Od davnina su ljudi tragali za odgovorom kako je svemir nastao. Međutim, tek u posljednjih nekoliko stoljeća, Znanstvenom revolucijom, prevladavajuće teorije imaju empirijsku prirodu. U to doba, od 16. do 18. stoljeća, astronomi i fizičari počeli su formulirati objašnjenja utemeljena na dokazima kako su započeli naše Sunce, planeti i svemir.
Kada je u pitanju formiranje našeg Sunčevog sustava, najčešće prihvaćen pogled poznat je pod nazivom Nebularna hipoteza. U biti, ova teorija kaže da su se Sunce, planeti i svi drugi objekti Sunčevog sustava formirali od nebuloznih materijala prije milijarde godina. Izvorno predložena da objasni podrijetlo Sunčevog sustava, ova je teorija prerasla u široko prihvaćeno stajalište o tome kako nastaju svi zvjezdani sustavi.
Nebularna hipoteza:
Prema ovoj teoriji, Sunce i svi planeti našeg Sunčevog sustava započeli su kao divovski oblak molekularnog plina i prašine. Tada se prije otprilike 4,57 milijardi godina dogodilo nešto što je uzrokovalo da se oblak uruši. To bi moglo biti posljedica prolazeće zvijezde ili udarnih valova supernove, ali krajnji je rezultat bio gravitacijski kolaps u središtu oblaka.
Od ovog kolapsa, džepovi prašine i plina počeli su se skupljati u gušćim krajevima. Kako se sve gušća regija povlačila u sve više i više materije, očuvanje zamaha uzrokovalo je da se okreće, dok je povećani pritisak doveo do zagrijavanja. Većina je materijala završila u kuglici u središtu, dok je ostatak stvari izbacio na disk koji se vrtio oko nje. Dok je lopta u sredini formirala Sunce, ostatak materijala oblikovao bi se u protoplanetarni disk.
Planeti nastali izvaljavanjem iz ovog diska, u kojem su prašina i plin gravitirali zajedno i spojili se u sve veća tijela. Zbog viših vrelišta, samo metali i silikati mogli bi postojati u čvrstom obliku bliže Suncu, a oni bi s vremenom mogli formirati zemaljske planete Merkura, Venere, Zemlje i Marsa. Budući da su metalni elementi sadržavali samo vrlo mali dio solarne maglice, zemaljski planeti nisu mogli rasti vrlo veliko.
Suprotno tome, divovski planeti (Jupiter, Saturn, Uran i Neptun) formirali su se izvan točke između orbita Marsa i Jupitera, gdje je materijal dovoljno hladan da hlapljivi ledeni spojevi ostanu čvrsti (tj. Linija smrzavanja). Plodovi koji su tvorili ove planete bili su obilniji od metala i silikata koji su tvorili unutarnje zemaljske planete, što im je omogućilo da narastu dovoljno masivno da ulove velike atmosfere vodika i helija. Ostaci ostataka koji nikada nisu postali planeti okupljeni u regijama kao što su Asteroidni pojas, Kuiperov pojas i Oort Cloud.
U roku od 50 milijuna godina, tlak i gustoća vodika u središtu protostara postali su dovoljno veliki da je mogao započeti termonuklearnu fuziju. Temperatura, brzina reakcije, tlak i gustoća povećavali su se dok nije postignuta hidrostatska ravnoteža. U ovom trenutku, Sunce je postalo zvijezda glavnog niza. Sunčev vjetar od Sunca stvorio je heliosferu i istisnuo preostali plin i prašinu iz protoplanetarnog diska u međuzvjezdani prostor, završavajući proces planetarne formacije.
Povijest magnetske hipoteze:
Ideju da Sunčev sustav potječe iz maglice prvi je predložio 1734. godine švedski znanstvenik i teolog Emanual Swedenborg. Immanuel Kant, koji je bio upoznat sa Swedenborgovim radom, dalje je razvio teoriju i objavio je u svom Univerzalna prirodna povijest i teorija nebesa(1755). U ovom je traktatu tvrdio da se plinoviti oblaci (maglice) polako okreću, postupno se urušavajući i ravnajući zbog gravitacije i tvoreći zvijezde i planete.
Sličan, ali manji i detaljniji model predložio je Pierre-Simon Laplace u svojoj traktati Izlaganje du sustav du monde (Izložba svjetskog sustava), koji je objavio 1796. Laplace je teoretizirao da je Sunce izvorno imalo vruću atmosferu u Sunčevom sustavu i da se taj "protostar oblak" hladio i stekao. Kako se oblak brže vrtio, bacio je materijal koji se na kraju kondenzirao kako bi tvorio planete.
Laplacijev magnetski model bio je široko prihvaćen tijekom 19. stoljeća, ali imao je prilično izraženih poteškoća. Glavno pitanje bila je kutna raspodjela momenta između Sunca i planeta, što magnetski model nije mogao objasniti. Osim toga, škotski znanstvenik James Clerk Maxwell (1831. - 1879.) tvrdio je da različite brzine rotacije između unutarnjeg i vanjskog dijela prstena ne mogu dopustiti kondenzaciju materijala.
Također je odbacio astronom Sir David Brewster (1781. - 1868.), koji je izjavio:
"Oni koji vjeruju u Nebularnu teoriju smatraju da je sigurno da je naša Zemlja izvukla svoju čvrstu materiju i atmosferu iz prstena bačenog iz Sunčeve atmosfere, koji se nakon toga skupio u čvrstu vodenu sferu, iz koje je isti bacio Mjesec postupak ... [Pod takvim pogledom] Mjesec mora nužno odnijeti vodu i zrak iz vodenih i zračnih dijelova Zemlje i mora imati atmosferu. "
Početkom 20. stoljeća Laplacijev je model ostao bez prednosti, što je natjeralo znanstvenike da traže nove teorije. Međutim, tek se 1970-ih pojavila moderna i najprihvaćenija varijanta magnetske hipoteze - model solarnog magnetskog diska (SNDM). Zasluge za to zaslužuju sovjetski astronom Victor Safronov i njegova knjiga Evolucija protoplanetarnog oblaka i stvaranje Zemlje i planeta (1972). U ovoj su knjizi formulirani gotovo svi glavni problemi procesa planetarne formacije i mnogi su riješeni.
Primjerice, SNDM model uspješno je objasnio pojavu akumulacijskih diskova oko mladih zvjezdanih objekata. Različite simulacije su također pokazale da akumulacija materijala na tim diskovima dovodi do stvaranja nekoliko tijela veličine Zemlje. Stoga se podrijetlo zemaljskih planeta sada smatra gotovo riješenim problemom.
Iako se izvorno primjenjivao samo na Sunčev sustav, teoretičari su smatrali da su SNDM nakon toga djelovali u cijelom Svemiru, a on je korišten za objašnjenje formiranja mnogih egzoplaneta koji su otkriveni širom naše galaksije.
Problemi:
Iako je nebularna teorija široko prihvaćena, s njom još uvijek postoje problemi koje astronomi nisu uspjeli riješiti. Na primjer, postoji problem nagnutih sjekira. Prema magnetskoj teoriji, sve planete oko neke zvijezde treba se naginjati na isti način u odnosu na ekliptiku. Ali kao što smo saznali, unutarnji i vanjski planeti imaju radikalno različite aksijalne nagibe.
Dok se unutarnji planeti kreću od nagiba od gotovo 0 stupnjeva, drugi (poput Zemlje i Marsa) značajno se naginju (23,4 ° odnosno 25 °), vanjski planeti imaju nagibe koji se kreću od Jupiterovog malog nagiba od 3,13 °, do Saturna i Neptuna više izraženi nagibi (26,73 ° i 28,32 °), do Uranovog ekstremnog nagiba od 97,77 °, u kojem su njegovi stubovi dosljedno okrenuti prema Suncu.
Također, istraživanje ekstrasolarnih planeta omogućilo je znanstvenicima da primijete nepravilnosti koje dovode u sumnju magnetsku hipotezu. Neke od ovih nepravilnosti imaju veze sa postojanjem „vrućih Jupitera“ koji orbitiraju blisko njihovim zvijezdama s razdobljima od samo nekoliko dana. Astronomi su prilagodili nebularnu hipotezu kako bi uzeli u obzir neke od ovih problema, ali još uvijek nisu riješili sva vanjska pitanja.
Jao, čini se da su to pitanja koja imaju veze sa izvorima na koja je najteže odgovoriti. Taman kad pomislimo da imamo zadovoljavajuće objašnjenje, ostaju oni problematični problemi kojih jednostavno ne možemo objasniti. Međutim, između naših trenutnih modela formiranja zvijezda i planeta i rođenja našeg svemira prošli smo dug put. Što više učimo o susjednim zvjezdanim sustavima i istražujemo više svemira, naši će modeli vjerojatno sazrijevati dalje.
Ovdje smo pisali mnoge članke o Sunčevom sustavu u časopisu Space. Evo Sunčevog sustava, je li naš Sunčev sustav započeo s malim praskom ?, i što je bilo ovdje prije Sunčevog sustava?
Za više informacija svakako provjerite podrijetlo Sunčevog sustava i način na koji su nastali Sunce i planeti.
Astronomy Cast također ima epizodu na tu temu - Epizoda 12: Odakle dolaze Baby Stars?
