كيف يعرف علماء الفلك عمر الكواكب والنجوم؟

Curious Kids هي سلسلة للأطفال من جميع الأعمار. إذا كان لديك سؤال تريد أن يجيب عليه أحد الخبراء، فأرسله إلى Curiouskidsus@theconversation.com.

إن قياس أعمار الكواكب والنجوم يساعد العلماء على فهم متى تشكلت وكيف تتغير – وفي حالة الكواكب، ما إذا كان قد أتيحت للحياة الوقت الكافي لتطورها.

لسوء الحظ، من الصعب قياس عمر الأشياء الموجودة في الفضاء.

تحافظ النجوم مثل الشمس على نفس السطوع ودرجة الحرارة والحجم لمليارات السنين. غالبًا ما يتم تحديد خصائص الكوكب، مثل درجة الحرارة، بواسطة النجم الذي يدور حوله، وليس حسب عمره وتطوره.

قد يكون تحديد عمر النجم أو الكوكب أمرًا صعبًا مثل تخمين عمر الشخص الذي يبدو متماثلًا تمامًا منذ الطفولة وحتى التقاعد.

تخمين عمر النجم

ولحسن الحظ، تتغير النجوم بمهارة من حيث السطوع واللون مع مرور الوقت. ومن خلال قياسات دقيقة للغاية، يستطيع علماء الفلك مقارنة هذه القياسات للنجم بالنماذج الرياضية التي تتنبأ بما يحدث للنجوم مع تقدمها في السن وتقدير عمرها من هناك.

النجوم لا تتوهج فحسب، بل تدور أيضًا. وبمرور الوقت، يتباطأ دورانها، على غرار الطريقة التي تتباطأ بها عجلة الغزل عندما تتعرض للاحتكاك. ومن خلال مقارنة سرعات دوران النجوم من مختلف الأعمار، تمكن علماء الفلك من إنشاء علاقات رياضية لأعمار النجوم، وهي طريقة تعرف باسم علم الدوران.

يولد دوران النجم أيضًا مجالًا مغناطيسيًا قويًا وينتج نشاطًا مغناطيسيًا، مثل التوهجات النجمية – وهي انفجارات قوية من الطاقة والضوء تحدث على أسطح النجوم. يمكن أن يساعد الانخفاض المطرد في النشاط المغناطيسي للنجم أيضًا في تقدير عمره.

هناك طريقة أكثر تقدمًا لتحديد أعمار النجوم تسمى علم الفلك النجمي، أو اهتزاز النجوم. يدرس علماء الفلك الاهتزازات على أسطح النجوم الناتجة عن الموجات التي تنتقل عبر باطنها. النجوم الشابة لها أنماط اهتزازية مختلفة عن النجوم القديمة. وباستخدام هذه الطريقة، قدر علماء الفلك أن عمر الشمس هو 4.58 مليار سنة.

تجميع عمر الكوكب معًا

في النظام الشمسي، النويدات المشعة هي المفتاح لتحديد عمر الكواكب. هذه ذرات خاصة تطلق الطاقة ببطء على مدى فترة طويلة من الزمن. كالساعات الطبيعية، تساعد النويدات المشعة العلماء على تحديد أعمار جميع أنواع الأشياء، من الصخور إلى العظام والفخار.

وباستخدام هذه الطريقة، قرر العلماء أن أقدم نيزك معروف يبلغ عمره 4.57 مليار سنة، وهو ما يطابق تقريبًا قياسات علم الزلازل الفلكية للشمس والتي تبلغ 4.58 مليار سنة. أقدم الصخور المعروفة على الأرض لها عمر أصغر قليلاً يبلغ 4.40 مليار سنة. وبالمثل، فإن التربة التي تم إحضارها من القمر خلال بعثات أبولو كان لها عمر نويدات مشعة يصل إلى 4.6 مليار سنة.

على الرغم من أن دراسة النويدات المشعة هي وسيلة قوية لقياس أعمار الكواكب، إلا أنها تتطلب عادة وجود صخرة في متناول اليد. عادةً، لا يكون لدى علماء الفلك سوى صورة لكوكب يمرون به. غالبًا ما يحدد علماء الفلك أعمار الأجسام الفضائية الصخرية مثل المريخ أو القمر عن طريق حساب فوهاتها. تحتوي الأسطح القديمة على حفر أكثر من الأسطح الأحدث. ومع ذلك، فإن التآكل الناجم عن الماء والرياح والأشعة الكونية وتدفق الحمم البركانية من البراكين يمكن أن يمحو الأدلة على التأثيرات السابقة.

تقنيات الشيخوخة لا تعمل مع الكواكب العملاقة مثل كوكب المشتري التي لها أسطح مدفونة بعمق. ومع ذلك، يمكن لعلماء الفلك تقدير أعمارها عن طريق إحصاء الحفر الموجودة على أقمارها أو دراسة توزيع فئات معينة من النيازك المنتشرة بها، وهو ما يتوافق مع طرق النويدات المشعة وحفر الكواكب الصخرية.

لا يمكننا حتى الآن قياس أعمار الكواكب خارج نظامنا الشمسي بشكل مباشر باستخدام التكنولوجيا الحالية.

ما مدى دقة هذه التقديرات؟

يوفر نظامنا الشمسي أفضل فحص للتأكد من الدقة، حيث يمكن لعلماء الفلك مقارنة أعمار النويدات المشعة للصخور على الأرض أو القمر أو الكويكبات مع عمر الشمس في علم الفلك، وهذه تتطابق بشكل جيد للغاية.

يُعتقد أن النجوم في العناقيد مثل الثريا أو أوميغا قنطورس قد تشكلت جميعها في نفس الوقت تقريبًا، لذا فإن تقديرات عمر النجوم الفردية في هذه العناقيد يجب أن تكون نفسها. في بعض النجوم، يمكن لعلماء الفلك اكتشاف النويدات المشعة مثل اليورانيوم – وهو معدن ثقيل موجود في الصخور والتربة – في أغلفتها الجوية، والتي تم استخدامها للتحقق من الأعمار بطرق أخرى.

يعتقد علماء الفلك أن عمر الكواكب هو نفس عمر نجومها المضيفة تقريبًا، لذا فإن تحسين طرق تحديد عمر النجم يساعد في تحديد عمر الكوكب أيضًا. من خلال دراسة القرائن الدقيقة، من الممكن إجراء تخمين مدروس لعمر النجم الثابت.

مرحبًا أيها الأطفال الفضوليون! هل لديك سؤال تود أن يجيب عليه أحد الخبراء؟ اطلب من شخص بالغ أن يرسل سؤالك إلى CuriousKidsUS@theconversation.com. من فضلك أخبرنا باسمك وعمرك والمدينة التي تعيش فيها.

وبما أن الفضول ليس له حد عمري – أيها البالغون، أخبرنا بما تتساءل عنه أيضًا. لن نتمكن من الإجابة على كل الأسئلة، لكننا سنبذل قصارى جهدنا.

تم إعادة نشر هذه المقالة من The Conversation، وهو موقع إخباري مستقل غير ربحي مخصص لمشاركة أفكار الخبراء الأكاديميين. تحتوي المحادثة على مجموعة متنوعة من النشرات الإخبارية المجانية الرائعة.

كتب بواسطة: آدم بورجاسر، جامعة كاليفورنيا، سان دييغو.

اقرأ أكثر:

يتلقى آدم بورجاسر تمويلًا من وكالة ناسا والمؤسسة الوطنية للعلوم.