Ihmiset ovat muistokaudesta lähtien etsineet vastausta siitä, miten maailmankaikkeus tuli. Kuitenkin vasta viimeisen vuosisadan aikana tieteellisen vallankumouksen aikana hallitsevat teoriat ovat olleet empiirisiä. Tänä aikana, 16.-18. Vuosisadalta, astronomit ja fyysikot alkoivat laatia todisteisiin perustuvia selityksiä siitä, kuinka aurinko, planeetat ja maailmankaikkeus alkoivat.
Aurinkokuntamme muodostumisen kannalta laajimmin hyväksytty näkemys tunnetaan nimellä Nebular Hypotees. Pohjimmiltaan tämä teoria väittää, että aurinko, planeetat ja kaikki muut aurinkokunnan kohteet muodostuivat sumuttomasta materiaalista miljardeja vuosia sitten. Alun perin ehdotettiin aurinkokunnan alkuperän selittämiseksi, tästä teoriasta on tullut laajalti hyväksytty näkemys siitä, kuinka kaikkien tähtijärjestelmien on oltava.
Nebular hypoteesi:
Tämän teorian mukaan aurinko ja kaikki aurinkokunnan planeettamme alkoivat jättiläismäisenä molekyylin kaasun ja pölyn pilvina. Sitten, noin 4,57 miljardia vuotta sitten, tapahtui jotain, joka pilven romahti. Tämä olisi voinut johtua ohimenevästä tähdestä tai supernoovasta saaduista aalloista, mutta lopputuloksena oli painovoiman romahtaminen pilven keskellä.
Tästä romahduksesta pöly- ja kaasutaskut alkoivat kerätä tiheämmille alueille. Kun tiheämmät alueet vetäytyivät yhä enemmän aineeseen, vauhdin säilyminen sai sen pyörimään, kun taas kasvava paine aiheutti sen kuumenemisen. Suurin osa materiaalista päätyi palloon keskellä, kun taas loput aineet tasoittuivat levyksi, joka kiertää sen ympärillä. Vaikka pallo keskellä muodosti Auringon, loput materiaalista muodostuisivat protoplanetaariseen kiekkoon.
Tästä kiekosta muodostetut lisäykset muodostivat planeettoja, joissa pöly ja kaasu sovittivat yhteen ja yhdistyivät yhä suurempien kappaleiden muodostamiseksi. Korkeampien kiehumispisteidensä vuoksi vain metalleja ja silikaatteja voisi esiintyä kiinteässä muodossa lähemmäksi aurinkoa, ja nämä lopulta muodostavat elohopean, Venuksen, Maan ja Marsin maanpäälliset planeetat. Koska metalliset elementit muodostivat vain hyvin pienen osan aurinko-sumusta, maanpäälliset planeetat eivät voineet kasvaa kovin suuriksi.
Sitä vastoin jättiläiset planeetat (Jupiter, Saturnus, Uranus ja Neptune) muodostuivat Marsin ja Jupiterin kiertoratojen välisen pisteen ulkopuolelle, missä materiaali on riittävän viileä, jotta haihtuvat jäiset yhdisteet pysyisivät kiinteinä (ts. Frost Line). Jäät, jotka muodostivat nämä planeetat, olivat runsaampia kuin metallit ja silikaatit, jotka muodostivat maan sisäiset planeetat, jolloin ne pystyivät kasvamaan riittävän massiivisiksi, jotta ne voisivat vangita suuria vety- ja heliumiatmosfäärejä. Jäljellä olevat roskat, joista ei koskaan tullut planeettoja, kokoontuivat sellaisille alueille kuin Asteroidivyö, Kuiperinvyö ja Oort-pilvi.
50 miljoonan vuoden sisällä vedyn paineesta ja tiheydestä protostarin keskustassa tuli tarpeeksi suuri, jotta se voisi aloittaa lämpöydinfuusion. Lämpötila, reaktionopeus, paine ja tiheys nousivat, kunnes hydrostaattinen tasapaino saavutettiin. Tässä vaiheessa Auringosta tuli pääsekvenssin tähti. Auringon aurinkotuuli loi heliosfäärin ja pyyhkäisi protoplanetaarisesta levystä jäljellä olevan kaasun ja pölyn tähtienväliseen avaruuteen lopettaen planeettojen muodostumisprosessin.
Nebular hypoteesin historia:
Ruotsalainen tiedemies ja teologi Emanual Swedenborg ehdottivat ajatusta siitä, että aurinkokunta on alkanut sumusta. Swedenborgin työhön perehtynyt Immanuel Kant kehitti teoriaa edelleen ja julkaisi sen teoksessaan Taivaan universaali luonnonhistoria ja teoria(1755). Tässä tutkielmassa hän väitti, että kaasumaiset pilvet (sumu) pyörittävät hitaasti, romahtaen vähitellen ja tasoittuen painovoiman vuoksi ja muodostaen tähtiä ja planeettoja.
Pierre-Simon Laplaz ehdotti tutkielmassaan samanlaista, mutta pienempää ja yksityiskohtaisempaa mallia Näyttely du system du monde (Näkymä maailmanjärjestelmästä), jonka hän julkaisi vuonna 1796. Laplaps totesi, että Auringossa oli alun perin jatkettu kuuma ilmapiiri koko aurinkokunnassa ja että tämä “protostaripilvi” jäähtyi ja supistui. Kun pilvi pyöri nopeammin, se heitti pois materiaalia, joka lopulta tiivistyi muodostamaan planeettoja.
Laplacian sumu malli hyväksyttiin laajasti 1800-luvulla, mutta sillä oli joitain melko selviä vaikeuksia. Pääkysymys oli aallon ja planeetojen välinen kulmavirran jakautuminen, jota sumumainen malli ei pystynyt selittämään. Lisäksi skotlantilainen tutkija James Clerk Maxwell (1831 - 1879) väitti, että renkaan sisä- ja ulkoosien väliset erilaiset pyörimisnopeudet eivät mahdollista materiaalin tiivistymistä.
Sen hylkäsi myös tähtitieteilijä Sir David Brewster (1781 - 1868), joka totesi seuraavaa:
Ne, jotka uskovat Nebular-teoriaan, pitävät varmana sitä, että maapallomme on saanut kiinteän aineensa ja ilmakehänsa aurinkokehään heitetystä renkaasta, joka myöhemmin supistui kiinteään maapallosfääriin, josta sama heitti Kuun. prosessi… [Tällaisessa näkymässä] Kuun on välttämättä kuljettava vettä ja ilmaa maan vesisistä ja ilmaosista, ja siinä on oltava ilmapiiri. "
1900-luvun alkupuolelle mennessä Laplacian malli oli menettänyt suosionsa, joka kehotti tutkijoita etsimään uusia teorioita. Kuitenkin vasta 1970-luvulla syntyi moderni ja laajimmin hyväksytty variantti sumun hypoteesista - aurinkosumulaitteen malli (SNDM). Kiitos tästä menee Neuvostoliiton tähtitieteilijä Victor Safronoville ja hänen kirjalleen Protoplanetaarisen pilven kehitys ja maan ja planeettojen muodostuminen (1972). Tässä kirjassa muotoiltiin melkein kaikki planeettojen muodostumisprosessin tärkeimmät ongelmat ja monet ratkaistiin.
Esimerkiksi SNDM-malli on onnistunut selittämään lisääntymislevyjen ulkonäön nuorten tähtiesineiden ympärillä. Erilaiset simulaatiot ovat myös osoittaneet, että materiaalin lisääntyminen näihin levyihin johtaa muutaman maapallon elimen muodostumiseen. Siten maanpäällisten planeettojen alkuperää pidetään nyt melkein ratkaistuina ongelvina.
Vaikka teoreetikot käyttivät SNDM: ää alun perin vain aurinkokuntaan, sen jälkeen he pitivät työtä kaikkialla maailmankaikkeudessa, ja sitä on käytetty selittämään monien galaksissamme havaittujen eksoplaneettojen muodostumista.
Ongelmat:
Vaikka sumuinen teoria hyväksytään laajasti, siinä on edelleen ongelmia, joita tähtitieteilijät eivät ole pystyneet ratkaisemaan. Esimerkiksi kaltevien akselien ongelma. Neulan teorian mukaan kaikki tähden ympärillä olevat planeetat tulisi kallistaa samalla tavalla ekliptisiin nähden. Mutta kuten olemme oppineet, sisä- ja ulkoplaneettoilla on radikaalisti erilaiset aksiaalikulmat.
Sisäisten planeettojen kallistusaste on melkein 0 astetta, kun taas muiden (kuten Maan ja Marsin) kaltevuus on huomattava (vastaavasti 23,4 ° ja 25 °), ulkoapäin planeetoilla on kallistus, joka vaihtelee Jupiterin pienimmästä kallistuskorkeudesta 3,13 ° Saturnuksen ja Neptunuksen enemmän voimakas kallistus (26,73 ° ja 28,32 °), Uranuksen äärimmäiseen kallistumaan 97,77 °, jossa sen navat ovat johdonmukaisesti päin aurinkoa kohti.
Lisäksi ekstrasolaaristen planeettojen tutkimus on antanut tutkijoille mahdollisuuden havaita epäsäännöllisyyksiä, jotka asettavat kyseenalaiseksi neulan hypoteesin. Jotkut näistä epäsäännöllisyyksistä liittyvät "kuumien Jupitereiden" olemassaoloon, jotka kiertävät läheisesti tähtiinsä vain muutaman päivän jaksoilla. Tähtitieteilijät ovat mukauttaneet sumuhypoteesin ottaakseen huomioon joitain näistä ongelmista, mutta niiden ei ole vielä käsiteltävä kaikkia syrjäisiä kysymyksiä.
Valitettavasti näyttää siltä, että se kysymykset, jotka liittyvät alkuperään, joihin on vaikeinta vastata. Juuri kun uskomme, että meillä on tyydyttävä selitys, jäljellä on edelleen niitä hankalia kysymyksiä, joista se ei yksinkertaisesti ota huomioon. Tähtien ja planeettojen nykyisten muodostumismalleidemme ja maailmankaikkeuden syntymän välillä olemme kuitenkin edenneet pitkälle. Kun opimme lisää viereisistä tähtijärjestelmistä ja tutkimme lisää kosmosta, mallimme todennäköisesti kypsyvät edelleen.
Olemme kirjoittaneet monia artikkeleita aurinkokunnasta täällä Space Magazine -lehdessä. Tässä on aurinkokunta, aloittiko aurinkokuntamme pienellä räjähdyksellä? Ja mikä oli täällä ennen aurinkojärjestelmää?
Saadaksesi lisätietoja, muista tarkistaa aurinkokunnan alkuperä ja miten aurinko ja planeetat muodostuivat.
Astronomy Cast -teoksella on myös jakso aiheesta - Jakso 12: Mistä vauvatähdet tulevat?
