700 millioner år - det tog så meget for vores solsystem at dannes. En kort tid på universets skala. Men alle nøglebegivenhederne for vores "solfamilie" formåede at ske i løbet af denne tid. Hvad er de?
I starten var der en sky
Det hele startede for omkring 4 milliarder for 600 millioner år siden. Det var da, at en enorm sky af molekylært støv, der stille og roligt svævede i Mælkevejen, pludselig begyndte at krympe. Dette skete takket være en supernova, der flammede op i nærheden, hvor chokbølgen passerede gennem hele skyen og fremkaldte et tyngdekraftkollaps. Og eksplosionen af en kæmpe stjerne fyldte skyen med gas og tunge elementer - jern og uran, som senere blev solstenens byggesten.
Komprimeringen var meget hurtig. Derudover roterede skyen også. Faktum er, at alt omkring os, inklusive galaksen, er i konstant rotation. Rotation er en del af stjernekollapsens fysik. Da tyngdekraften opstod i gasstøvskyen, begyndte den ikke kun at rotere hurtigere, men blev også fladt til en disk. Under forhold med hurtig kompression og kaotisk rotation begyndte gas og støv at komprimere i mange klumper. Disse klumper var intet andet end fremtidige stjerner.
Meget snart vil en del af denne sky blive et fragmenteret solsystem, hvis centrum en lys protostjerne vil skinne. Det begynder at absorbere støv og gas, som derefter bestod af soltågen. Mest af alt dette "affald" vil ende i solens tarm, og planeter, satellitter, asteroider og endda os selv er dannet af de små rester.
Solsystemet var ikke det eneste "barn" af en enorm gas- og støvsky, samtidig blev dets "brødre" - andre stjernesystemer "født" med det.
Vi kan observere det samme i dag i konstellationen Orion, gennem hvilken en kæmpe molekylær sky strækker sig hundreder af lysår. Nogle steder ses unge stjerner dannes fra disse klumper, som kæmpe discokugler, der belyser den omgivende gas med alle regnbuens farver.
Salgsfremmende video:
Orion-tåge
Foto: NASA
I dag er der to tilgange til dannelsen af planetariske systemer. En af dem er udviklingen af den sovjetiske videnskabsmands Viktor Safronovs ideer, den såkaldte tilvænningsmodel til kernen. Ifølge denne model dannes der i starten en bestemt blank planet, et embryo, en stenet kerne, som gas derefter accelererer med, og der dannes en kæmpe planet som Jupiter, Saturn eller andre kæmpe planeter. Den anden tilgang er forbundet med forsøg på at forklare dannelsen af planeter i den protoplanetære disk ved hjælp af den samme mekanisme, der fører til dannelsen af stjerner, det vil sige tyngdekraftsstabilitet. Hvis disken er massiv nok, og der er meget stof i den, kan der dannes nogle inhomogeniteter, som komprimeres under indflydelse af deres egen tyngdekraft. Hvis de er massive nok, vil de falde indad,kollaps og forvandles til massive planeter. I det videnskabelige samfund har den første, Safronov-teorien om dannelse af planeter, stadig en fordel.
Planethesals
I sin "barndom" havde solsystemet ingen planeter. Solen selv, som sådan, eksisterede heller ikke - der var kun en lille protostjerne, hvis lys var meget svagt på grund af gas og støv, der ophobede sig omkring det. Planeterne dannes dog meget hurtigt.
Materialet til deres "fremstilling" blev opdelt i flere "lag" afhængigt af diskens temperaturer. Tættere på protosunen fordampede alt ved temperaturer over 2.000 grader. I en afstand af 8 millioner km var der en stenlinje, hvor metaller og mineraler størknede. Den næste grænse kaldes normalt snelinjen - dette er den øvre grænse for det indre solsystem. Vand, metan og ammoniak findes her kun i form af is. Men hvorfor taler vi om disse stoffer? Det er simpelt - der er de fleste af dem i solsystemet, især vand. Disse er alle komponenter af brint i en eller anden form, og brint er det mest rigelige element i solsystemet på det tidspunkt.
Både disse og andre elementer er forenet af en ting - de er stadig her i form af mikroskopiske partikler. Men meget snart, ved tilvækst, vil de begynde at blive tiltrukket af hinanden, og de vil blive til sten og isstykker, som igen også vil tiltrække sig sammen. De danner mere eller mindre store stenstykker (ca. 1 km 1,5 km), kaldet planetesimals. Dette er det første byggemateriale, hvorfra protoplaneter, planeternes "embryoner", vil blive dannet i 3 millioner år.
Kunstnerisk vision om snelinjen
Foto: ESA
Gas giganter
I mellemtiden er protoplaneter ens i størrelse med månen. De kolliderer med hinanden og danner store planeter. Planeterne i det indre solsystem - Kviksølv, Venus, Jorden og Mars - viste sig at være små, mindre end de ydre, fordi de fik mindre byggemateriale (tættere på stjernen, hvor den er varm nok på grund af sin stråling, is kan ikke kondensere, kan ikke kondensere vand, ammoniak og andre gasser til fast stof, derfor kan der kun dannes stenede planeter der, så disse planeter er mindre massive, fordi mindre stof er tilgængeligt til deres dannelse).
Bogstaveligt talt om 3 millioner år vises en kæmpe af solsystemet - ungfrossen Jupiter. Før Jupiter blev en gaskæmpe, var han en superjord - en stor stenet planet med en masse, der var flere gange så stor som Jorden. Det fortsatte med at vokse og tiltrak nye protoplaneter til sig selv. På grund af sin masse er Jupiter blevet en "tyngdekraftsrøver". Ligesom en rumstøvsuger absorberede den alle gasser i sin vej og er i 100 tusind år steget 90% af sin nuværende masse.
Andre planeter i det ydre solsystem - Saturn, Uranus og Neptun - fulgte hans "hooligan" -eksempel. Og selvom de fleste af dem ikke kunne akkumulere en så overbevisende "muskel" -masse, absorberede Jupiter og Saturn i sidste ende 92% af alt materiale, der ikke er sol!
Takket være disse to gigants "gluttony" løb næsten al gas i det, især brint og helium, som Jupiter og Saturn voksede så hurtigt, i løbet af de 10 millioner år af eksistensen af det unge solsystem. Deres uimodståelige "grådighed" spillede imidlertid i hænderne på deres mere "beskedne" brødre. Når alt kommer til alt, hvis Jupiter og Saturn ikke tiltrak al gas og støv, kunne vi kun betragte vores sol som en ret svag uklar disk. Dog kunne de ikke - i fravær af normalt sollys kunne livet på vores planet næppe opnå en sådan variation, at sådanne nysgerrige væsner som Homo sapiens dukkede op på den. Solen bidrog dog selv til dette. Når alt kommer til alt fortsatte det med at absorbere brint og helium, ellers ville det ikke være vokset til denne størrelse og forblev en protostjerne. Jupiter kunne forresten selv være blevet en stjerne,hvis det havde en meget større masse.
Solens anden fødsel
Vores sol blev født to gange. Den stjerne, vi hidtil har talt om, var kun en protosun. I begyndelsen af hendes liv var lysets spektrum anderledes. Protosunen var så energisk som den er nu, men mere rød. I en alder af 50 millioner år sker der en væsentlig begivenhed med solsystemet - vores stjerne når en kritisk temperatur og et tryk, og en kernereaktion begynder i sin kerne. Med energien fra en brintbombe eksploderer vores protosun, og en ny fuldverdig stjerne fødes.
Indre planeter
Solen var moden, og den dannede Jupiter, Saturn, Uranus og Neptun fløj over sneen. I mellemtiden, i den varme indre region, hvor der var mange klipper og lidt gas, opstod kaos, da små protoplaneter fortsatte med at kollidere og vokse.
Dannelsen af de indre planeter i solsystemet varede 10 gange længere end dannelsen af gaskæmper. Efter 75 millioner år er denne proces afsluttet. Støvet fra disse "slag" forsvandt, og konturerne af fire indre planeter - Kviksølv, Venus, Jorden og Mars - kom fra dybden af rummet.
Jordens barndom var imidlertid vanskelig. På det tidspunkt, hvor proto-jorden nåede sin nuværende størrelse og tog en stabil bane, havde den en rumforfølger. Det menes, at Jorden i de indledende faser af udviklingen blev ledsaget af en anden protoplanet - Thea. Det havde næsten den samme bane som Jorden. Hun fulgte bogstaveligt talt hælene. Det er ikke overraskende, at en sådan "kontrol" før eller senere måtte resultere i en hård "konflikt" - planeterne kolliderede. Og igen, store katastrofer blev til en stor skabelse - fra affaldet fra Thea og jorden selv, en satellit - Månen blev dannet (læs om dette i sidste nummer af magasinet i artiklen "Jordens historie på 30 minutter"). Efter at have overlevet katastrofen og dannet Månen, er Jorden blevet en af de mest stabile planeter i det indre solsystem. Dette er sandsynligvis en anden grundhvorfor livet dukkede op på det (i det mindste så forskelligt).
Asteroidring og Kuiper-bælte
Det ser ud til, at dannelsen af planeterne er forbi, men mellem Mars og Jupiter er der i dag en ring, der skulle have forvandlet sig til en anden planet for længe siden. Men hendes fødsel er umulig - "skurkens skæbne" i form af den kæmpe Jupiter tillader ikke hende at danne sig: Gasplanets tyngdekraft skubber konstant asteroider sammen og forhindrer dem i at blive tiltrukket af hinanden.
Tættere på kanten af solsystemet, ud over Neptuns bane, er der en anden ring af asteroider - Kuiper-bæltet. Der er mange klipper og is i den, men de flyver alle så langt fra hinanden, at de næsten aldrig kolliderer, derfor danner de ikke planeter.
Genstandene til hovedbæltet vises i grønt, den spredte disk - i orange. De fire ydre planeter er fremhævet i blåt, de trojanske asteroider i Neptun i gul og Jupiter i lyserød. Udseendet af mellemrummet i bunden af figuren skyldes tilstedeværelsen af mælkevejen i dette område, der skjuler svage genstande
Ud over asteroideringen og Kuiper-bæltet er der også et hypotetisk sfærisk område i solsystemet kaldet Oort-skyen. Det er hun, der ifølge mange forskere betragtes som "hjemlandet" for langvarige kometer. Og selvom eksistensen af Oort-skyen ikke er bekræftet instrumentelt, indikerer mange indirekte data dens eksistens. Oort-skyen menes at være en rest af den oprindelige protoplanetære disk, der dannedes omkring solen for omkring 4,6 milliarder år siden. Den generelt accepterede hypotese er, at Oort Cloud-objekter oprindeligt dannede sig meget tættere på Solen i den samme proces, som planeter og asteroider blev dannet, men tyngdekraftsinteraktion med unge gigantiske planeter som Jupiter kastede disse objekter i ekstremt aflange elliptiske eller parabolske baner. …
Sen tung bombardement
50 millioner år efter solsystemets fødsel var der dog 100 gange flere kroppe i Kuiper-bæltet og asteroideringen end i dag. Alle har spillet en destruktiv, men meget vigtig rolle i udviklingen af de stenrige indre planeter, inklusive vores jord.
Årsagen til dramaet var dog dengang gaskæmperne, hvis fordrevne kredsløb næsten ødelagde solsystemet. Da Jupiter trådte i resonans med Saturn, opstod tyngdekraften spænding, og der opstod en katastrofe - planeterne spredt over solsystemet. To planeter, Neptun og Uranus, led mest. Deres baner vendes.
Jupiter-Saturn-resonansen har tyndt både asteroidebæltet og Kuiper-bæltet grundigt ud. 99% af ligene i asteroiden og Kuiper-bælterne var spredt, de fleste af dem var uden for solsystemet. Men nogle gik ind. Jorden var ligesom andre stenede planeter i skudlinjen. Denne begivenhed er kendt som den sene tunge bombardement. Men "ingen sølvforing" -princippet fungerede igen. Mange forskere mener, at det var netop sådanne bombninger, der kunne bringe vand til jorden og samtidig organiske mineraler og stoffer, som livet senere udviklede sig fra.
Siden da har der, så vidt den moderne videnskab ved, ikke været nogen alvorlige katastrofer i solsystemet. Mange anser det generelt for atypisk i sammenligning med andre lignende systemer netop på grund af dets stabilitet. Er vi specielle?..
Solsystemet skulle eksistere i yderligere 5 milliarder år - indtil den termonukleare reaktion i det indre af solen stopper, og den udvides. Når dette sker, vil det blive til en rød kæmpe og sluge kviksølv, Venus og muligvis vores jord. Men selvom vores planet undgår denne skæbne, vil livet på den blive helt umulig på grund af den kæmpe sols nærhed. Den beboelige zone skifter helt til planetens systemets kanter. På grund af det enormt forøgede overfladeareal vil solen imidlertid være en meget køligere stjerne end før. Derefter vil vores system møde en endnu større tragedie - Solen begynder at krympe igen. Dette vil fortsætte, indtil det bliver til en hvid dværg - en stjernekerne, et usædvanligt tæt objekt halvt stjernens oprindelige masse, men kun størrelsen på jorden. Processen med at "dø" af solen, som alt andet i denne verden, begyndte på tidspunktet for dens fødsel. Når solen forbrænder sine reserver af brintbrændstof, har den energi, der frigives til støtte for kernen, en tendens til at løbe tør, hvilket får stjernen til at trække sig sammen. Dette øger trykket i dets indre og varmer kernen op, hvilket fremskynder forbrændingen af brændstof. Som et resultat lyser Solen op omkring ti procent hvert 1,1 milliard år og vil lyse yderligere 40% i løbet af de næste 3,5 milliarder år. Som et resultat lyser solen omkring ti procent hvert 1,1 milliard år og vil lysne yderligere 40% i løbet af de næste 3,5 milliarder år. Som et resultat lyser Solen op omkring ti procent hvert 1,1 milliard år og vil lyse yderligere 40% i løbet af de næste 3,5 milliarder år.