложена простейшая идея. Ведь все скопления появляются из одного облака. Так что возникают они, можно сказать, в одно время. А в течение определенного времени выжигают водород в некоторых количествах. Чем всё заканчивается? Появлением белого карлика или образованием нейтронной звезды.

Несколько лет тому назад исследования данного рода провели астронавты, использовавшие камеру ACS космического телескопа, известного как «Хаббл». Так по расчетам ученых, сколько лет Вселенной? Астронавты выяснили ответ, и он соответствует официальным данным. Возраст скоплений, которые они исследовали, составил в среднем 12,8 миллиарда лет. Самому «старшему» оказалось 13,4 млрд.

Точный возраст Вселенной

Несмотря на то, что использование космологической модели позволило нам узнать время, с момента Большого взрыва, ученые не перестают уточнять и корректировать полученные данные.

В мае 2009 года был запущен телескоп “Planck”. Аппарат был разработан для длительной работы в космическом пространстве. С его помощью удалось просканировать излучения всевозможных звездных объектов. Первые результаты астрономы получили в 2010 году, а поставить точку в определении точной цифры существования мироздания удалось в 2013 году.

Ученые выяснили, что скорость расширения границ космоса составляет 67,15 км/с. Это говорит о том, что со времени Большого взрыва прошло 13,798 млрд лет.

Расширение Вселенной

Вычисления Планка как бы «происходят» в космосе, но мы с вами находимся на Земле, а значит, наблюдаем меньшие угловые масштабы и наши вычисления просто не могут быть одинаковыми. Со временем, из-за неопределенности в измерениях, разрыв между двумя методами стал непреодолимым. При этом нельзя исключать того, что оба метода в чем-то ошибочны, или, возможно, существует какая-то новая физика, которую ни одна из сторон не поняла.

Каждый раз, когда мы смотрим на звезды – мы видим прошлое

Возможно, существуют небольшие смещения в наборах данных, полученных вследствие изучения реликтового излучения или взрывов сверхновых звезд (или и того и другого), которые не учитываются полностью. Но по мере того, как инструменты и методы наблюдения становятся лучше, понять, нам все труднее понять что происходит на самом деле. Альтернатива заключается в том, что во Вселенной есть нечто фундаментальное, чего мы не понимаем.

Профессор Изобель Хук из Ланкастерского университета, Великобритания.

Существует несколько теорий, которые пытаются объяснить это несоответствие – согласно одной из них, дополнительное раннее расширение во Вселенной делает реликтовое излучение «мерилом» других физических величин. Но и с этими теориями есть проблемы. Авторы исследования признают, что не знают, на чьей находятся стороне, но спор очень увлекательный.

Какой возраст Солнечной системы?

Солнечная система появилась 4,568 миллиарда лет. Ученые определили ее возраст, используя радиоактивный распад изотопов, обнаруженных в метеоритах и породах. Изотопы калия и урана формировались одновременно с Солнечной системой, поэтому ее возраст сопоставим с возрастом комет и пород. Однако из-за того, что большинство пород были разрушены с течением времени, возраст Солнечной системы в настоящее время чаще измеряют с помощью метеоритов. Анализ проводится с использованием методов радиоактивного датирования для определения того, сколько из изотопов в метеоритах распалось. Таким образом, самые старые метеориты имеют возраст 4,568 миллиарда лет. Этот показатель может меняться в будущем, так как ученые говорят, что трудно обнаружить остатки метеоритов, которые не были изменены тектоническими плитами Земли.

Происхождение Солнечной системы

Считается, что Солнечная система сформировалась из-за нарушения в облаке газа и пыли сверхновой звезды, которое вызвало взрыв и волны, сжимающие пыль и облака. Затем облако начало разрушаться, в то время как газ и пыль удерживались вместе гравитационной силой, образуя Солнечную туманность. Впоследствии облако начало вращаться настолько быстро, что его центр стал более плотным и горячим. Кроме того, вокруг облака образовался диск пыли и газа. Центр диска был очень горячим, а его края прохладными. Диск становился все тоньше и тоньше, а частицы склеивались и образовывали скопления. Эти скопления формировали планеты и спутники, которые мы знаем сегодня. Со временем облако стало очень жарким и сформировало Солнце, а также появилась Солнечная система.

Будущее Солнечной системы

Поскольку Солнечная система полагается на Солнце в качестве основного источника энергии, ее будущее также связано с ним. Будучи звездой среднего возраста, ожидается, что Солнце будет гореть в течение следующих 5 миллиардов лет. Однако в конце этого периода солнце будет использовать весь водород, расположенный в его ядре. Ядро начнет сжиматься под действием силы тяжести и в результате столкновения атомов гелия и кислорода. Это приведет к выработке большего количества энергии, чем в настоящее время. Затем Солнце увеличится в 100 раз от его нынешнего размера. Оно поглотит Меркурий и Венеру и изменит цвет от желтого до красного. Что касается Земли, если она не будет поглощена Солнцем, то высокие температуры от звезды выжгут атмосферу. Кроме того, все океаны будут кипеть, и Земля больше не сможет поддерживать какую-либо жизнь.

[spoiler title=»Источники»]

• https://spaceworlds.ru/vselennaya/vozrast-vselennoj.html
• https://CosmosPlanet.ru/kosmos/vozrast-vselennoj.html
• https://www.techcult.ru/space/2308-skolko-let-vselennoj
• https://FB.ru/article/280946/skolko-let-vselennoy-i-kak-vyichislyaetsya-e-vozrast
• https://Hi-News.ru/eto-interesno/chto-uchenym-izvestno-o-vozraste-i-rasshirenii-vselennoj.html
• https://NatWorld.info/raznoe-o-prirode/skolko-let-nazad-byla-sformirovana-solnechnaja-sistema

[/spoiler]