Как определить возраст астрономического объекта?
Представьте, что Луна находится на небе. Как бы вы ответили на вопрос о её возрасте?
Не буду держать вас в напряжении. Астрономы используют метод, называемый подсчётом кратеров. Всё просто: миры вроде Луны, Меркурия и многих спутников внешней системы не активны. Они «мёртвы» в полном смысле этого слова уже очень давно. И когда комета или астероид сталкиваются с ними, оставшийся после удара кратер сохраняется. Там нет воздуха, чтобы его сдуть, нет воды, чтобы смыть, нет тектоники плит, чтобы утащить под поверхность.
Так что кратеры просто накапливаются один за другим, часто наслаиваясь друг на друга. Но не все мёртвые миры одинаковы. Некоторые из них были расплавлены в недавнем прошлом, и лава действительно хорошо скрывает кратеры. Поэтому, сравнивая два мира и подсчитывая их кратеры, можно получить относительное представление о том, какие миры затвердели раньше.
У некоторых планет и спутников были расплавленные части наряду с твёрдыми в течение некоторого времени. Они не всегда остывают одновременно. Могут быть активные вулканические регионы и просто равнины с твёрдой пустотой. Поэтому, если вы просканируете поверхность мира, места с большим количеством кратеров, вероятно, будут старше (в том смысле, что они затвердели в более отдалённом прошлом), чем места, где кратеров меньше.
Например, на Луне есть два обширных региона: тёмные бассейны, или маре, и более светлые высокогорья. Просто взглянув на кратеры, можно сказать, что маре моложе, потому что у них меньше кратеров.
Но… сколько им лет? Если я вижу мир с тоннами кратеров, сколько ему лет? Не в относительном смысле, как в том, что эта планета старше другой. Но в абсолютном смысле. Например, в миллиардах лет. Дайте мне число.
Миссии «Аполлон» — ключ к разгадке записей о кратерах
Миссии «Аполлон» помогли нам узнать возраст лунных кратеров, а также других объектов в Солнечной системе. Дело в том, что учёные смогли применить радиометрическое датирование к лунным породам, привезённым с миссий «Аполлон».
Радиометрическое датирование — это метод, при котором вы смотрите на количество различных радиоактивных элементов и сравниваете их пропорции с количеством элементов, в которые они распадаются. Зная период полураспада этих элементов, мы можем рассчитать абсолютный возраст образца.
Поскольку миссии «Аполлон» посетили множество мест на Луне, мы смогли составить подробный отчёт о том, какие части остыли и затвердели когда. Например, краю Моря Спокойствия, месту посадки «Аполлона-11», чуть более 3,5 миллиарда лет, в то время как некоторые другие регионы в высокогорьях достигают 4 миллиардов лет.
Самые молодые объекты на Луне — это крупные ударные кратеры. Кратеры Коперника, Тихо и Конус — все они моложе миллиарда лет. Самый молодой кратер — кратер Джордано Бруно, названный в честь итальянского учёного эпохи Возрождения, ему всего 4 миллиона лет. Эти кратеры такие молодые, потому что удары несут столько энергии, что они способны стереть всё в окрестностях, стирая всё с лица земли и начиная весь процесс заново.
Теперь, когда у нас есть эти абсолютные цифры, мы можем откалибровать подсчёт кратеров по всей Солнечной системе. Теперь мы можем посмотреть на регионы Меркурия или Каллисто и узнать, сколько им лет, даже если мы там никогда не были, благодаря миссиям «Аполлон» и их геологической работе.
Благодаря миссиям «Аполлон» мы также знаем, что Луна медленно отдаляется от нас. Это было выдвинуто в качестве гипотезы ещё в начале 1800-х годов, когда сэр Эдмунд Галлей (известный по комете Галлея) изучил древние записи о затмениях и понял, что мы медленно отдаляемся друг от друга. И у нас было довольно хорошее объяснение, почему Луна может уходить — приливы, вызванные Луной, переносятся вперёд её вращением, и это дополнительное гравитационное притяжение выводит Луну на более высокую орбиту. Но у нас не было хорошего способа определить точное число.
В 1962 году аспирант Принстонского университета Джеймс Фаллер предложил разместить на поверхности Луны отражатели. Это позволило бы нам более легко отражать лазеры туда и обратно с Луны сюда и использовать их для измерения расстояния, так же, как вы можете использовать один из тех маленьких лазерных измерительных приборов для измерения расстояний.
Хотя измерения проводились и раньше путём отражения от лунного грунта, с отражателями измерения стали намного точнее. Теперь мы знаем, что Луна удаляется от Земли со средней скоростью 3,8 сантиметра в год. Это не очень быстро, но за эоны времени это действительно складывается.
На самом деле, через несколько сотен миллионов лет совокупный эффект удаления Луны от нас и того, что Солнце становится ярче и больше (другая статья), приведёт к тому, что полные солнечные затмения станут невозможны. Так что наслаждайтесь ими, пока они есть.