測(cè)定太陽(yáng)系的年齡需要幾個(gè)步驟

黃淑芬

測(cè)定太陽(yáng)系的年齡需要幾個(gè)步驟？這個(gè)問(wèn)題太深?yuàn)W了。太陽(yáng)系可是一個(gè)龐大的家族，而且各類行星都是以太陽(yáng)為中心。要想弄清楚太陽(yáng)的年齡，還是去找科學(xué)家吧，來(lái)看看科學(xué)家需要幾個(gè)步驟。

首先，科學(xué)家會(huì)找出太陽(yáng)系這個(gè)大家族中最年長(zhǎng)的一個(gè)天體，或者說(shuō)最年長(zhǎng)的一塊物質(zhì)，然后計(jì)算出它的年齡，那么也就能夠得出太陽(yáng)系相近的年齡。

要想知道誰(shuí)是太陽(yáng)系中最古老的天體，首先要清楚太陽(yáng)系是怎么形成的，才能知道誰(shuí)先誰(shuí)后?？茖W(xué)家們假設(shè)一團(tuán)致密分子云的核心區(qū)坍塌后形成了原恒星，這就是早期的太陽(yáng)，那時(shí)候太陽(yáng)周圍沒(méi)有現(xiàn)在的行星，但有一個(gè)圍繞它旋轉(zhuǎn)的扁平吸積盤(pán)，也叫原行星盤(pán)。原行星盤(pán)中包含大量的氣體和少量的塵埃，這些塵埃從幾微米的微粒逐漸凝聚成幾百米到幾千米這樣大小的星子，然后這些星子聚在一起，又合成了巖質(zhì)行星。氣體盤(pán)消散后，巖質(zhì)行星經(jīng)歷許多年后的變化，最后變成了我們今天看到的包括地球在內(nèi)的若干行星。這個(gè)結(jié)果提醒我們，如果能測(cè)定地球的年齡，那么太陽(yáng)系的年齡也就可以測(cè)定了。

隨著居里夫婦提煉出了放射性元素，科學(xué)家們開(kāi)始利用放射性元素的衰變來(lái)推測(cè)地球的年齡。這個(gè)計(jì)算法引起了化學(xué)家哈里森·布朗的興趣，因?yàn)楣锷谧鲆豁?xiàng)關(guān)于測(cè)定地質(zhì)年齡的工作，他決定利用鈾同位素的超長(zhǎng)半衰期來(lái)測(cè)定地質(zhì)年齡。于是，鈾閃亮登場(chǎng)。可是，哈里森還沒(méi)開(kāi)始就卡住了，因?yàn)闇y(cè)量這些數(shù)據(jù)需要一個(gè)知道光譜學(xué)的人。哈里森選來(lái)選去，最后選了自己的學(xué)生克萊爾·帕特森加入他的隊(duì)伍。

克萊爾接到任務(wù)后，馬上開(kāi)始投入研究。鈾鉛測(cè)年法的原理說(shuō)起來(lái)并不復(fù)雜，如果能精確測(cè)出一塊石頭中含有多少鈾和鉛，并且知道這些鉛中有多少是鈾衰變而來(lái)的，衰變的速率是多少，理論上就能算出這塊石頭形成于多少年前。

可是，問(wèn)題來(lái)了。得到標(biāo)本后，怎么確定當(dāng)中有多少鉛是從鈾衰變而來(lái)的？經(jīng)過(guò)反復(fù)對(duì)比，克萊爾把目光放在了隕石上。

1953年，克萊爾拿到了代亞布羅峽谷的隕石標(biāo)本。隨后，他測(cè)出其中的238U/204Pb比值僅為0.025，說(shuō)明這塊隕石的鈾含量極少，鈾元素的衰變不會(huì)對(duì)原始鉛同位素的比值產(chǎn)生很大影響。克萊爾將這個(gè)比值作為該隕石的初始鉛同位素比值，并假設(shè)地球和隕石的鉛同位素比值具有同樣的演化軌跡。最后，他得出了地球的年齡大約是41億至46億年。

但是，克萊爾還是覺(jué)得這個(gè)結(jié)果不夠精確，他又測(cè)定了含有大量鈾和少量鉛的隕石中的鉛同位素比值。最后，結(jié)合各種數(shù)值，再利用等時(shí)線法，他得出了一個(gè)更為精確的地球年齡——45.5（±0.7）億年，這個(gè)數(shù)字離確定太陽(yáng)系的年齡只剩下最后一步了。

科學(xué)家找到了比地球更加古老的，在原行星盤(pán)還未消散時(shí)就已經(jīng)形成了的那些物質(zhì)，它們就是包裹在碳質(zhì)球粒隕石中的太陽(yáng)系最古老的一類物質(zhì)，一種稱作鈣鋁包裹體的結(jié)晶。借助同位素衰變理論、質(zhì)譜儀和隕石，科學(xué)家經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的努力，逐步揭開(kāi)太陽(yáng)系形成的歷史——太陽(yáng)系經(jīng)歷了40多億年的時(shí)間才變成今天這個(gè)樣子。

你看出來(lái)了嗎？其實(shí)用三個(gè)大步驟就可以測(cè)定太陽(yáng)系的年齡。