Pengenalan dunia sekitarnya tidak mungkin dilakukan tanpa memahami usia benda antik bersejarah dan berapa lama dunia itu sendiri - Alam Semesta kita - telah ada. Ilmuwan telah menciptakan banyak metode untuk menentukan usia penemuan arkeologi dan menetapkan tanggal peristiwa sejarah. Hari ini, garis waktu kronologis menandai tanggal letusan gunung berapi purba dan waktu lahirnya bintang-bintang yang kita lihat di langit malam. Hari ini kami akan memberi tahu Anda tentang metode kencan utama.
Temuan arkeologis
Jika berbicara tentang zaman penemuan arkeologi, maka tentu saja semua orang pasti ingat metode radiokarbon. Ini mungkin yang paling terkenal, meskipun bukan satu-satunya, metode penanggalan barang antik. Dikenal juga karena kritik terus-menerus yang menjadi sasarannya. Jadi apa metode ini, apa dan bagaimana itu digunakan?
Pertama-tama, harus dikatakan bahwa metode ini digunakan, dengan pengecualian yang sangat jarang, hanya untuk penanggalan objek dan bahan asal biologis. Artinya, usia segala sesuatu yang pernah hidup. Selain itu, kita berbicara tentang penanggalan tepat pada saat kematian suatu objek biologis. Misalnya, seseorang ditemukan di bawah reruntuhan rumah yang hancur akibat gempa bumi, atau pohon yang ditebang untuk membangun kapal. Dalam kasus pertama, ini memungkinkan Anda untuk menentukan perkiraan waktu gempa (jika tidak diketahui dari sumber lain), dalam kasus kedua - perkiraan tanggal konstruksi kapal. Jadi, misalnya, mereka memperkirakan letusan gunung berapi di Pulau Santorini, salah satu peristiwa penting dalam sejarah kuno, kemungkinan penyebab kiamat Zaman Perunggu. Untuk analisisnya, para ilmuwan mengambil cabang pohon zaitun yang ditemukan selama penggalian tanah vulkanik.
Mengapa momen kematian suatu organisme penting? Senyawa karbon diketahui membentuk dasar kehidupan di planet kita. Organisme hidup mendapatkannya terutama dari atmosfer. Dengan kematian, pertukaran karbon dengan atmosfer terhenti. Tetapi karbon di planet kita, meskipun menempati satu sel tabel periodik, berbeda. Ada tiga isotop karbon di Bumi, dua isotop stabil - 12C dan 13C dan satu radioaktif, membusuk - 14C. Selama suatu organisme hidup, rasio isotop stabil dan radioaktif di dalamnya sama dengan di atmosfer. Segera setelah pertukaran karbon berhenti, jumlah isotop 14C yang tidak stabil (radiokarbon) mulai berkurang karena peluruhan dan rasionya berubah. Setelah sekitar 5700 tahun, jumlah radiokarbon berkurang setengahnya, sebuah proses yang disebut waktu paruh.
Radiokarbon lahir di atmosfer atas dari nitrogen, dan kemudian berubah menjadi nitrogen dalam proses peluruhan radioaktif
Video promosi:
wikimedia.org
Metode penanggalan radiokarbon dikembangkan oleh Willard Libby. Awalnya, ia berasumsi bahwa rasio isotop karbon di atmosfer dalam ruang dan waktu tidak berubah, dan rasio isotop pada organisme hidup sesuai dengan rasio di atmosfer. Jika demikian, maka dengan mengukur rasio ini dalam sampel arkeologi yang tersedia, kita dapat menentukan kapan rasio tersebut sesuai dengan atmosfer. Atau dapatkan apa yang disebut "usia tak terbatas" jika tidak ada radiokarbon dalam sampel.
Metode tidak memungkinkan melihat jauh ke masa lalu. Kedalaman teoretisnya adalah 70.000 tahun (13 paruh). Sekitar waktu ini, karbon yang tidak stabil akan benar-benar membusuk. Tetapi batas praktisnya adalah 50.000-60.000 tahun. Tidak mungkin lagi, keakuratan peralatan tidak memungkinkan. Mereka dapat mengukur usia "Manusia Es", tetapi tidak mungkin lagi melihat sejarah planet ini sebelum kemunculan manusia dan menentukan, misalnya, usia sisa-sisa dinosaurus. Selain itu, metode radiokarbon adalah salah satu yang paling banyak dikritik. Kontroversi seputar Kain Kafan Turin dan analisis metode penentuan umur relik hanyalah salah satu ilustrasi ketidaksempurnaan metode ini. Apa argumen tentang kontaminasi sampel dengan isotop karbon setelah penghentian pertukaran karbon dengan atmosfer. Tidak selalu pasti bahwa objek yang diambil untuk analisis benar-benar bebas dari karbon,diperkenalkan setelah, misalnya, bakteri dan mikroorganisme yang menetap pada subjek.
Perlu dicatat bahwa setelah dimulainya penerapan metode ini, ternyata rasio isotop di atmosfer berubah seiring waktu. Oleh karena itu, para ilmuwan perlu membuat apa yang disebut skala kalibrasi, yang mencatat perubahan kandungan radiokarbon di atmosfer selama bertahun-tahun. Untuk ini, benda-benda diambil, yang penanggalannya diketahui. Dendrokronologi, ilmu yang didasarkan pada studi tentang lingkaran pohon kayu, membantu para ilmuwan.
Di awal, kami menyebutkan bahwa ada kasus yang jarang terjadi ketika metode ini diterapkan pada objek yang bukan berasal dari biologis. Contoh tipikal adalah bangunan kuno, di mana mortar digunakan CaO kapur. Ketika dikombinasikan dengan air dan karbon dioksida di atmosfer, kapur diubah menjadi kalsium karbonat CaCO3. Dalam kasus ini, pertukaran karbon dengan atmosfer terhenti sejak mortar mengeras. Dengan cara ini, Anda bisa menentukan umur banyak bangunan kuno.
Sisa-sisa dinosaurus dan tumbuhan purba
Sekarang mari kita bicara tentang dinosaurus. Seperti yang Anda ketahui, era dinosaurus adalah periode waktu yang relatif kecil (tentu saja, menurut standar sejarah geologi bumi), yang berlangsung selama 186 juta tahun. Era Mesozoikum, sebagaimana ditetapkan pada skala geokronologis planet kita, dimulai sekitar 252 juta tahun lalu dan berakhir 66 juta tahun lalu. Pada saat yang sama, para ilmuwan dengan percaya diri membaginya menjadi tiga periode: Trias, Jura, dan Kapur. Dan untuk masing-masing mereka telah mengidentifikasi dinosaurus mereka sendiri. Tapi bagaimana caranya? Bagaimanapun, metode radiokarbon tidak dapat diterapkan untuk periode seperti itu. Dalam kebanyakan kasus, usia sisa-sisa dinosaurus, makhluk purba lainnya, serta tumbuhan purba ditentukan oleh waktu ditemukannya batuan. Jika sisa-sisa dinosaurus ditemukan di bebatuan zaman Trias Hulu, dan ini terjadi pada 237-201 juta tahun yang lalu, maka dinosaurus itu hidup saat ini. Sekarang pertanyaannya adalah,bagaimana cara menentukan umur batuan tersebut?
Sisa dinosaurus di bebatuan kuno
terrain.org
Kami telah mengatakan bahwa metode radiokarbon dapat digunakan tidak hanya untuk menentukan umur benda asal biologis. Tetapi isotop karbon memiliki waktu paruh yang terlalu pendek, dan dalam menentukan umur batuan geologi yang sama, itu tidak berlaku. Metode ini, meskipun yang paling terkenal, hanyalah salah satu metode penanggalan radioisotop. Ada isotop lain di alam yang waktu paruhnya lebih lama dan diketahui. Dan mineral yang bisa digunakan seiring bertambahnya usia, seperti zirkon.
Ini adalah mineral yang sangat berguna untuk penentuan usia dengan menggunakan penanggalan uranium-lead. Titik awal penentuan umur adalah saat kristalisasi zirkon, mirip dengan saat kematian suatu benda biologis dengan metode radiokarbon. Kristal zirkon biasanya bersifat radioaktif, karena mengandung unsur-unsur radioaktif yang tidak murni dan, terutama, isotop uranium. Ngomong-ngomong, metode radiokarbon juga bisa disebut metode karbon-nitrogen, karena produk peluruhan isotop karbon adalah nitrogen. Tetapi atom nitrogen mana dalam sampel yang terbentuk sebagai akibat dari peluruhan, dan yang awalnya ada di sana, para ilmuwan tidak dapat menentukannya. Oleh karena itu, tidak seperti metode radioisotop lainnya, sangat penting untuk mengetahui perubahan konsentrasi radiokarbon di atmosfer planet.
Kristal zirkon
wikimedia.org
Dalam kasus metode uranium-timbal, produk peluruhan adalah isotop, yang menarik karena tidak mungkin ada dalam sampel sebelumnya atau konsentrasi awalnya diketahui. Para ilmuwan memperkirakan waktu peluruhan dua isotop uranium, yang peluruhannya berakhir dengan pembentukan dua isotop timbal yang berbeda. Artinya, rasio konsentrasi isotop awal dan produk anak ditentukan. Metode radioisotop diterapkan oleh para ilmuwan pada batuan beku dan menunjukkan waktu yang telah berlalu sejak pemadatan.
Bumi dan benda langit lainnya
Metode lain yang digunakan untuk menentukan umur batuan geologi: kalium-argon, argon-argon, timbal-timbal. Berkat yang terakhir, dimungkinkan untuk menentukan waktu pembentukan planet-planet tata surya dan, karenanya, usia planet kita, karena diyakini bahwa semua planet dalam sistem terbentuk hampir bersamaan. Pada tahun 1953, ahli geokimia Amerika Claire Patterson mengukur rasio isotop timbal dalam sampel meteorit yang jatuh sekitar 20-40 ribu tahun di wilayah yang sekarang diduduki oleh negara bagian Arizona. Hasilnya adalah penyempurnaan dari perkiraan usia Bumi menjadi 4,550 miliar tahun. Analisis batuan terestrial juga memberikan gambaran yang serupa. Jadi, batu yang ditemukan di tepi Teluk Hudson di Kanada berusia 4,28 miliar tahun. Dan terletak juga di Kanada gneisses abu-abu (batu,secara kimiawi mirip dengan granit dan serpih tanah liat), yang untuk waktu yang lama memegang posisi terdepan dalam usia, diperkirakan 3,92 hingga 4,03 miliar tahun. Metode ini berlaku untuk semua yang bisa kita "jangkau" di tata surya. Analisis sampel batuan bulan yang dibawa ke Bumi menunjukkan bahwa mereka berusia 4,47 miliar tahun.
Tetapi dengan bintang-bintang, semuanya sangat berbeda. Mereka jauh dari kita. Mendapatkan sepotong bintang untuk mengukur usianya tidaklah realistis. Namun, bagaimanapun, para ilmuwan tahu (atau yakin) bahwa, misalnya, bintang terdekat kita, Proxima Centauri, hanya sedikit lebih tua dari Matahari kita: usianya 4,85 miliar tahun, Matahari 4,57 miliar tahun. Tapi berlian langit malam, Sirius, masih remaja: usianya sekitar 230 juta tahun. Bintang Utara bahkan lebih kecil lagi: 70-80 juta tahun. Secara relatif, Sirius menyala di langit pada awal era dinosaurus, dan Bintang Utara sudah berada di akhir. Jadi bagaimana para ilmuwan mengetahui usia bintang-bintang?
Kita tidak dapat menerima apapun dari bintang yang jauh kecuali cahayanya. Tapi ini sudah banyak. Faktanya, potongan bintang inilah yang memungkinkan Anda untuk menentukan komposisi kimianya. Mengetahui terbuat dari apa bintang itu perlu untuk menentukan usianya. Selama masa hidupnya, bintang-bintang berevolusi melalui semua tahapan dari protobintang hingga katai putih. Akibat reaksi termonuklir yang terjadi di bintang tersebut, komposisi unsur-unsur di dalamnya terus berubah.
Segera setelah lahir, bintang tersebut jatuh ke dalam apa yang disebut deret utama. Bintang deret utama (termasuk Matahari kita) terutama terdiri dari hidrogen dan helium. Dalam proses reaksi termonuklir dari pembakaran hidrogen di inti sebuah bintang, kandungan helium meningkat. Tahap pembakaran hidrogen adalah periode terlama dalam kehidupan sebuah bintang. Pada tahap ini, bintang itu sekitar 90% dari waktu yang dialokasikan untuk itu. Kecepatan melewati tahapan tergantung pada massa bintang: semakin besar, semakin cepat bintang berkontraksi dan semakin cepat "terbakar". Bintang tetap berada di deret utama selama hidrogen terbakar di intinya. Durasi tahapan yang tersisa, di mana elemen yang lebih berat terbakar, kurang dari 10%. Jadi, semakin tua sebuah bintang di deret utama, semakin banyak helium dan semakin sedikit hidrogen yang dikandungnya.
Beberapa ratus tahun yang lalu, sepertinya kita tidak akan pernah bisa mengetahui komposisi bintang. Tetapi penemuan analisis spektral di pertengahan abad ke-19 memberi para ilmuwan alat yang ampuh untuk mempelajari objek yang jauh. Tapi pertama-tama, Isaac Newton pada awal abad ke-18 dengan bantuan prisma menguraikan cahaya putih menjadi komponen terpisah dengan warna berbeda - spektrum matahari. 100 tahun kemudian, pada 1802, ilmuwan Inggris William Wollaston mengamati dengan cermat spektrum matahari dan menemukan garis-garis gelap sempit di dalamnya. Dia tidak terlalu mementingkan mereka. Tetapi segera fisikawan dan ahli kacamata Jerman Josef Fraunhofer menyelidiki dan menjelaskannya secara rinci. Selain itu, ia menjelaskannya dengan penyerapan sinar oleh gas-gas atmosfer Matahari. Selain spektrum matahari, ia mempelajari spektrum Venus dan Sirius dan menemukan garis serupa di sana. Mereka juga ditemukan di dekat sumber cahaya buatan. Dan baru pada tahun 1859, kimiawan Jerman Gustav Kirchhoff dan Robert Bunsen melakukan serangkaian percobaan, yang menghasilkan kesimpulan bahwa setiap unsur kimia memiliki garisnya sendiri dalam spektrum. Dan, oleh karena itu, menurut spektrum benda langit, kesimpulan dapat diambil tentang komposisinya.
Spektrum fotosfer matahari dan garis serapan Fraunhofer
wikimedia.org
Metode tersebut segera diadopsi oleh para ilmuwan. Dan segera elemen yang tidak diketahui ditemukan dalam komposisi Matahari, yang tidak ditemukan di Bumi. Itu adalah helium (dari "helios" - matahari). Hanya beberapa saat kemudian ditemukan di Bumi.
Matahari kita adalah 73,46% hidrogen dan 24,85% helium, proporsi unsur-unsur lainnya tidak signifikan. Ngomong-ngomong, ada juga logam di antara mereka, yang tidak berbicara banyak tentang usia, melainkan tentang "keturunan" bintang kita. Matahari adalah bintang muda generasi ketiga, yang artinya terbentuk dari sisa-sisa bintang generasi pertama dan kedua. Artinya, bintang-bintang di inti tempat logam-logam ini disintesis. Di Matahari, karena alasan yang jelas, ini belum terjadi. Komposisi Matahari memungkinkan kita untuk mengatakan bahwa usianya 4,57 miliar tahun. Pada usia 12,2 miliar tahun, Matahari akan meninggalkan deret utama dan menjadi raksasa merah, tetapi jauh sebelum momen ini, kehidupan di Bumi tidak mungkin terjadi.
Populasi utama galaksi kita adalah bintang. Usia galaksi ditentukan oleh benda tertua yang telah ditemukan. Saat ini bintang tertua di galaksi adalah raksasa merah HE 1523-0901 dan Methuselah Star, atau HD 140283. Kedua bintang tersebut searah dengan konstelasi Libra, dan usianya diperkirakan sekitar 13,2 miliar tahun.
Omong-omong, HE 1523-0901 dan HD 140283 bukan hanya bintang yang sangat tua, mereka adalah bintang generasi kedua, yang memiliki kandungan logam yang tidak signifikan dalam komposisinya. Artinya, bintang-bintang milik generasi yang mendahului Matahari kita dan "rekan-rekannya".
Objek tertua lainnya, menurut beberapa perkiraan, adalah gugus bintang bola NGC6397, yang bintang-bintangnya berusia 13,4 miliar tahun. Dalam hal ini, interval antara pembentukan bintang generasi pertama dan kelahiran generasi kedua diperkirakan oleh para peneliti pada 200-300 juta tahun. Studi ini memungkinkan para ilmuwan untuk menyatakan bahwa Galaksi kita berusia 13,2-13,6 miliar tahun.
Alam semesta
Seperti halnya Galaksi, usia Semesta dapat diasumsikan dengan menentukan berapa umur benda tertuanya. Hingga saat ini, galaksi GN-z11, yang terletak di arah konstelasi Ursa Major, dianggap sebagai yang tertua di antara objek yang kita kenal. Cahaya dari galaksi memakan waktu 13,4 miliar tahun, yang berarti dipancarkan 400 juta tahun setelah Big Bang. Dan jika cahaya datang begitu jauh, maka alam semesta tidak mungkin memiliki usia yang lebih kecil. Tetapi bagaimana tanggal ini ditentukan?
Untuk tahun 2016, galaksi GN-z11 adalah objek terjauh yang diketahui di alam semesta.
wikimedia.org
Angka 11 pada sebutan galaksi menunjukkan bahwa galaksi tersebut memiliki pergeseran merah z = 11,1. Semakin tinggi indikator ini, semakin jauh jarak benda dari kita, semakin lama cahaya pergi darinya dan semakin tua benda tersebut. Juara usia sebelumnya, galaksi Egsy8p7, memiliki pergeseran merah z = 8,68 (jarak 13,1 miliar tahun cahaya dari kita). Pesaing untuk senioritas adalah galaksi UDFj-39546284, mungkin memiliki z = 11,9, tetapi ini belum sepenuhnya dikonfirmasi. Alam semesta tidak mungkin memiliki usia kurang dari benda-benda ini.
Sebelumnya kita berbicara tentang spektrum bintang, yang menentukan komposisi unsur kimianya. Dalam spektrum bintang atau galaksi yang menjauh dari kita, terjadi pergeseran garis spektral unsur kimia ke sisi merah (gelombang panjang). Semakin jauh suatu benda dari kita, semakin besar pergeseran merahnya. Pergeseran garis ke sisi violet (gelombang pendek), karena pendekatan suatu benda, disebut pergeseran biru atau violet. Satu penjelasan untuk fenomena ini adalah efek Doppler di mana-mana. Mereka, misalnya, menjelaskan turunnya nada sirene mobil yang lewat atau suara mesin pesawat terbang. Pekerjaan kebanyakan kamera untuk memperbaiki pelanggaran didasarkan pada efek Doppler.
Garis spektrum telah bergeser ke sisi merah
wikimedia.org
Jadi, diketahui bahwa alam semesta mengembang. Dan dengan mengetahui laju pemuaiannya, Anda dapat menentukan usia alam semesta. Konstanta yang menunjukkan kecepatan dua galaksi, yang dipisahkan oleh jarak 1 Mpc (megaparsec), terbang ke arah yang berbeda, disebut konstanta Hubble. Tetapi untuk menentukan usia alam semesta, para ilmuwan perlu mengetahui kepadatan dan komposisinya. Untuk tujuan ini, observatorium luar angkasa WMAP (NASA) dan Planck (Badan Antariksa Eropa) dikirim ke luar angkasa. Data WMAP memungkinkan untuk menentukan usia alam semesta pada 13,75 miliar tahun. Data dari satelit Eropa yang diluncurkan delapan tahun kemudian memungkinkan untuk menyempurnakan parameter yang diperlukan, dan usia alam semesta ditentukan pada 13,81 miliar tahun.
Ruang Observatorium Planck
esa.int
Sergey Sobol
