Ανακαλύπτοντας την ηλικία των πάντων

Ο χρόνος μπορεί να είναι μυστηριώδης, αλλά ένα πράγμα μπορούμε να πούμε με σιγουριά γι’ αυτόν: υπάρχει εδώ και πάρα πολύ... χρόνο.

Η σύγχρονη κοσμολογία χρονολογεί την αρχή του Σύμπαντος πριν από περίπου 13,75 δισ. χρόνια – μιλάμε, δηλαδή, για διάρκεια ύπαρξης της τάξεως των 4,3 Χ 1017 δευτερολέπτων, με απόκλιση λίγων εκατομμυρίων δισεκατομμυρίων.
Πώς ξέρουμε την ηλικία του Σύμπαντος; Ο υπολογισμός της περιλαμβάνει μια πολύπλοκη σειρά εκτιμήσεων σχετικά με τη γεωμετρία του, τον ρυθμό επέκτασής του και τη σύστασή του.
Ωστόσο, σχετικά πρόσφατα αποκτήσαμε κάποια εκτίμηση η οποία να είναι ικανοποιητική, αφού ως πριν από κάποια χρόνια τα κοσμολογικά μοντέλα έδειχναν ότι το Σύμπαν είναι νεότερο από τα αρχαιότερα άστρα του.
Κοσμολογικές ηλικίες
Τώρα πια, όμως, όπως αναφέρει ο Σόρεν Μέιμπομ από το Κέντρο Αστροφυσικής Harvard - Smithsonian στο Κέιμπριτζ της Μασαχουσέτης, υπάρχει σύγκλιση των εκτιμήσεων και των παρατηρήσεων των επιστημόνων.
Ερευνητές της NASA χρησιμοποίησαν πρόσφατα το διαστημικό όχημα εξερεύνησης της ανισοτροπίας της μικροκυματικής ακτινοβολίας Wilkinson (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) προκειμένου να μελετήσουν την κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου, η οποία θεωρείται ότι αποτελεί υπόλειμμα της Μεγάλης Εκρηξης.
Κατάφεραν έτσι να παραγάγουν τις πιο ακριβείς μετρήσεις διαφορετικών κοσμολογικών παραμέτρων που χρησιμοποιούνται για τη χρονολόγηση του Σύμπαντος και οι οποίες δείχνουν ότι η ηλικία του είναι 13,75 δισεκατομμύρια έτη.
Εν τω μεταξύ βελτίωση παρουσιάζουν και οι μέθοδοι χρονολόγησης της ηλικίας των άστρων – παρ’ ότι η συγκεκριμένη χρονολόγηση αποτελεί μια μεγάλη και δύσκολη πρόκληση. Η χρονολόγηση των άστρων αφορά μέτρηση ιδιοτήτων όπως η μάζα, η χημική σύνθεση και η θερμοκρασία και η σύγκρισή τους με μοντέλα που δείχνουν πώς αυτές οι παράμετροι μπορούν να αλλάξουν μακροπρόθεσμα για ένα συγκεκριμένο είδος άστρου.
Ένα πρόβλημα σε ό,τι αφορά τη συγκεκριμένη προσέγγιση είναι ότι πολλά από αυτά τα μοντέλα αναφέρονται σε ένα και μόνο άστρο του οποίου την ηλικία και τα χαρακτηριστικά μπορούμε να μετρήσουμε ανεξάρτητα – δεν είναι άλλο από τον Ήλιο μας.«Το γεγονός αυτό δυσκολεύει τα πράγματα» λέει ο Μέιμπομ.
Με όργανο τους μετεωρίτες
Πιο κοντά στη Γη, μπορούμε πάντως να αισθανόμαστε μεγαλύτερη αυτοπεποίθηση σχετικά με τις δεξιότητές μας στη χρονολόγηση. Πιστεύουμε ότι γνωρίζουμε περίπου πόσων ετών είναι ο Ήλιος μας και όσα τον περιβάλλουν μέσω της ανίχνευσης ραδιενεργών υπολειμμάτων σε μάζες των αρχέγονων υλικών του ηλιακού συστήματος τα οποία «πέφτουν» από τον ουρανό: πρόκειται για τους μετεωρίτες. Η αναλογία ισοτόπων μολύβδου στον μετεωρίτη Allende, ο οποίος έπεσε στο Μεξικό το 1969, δείχνει ότι η ηλικία του μετεωρίτη είναι 4,57 δισ. χρόνια – και κατ’ επέκταση το ηλιακό σύστημα δεν είναι πολύ... γηραιότερο.
Αυτού του είδους η ραδιομετρική χρονολόγηση μας επιτρέπει να βρίσκουμε την ηλικία αντικειμένων από τις απαρχές της Γης ως σήμερα. Με βάση τη συγκεκριμένη μέθοδο θεωρείται ότι από έναν μεγάλο αριθμό ραδιενεργών ατόμων ένας δεδομένος αριθμός θα έχει διασπαστεί ως έναν δεδομένο χρόνο.
Μετρώντας πόση ακριβώς ποσότητα ενός ατόμου έχει «σφραγιστεί» σε ένα πέτρωμα σε σύγκριση με τα προϊόντα της διάσπασής του μπορούμε να υπολογίσουμε την ηλικία του πετρώματος.
Για τα περισσότερα πετρώματα η μέθοδος πρώτης επιλογής είναι η χρονολόγηση ουρανίου - μολύβδου. Τα ζιρκόνια είναι πυριτικά μέταλλα που εντοπίζονται σε πυριγενή πετρώματα και συχνά ενσωματώνουν ίχνη ουρανίου στις κρυσταλλικές δομές τους.
Δύο ισότοπα – ουράνιο-238 με χρόνο ημίσειας ζωής 4,5 δισ. ετών και ουράνιο-235 με χρόνο ημίσειας ζωής 704 εκατομμυρίων ετών – διασπώνται μέσω δύο ανεξάρτητων οδών, αλλά αμφότερα μετατρέπονται σε ένα σταθερό ισότοπο του μολύβδου. Το γεγονός αυτό προσδίδει υψηλό επίπεδο ακρίβειας. «Θεωρείται ευρέως ο χρυσός κανόνας χρονολόγησης» λέει ο Αλαν Ντίκιν, γεωλόγος στο Πανεπιστήμιο Μακ Μάστερ στο Οντάριο του Καναδά.
Η αξία του άνθρακα
Για τους «νεότερους» βράχους και τα προϊστορικά ανθρώπινα τεχνήματα χρησιμοποιούνται άλλα ισότοπα τα οποία παρέχουν ακριβέστερα αποτελέσματα. Η μετάπτωση του καλίου σε αργό έχει χρησιμοποιηθεί για τη χρονολόγηση των πρώτων ανθρώπινων εργαλείων στο φαράγγι Ολντουβάι της Τανζανίας – τα εργαλεία κρίθηκε ότι ήταν περίπου 2 εκατομμυρίων ετών. Πάντως τα πιο σημαντικά κομμάτια της πιο πρόσφατης ανθρώπινης ιστορίας – ως πριν από περίπου 60.000 έτη – έχουν γραφτεί στη γλώσσα των ισοτόπων άνθρακα.
Παρ’ ότι το συμβατικό ισότοπο άνθρακα-12 είναι σταθερό, μια μεταλλαγμένη μορφή του με δύο επιπλέον νετρόνια, ο άνθρακας-14, έχει χρόνο ημίσειας ζωής 5.730 ετών. Τα φυτά ενσωματώνουν και τις δύο μορφές του άνθρακα μέσω της φωτοσύνθεσης και από αυτά τα ισότοπα περνούν στην τροφική αλυσίδα.
Όταν ένας οργανισμός πεθαίνει, ο άνθρακας-14 σταδιακά διασπάται. Αποτελεί έναν πολύ χρήσιμο δείκτη για πλήθος χρονολογήσεις – από τους αποξηραμένους καρπούς φυτών ως τα παγωμένα μαμούθ.
Είναι ενθαρρυντικό να γνωρίζουμε ότι, όταν θα βρισκόμαστε πλέον κάτω από τη γη, τα σώματά μας θα συνεχίσουν να καταγράφουν το πέρασμα του χρόνου.

1 δευτερόλεπτο ένας παλμός της ανθρώπινης καρδιάς
100-200 χιλιοστά του δευτερολέπτου ο χρόνος των ανθρώπινων ανακλαστικών
4,54  δισ. χρόνια η ηλικία της Γης
13,7δισ. χρόνια η ηλικία του Σύμπαντος
235 εκατομμύρια χρόνια μια πλήρης περιστροφή του γαλαξία μας
200.000 χρόνια η ύπαρξη του Homo sapiens στη Γη

ΠΟΤΕ ΓΕΡΝΑΜΕ ΠΕΡΙΣΣΟΤΕΡΟ;
Nα πάμε στο Διάστημα;
Ο ρώσος αστροναύτης Σεργκέι Κρικάλεφ κατέχει το ρεκόρ της μεγαλύτερης παραμονής στο Διάστημα – συνολικά 803 ημέρες. Αν και η έλλειψη βαρύτητας που υπάρχει εκεί αύξησε την ηλικία του, η αύξηση αυτή αντισταθμίστηκε από την «ανανεωτική» επίδραση της μεγάλης ταχύτητας. Επομένως είναι 21 χιλιοστά του δευτερολέπτου νεότερος από ό,τι θα ήταν αν είχε παραμείνει συνεχώς στη Γη.
Ο γύρος του κόσμου με αεροπλάνο
Αν επαναλάβετε ένα διάσημο πείραμα που έγινε με ατομικά ρολόγια, θα γεράσετε 40 νανοδευτερόλεπτα λιγότερο κάνοντας τον γύρο του πλανήτη με αεροπλάνο πετώντας προς τα ανατολικά, σύμφωνα με τη φορά της περιστροφής της Γης. Αν πετάξετε ωστόσο προς τα δυτικά, θα «φορτωθείτε» με 273 παραπανίσια νανοδευτερόλεπτα.
Το κεφάλι γερνάει περισσότερο από τα πόδια
...κατά περίπου 10 -11 δευτερόλεπτα την ημέρα. Αν ζήσετε ως τα 80, η διαφορά αυτή φθάνει τα 300 νανοδευτερόλεπτα.
Καλύτερα σε μονοκατοικία...
Αν μείνετε για έναν χρόνο στον τελευταίο όροφο του υψηλότερου ουρανοξύστη στην Αυστραλία, θα είστε 950 δευτερόλεπτα γηραιότεροι από ό,τι αν μένατε σε μια ισόγεια μονοκατοικία.
Νέοι στη Νεκρά Θάλασσα
Αν περάσετε 40 χρόνια στις ακτές της Νεκράς Θάλασσας, στο χαμηλότερο υψόμετρο της επιφάνειας της Γης, θα γεράσετε 48 μικροδευτερόλεπτα λιγότερο από κάποιον ο οποίος ζει στο επίπεδο της θάλασσας και 750 μικροδευτερόλεπτα λιγότερο από τους κατοίκους της Λα Ρινκονάδα του Περού, οι οποίοι ζουν σε υψόμετρο 5.100 μέτρων.