InfoRadar
Мазмұны
Адамзат өзінің бастауынан бері аспанға қарап, Жер мен басқа аспан денелерінің құрылысы туралы сұрақтар қойып келеді. Алайда планеталардың ішкі бөлігі — ядролары — туралы қызығушылық көп кешірек, ғылым көрінетін шектен тысқары шыққан кезде ғана пайда болды. Жердің ішінде қызған ядро болуы мүмкін деген пікір ұзақ уақыт миф пен гипотеза аясында қалды. Тек XIX–XX ғасырларда физика, геология және сейсмология дамығаннан кейін ғана ғалымдар тау жыныстарының мыңдаған километрлік қабатының астын зерттеуге мүмкіндік алды. Бүгінде ядроны зерттеу — тек геологиялық емес, сонымен қатар планетологиялық мәселе, ол Марс, Шолпан және тіпті газды гиганттарды қамтиды. Мифтен бастап модельдеуге, содан кейін ғарыштық миссияларға дейінгі бұл жол теория, бақылау және технологиялық прогресс үйлесуі арқасында мүмкін болды.
Алғашқы болжамдар: мифтен ғылыми пікірлерге дейін
Ертеде Жердің орталығы — өлім әлемінің немесе жалқынды түбінің орны деп сенілді. Ағартушылық дәуірінде де көпшілік ғалымдар Жердің іші суық пен қатты деп ойлады. Тек XVIII ғасырдың соңында француз геологы Бюффон Жердің бастапқыда қызған шар болғанын, сыртқы қабаты біртіндеп суынғанын болжады.
- XIX ғасырда ағылшын физигі Джон Гершель планетаның тығыздығы туралы мәліметтерге сүйене отырып, балқыған ядро болуы мүмкін деп пікір айтты;
- Жердің магнит өрісі туралы деректер де ішкі қозғалыстағы өткізгіш массаның бар екенін болжатты;
- бірақ тікелей бақылау әдістерінің жоқтығы бұл пікірлерді спекулятивті қылды;
- шынындағы жаңалық тек сейсмология пайда болғаннан кейін мүмкін болды.
Бұл алғашқы болжамдар негіз қалады, бірақ ядроны ғылыми түрде зерттеу адамзатқа тау қабаттарынан өтіп көре алатын «көз» пайда болған кезде ғана басталды.
Сейсмологияның тууы мен Жер ядроның ашылуы
Өзгеріс XX ғасырдың басында болды. 1906 жылы ирландиялық геофизик Ричард Долли Жер сілкінісінің эпицентрінен белгілі бір қашықтықта ұзындық бойынша таралатын сейсмикалық толқындар тіркелмейтінін анықтады. Бұл толқындар сынып немесе жұтылатын шекарадан бар екенін көрсетті.
- 1914 жылы неміс ғалымы Бенио Гутенберг бұл шекараның тереңдігін — шамамен 2900 километр — дәл анықтады, бұл сыртқы ядроның радиусы болды.
- 1936 жылы даниялық сейсмолог Инге Леманн сыртқы ядроның ішінде қатты ішкі ядро бар екенін ашты.
- Бұл ашылымдар тереңге бірде-бір рет бұрғылаусыз, тек сейсмограммаларды талдау арқылы жасалды.
Сонымен, Жер ядроы «көзбен» емес, теңдеулер мен планета арқылы өтетін толқындар арқылы «көрінді». Бұл жанама ғылыми әдістің жеңісі болды.
Модельдеу мен зертханалық тәжірибелер
Ядроның шекаралары анықталғаннан кейін оның құрамы мен физикалық күйін зерттеу басталды. Ғалымдар 5–6 мың километр тереңдіктегі жағдайларды қайта жасау үшін экстремалды қысым мен температура қажет екенін түсінді.
- зертханаларда алмаз наковальнялары көмегімен Жер ядроына жақын 360 гигапаскальға дейінгі қысым жасалады;
- тәжірибелер Жер ядроының негізін темірдің никель, күкірт пен кремний қоспаларымен құрайтынын көрсетті;
- компьютерлік модельдеу сұйық сыртқы ядроның динамикасын және магнит өрісінің түзілуін қайта жасауға көмектесті;
- бұл мәліметтер Жердің тығыздығы мен гравитациясы туралы деректермен сәйкес келеді.
Адам ядроға бармаса да, ғылым оны виртуалды түрде «саяхаттауға» мүмкіндік береді — модельдер мен Жердегі тәжірибелер арқылы.
Жерден тыс шығу: планетология мен ғарыштық миссиялар
XX ғасырдың ортасынан бастап ядроларға деген қызығушылық басқа планеталарға да тарады. Ғарышқа шығу Жерден тыс денелердің ішкі құрылымын гравитациялық өрістер, магнитосфералар және басқа әлемдерден алынған сейсмикалық деректер арқылы зерттеуге мүмкіндік берді.
- 1970 жылдары айға қалдырылған сейсмометрлер Айдың кішкентай қатты ядроы бар екенін растады.
- NASA-ның «InSight» миссиясы (2018–2022) Марста сейсмограф көмегімен қызыл планетаның шамамен 1830 км радиусты сұйық ядроы бар екенін анықтады.
- «Кассини» мен «Юнона» сияқты ғарыш аппараттарынан алынған мәліметтер Сатурн мен Юпитер сияқты газды гиганттардың ядролары туралы пікір айтуға мүмкіндік береді.
Сонымен, ядроларды зерттеу ғылымның геофизика мен астрономияны біріктіретін көп планеталық бағытына айналды.
Қазіргі әдістер мен геонейтрино
XXI ғасырда принципиалды жаңа тәсілдер пайда болды. Оның бірі — Жер ішіндегі радиоактивті ыдырау кезінде пайда болатын элементар бөлшектер — геонейтриноны пайдалану.
- KamLAND (Жапония) және Borexino (Италия) сияқты детекторлар бұл нейтриноны ұстап, Жердің мантиясы мен ядроындағы уран, торий мен калий мөлшерін бағалайды;
- бұл Жердің жылу энергиясына радиоактивті ыдырау қаншалықты үлес қосатыны туралы түсінік береді;
- сигнал әлсіз болса да, ядроның тек механикалық емес, сонымен қатар энергетикалық «машина» екенін растайды;
- болашақта бұл әдістер басқа планеталарға да қолданылуы мүмкін.
Бұл бағыт фундаменталды физиканың Жер туралы ғылымдармен қалай тығыз байланысқанын көрсетеді.
Болашақ тұрғысынан қарағандағы көзқарас пен шақырулар
Табыстарға қарамастан, көптеген сұрақтар ашық қалады. Мысалы, ядроның дәл химиялық құрамы, ішкі ядроның асимметриясының себептері немесе Жер тарихында магнит өрісінің «қайта іске қосылу» механизмі әлі түсініксіз. Келесі онжылдықтарда Шолпан, Меркурий және мұзды серіктерге арналған жаңа ғарыштық миссиялар қосымша деректер беруі мүмкін.
Планеталар ядроларын зерттеу — бұл тек Күн жүйесінің өткені туралы жауап іздеу ғана емес, сонымен қатар әлемдегі тіршілікке ыңғайлы ортаны түсінудің кілті. Себебі ядро өндіретін магнит өрісі атмосфераны күн желінен қорғап, тіршілікке ыңғайлы жағдай жасайды. Бүгінде ғылым планеталардың ішкі құрылысы олардың беті сияқты зерттелетін дәуірге төрілді. Ал Жердің қызған орталығы туралы болжамнан бастаған адамзат қазір әлемнің алыс әлемдерінің ішіне ғылымның көрінбейтін, бірақ әлдеқайда дәл «көздері» арқылы қарауға қабілетті.
