Kopš neatminamiem laikiem cilvēki ir meklējuši atbildi par to, kā izveidojās Visums. Tomēr tikai dažos pēdējos gadsimtos līdz ar zinātnisko revolūciju dominējošajām teorijām ir empīrisks raksturs. Tieši šajā laikā, no 16. līdz 18. gadsimtam, astronomi un fiziķi sāka formulēt uz pierādījumiem balstītus skaidrojumus par to, kā sākās mūsu Saule, planētas un Visums.
Runājot par mūsu Saules sistēmas veidošanos, visplašāk pieņemtais uzskats ir pazīstams kā Miglāja hipotēze. Būtībā šī teorija apgalvo, ka Saule, planētas un visi citi objekti Saules sistēmā veidojas no neskaidra materiāla pirms miljardiem gadu. Sākotnēji ierosinot izskaidrot Saules sistēmas izcelsmi, šī teorija turpināja kļūt par plaši pieņemtu skatu uz to, kā izveidojās visas zvaigžņu sistēmas.
Nebulārā hipotēze:
Saskaņā ar šo teoriju Saule un visas mūsu Saules sistēmas planētas sākās kā milzu molekulāro gāzu un putekļu mākonis. Pēc tam, apmēram pirms 4,57 miljardiem gadu, notika kaut kas tāds, kas izraisīja mākoņa sabrukumu. Tas varētu būt saistīts ar aizejošu zvaigzni vai supernovas trieciena viļņiem, bet gala rezultāts bija gravitācijas sabrukums mākoņa centrā.
Pēc šī sabrukuma blīvākos reģionos sāka pulcēties putekļu un gāzes kabatas. Tā kā blīvāki reģioni aizvien vairāk un vairāk iekļuva matērijā, impulsa saglabāšana lika tam sākt griezties, savukārt pieaugošais spiediens izraisīja tā sakarstēšanu. Lielākā daļa materiāla nonāca bumbiņā centrā, bet pārējā daļa izlīdzinājās diskā, kas riņķoja ap to. Kamēr bumba centrā veidoja Sauli, pārējais materiāls veidosies protoplanētiskajā diskā.
Planētas, kuras veidojas no šī diska akrecijas un kurās putekļi un gāze savirzījās kopā un saliecās, veidojot arvien lielākus ķermeņus. Augstāku viršanas punktu dēļ tikai metāli un silikāti cietā formā varētu pastāvēt tuvāk Saulei, un tie galu galā veidotu dzīvsudraba, Venēras, Zemes un Marsa sauszemes planētas. Tā kā metāliskie elementi veidoja tikai ļoti nelielu Saules miglāja daļu, sauszemes planētas nevarēja izaugt ļoti lielas.
Turpretī milzu planētas (Jupiters, Saturns, Urāns un Neptūns) veidojās aiz punkta starp Marsa un Jupitera orbītām, kur materiāls ir pietiekami atdzisis, lai gaistošie ledaini savienojumi paliktu cietie (t.i., Frost Line). Ledus, kas veidoja šīs planētas, bija daudz vairāk nekā metāli un silikāti, kas veidoja sauszemes iekšējās planētas, ļaujot tām izaugt pietiekami masīvām, lai uztvertu lielu ūdeņraža un hēlija atmosfēru. Atlikušie gruži, kas nekad nav kļuvuši par planētām, pulcējās tādos reģionos kā Asteroīdu josta, Kuipera josta un Oorta mākonis.
50 miljonu gadu laikā ūdeņraža spiediens un blīvums protostara centrā kļuva pietiekami liels, lai tas varētu sākt kodoltermisko saplūšanu. Temperatūra, reakcijas ātrums, spiediens un blīvums palielinājās, līdz tika sasniegts hidrostatiskais līdzsvars. Šajā brīdī Saule kļuva par galveno secību zvaigzni. Saules vējš no Saules izveidoja heliosfēru un no protoplanetārā diska atlikušās gāzes un putekļus novilka starpzvaigžņu telpā, izbeidzot planētu veidošanās procesu.
Mugurkaula hipotēzes vēsture:
Ideju, ka Saules sistēma ir radusies no miglāja, pirmo reizi 1734. gadā ierosināja zviedru zinātnieks un teologs Emanuals Swedenborgs. Imanuels Kants, kurš bija pazīstams ar Swedenborg darbu, tālāk izstrādāja teoriju un publicēja to savā Universālā dabas vēsture un debesu teorija(1755). Šajā traktātā viņš apgalvoja, ka gāzveida mākoņi (miglāji) lēnām griežas, gravitācijas dēļ pakāpeniski sabrūk un izlīdzinās un veido zvaigznes un planētas.
Līdzīgu, bet mazāku un detalizētāku modeli savā traktātā piedāvāja Pjērs-Simons Laplass Ekspozīcija du system du monde (Pasaules sistēmas ekspozīcija), kuru viņš izlaida 1796. gadā. Laplass uzskatīja, ka Saulei sākotnēji ir bijusi ilgstoša karstā atmosfēra visā Saules sistēmā un ka šis “protostāra mākonis” atdziest un noslēdza līgumu. Mākonim straujāk vērpjoties, tas izmeta materiālu, kas galu galā kondensējās, veidojot planētas.
Laplaciešu miglāja modelis tika plaši pieņemts 19. gadsimtā, taču tam bija dažas diezgan izteiktas grūtības. Galvenais jautājums bija leņķiskā impulsa sadalījums starp Sauli un planētām, ko miglāju modelis nespēja izskaidrot. Turklāt skotu zinātnieks Džeimss Klerks Maksvels (1831 - 1879) apgalvoja, ka dažādi rotācijas ātrumi starp gredzena iekšējo un ārējo daļu nevarētu radīt materiāla kondensāciju.
To noraidīja arī astronoms sers Deivids Brewsters (1781 - 1868), kurš paziņoja, ka:
“Tie, kas tic Nebular Teorijai, uzskata par pārliecinātu, ka mūsu Zeme savu cieto vielu un atmosfēru ir ieguvusi no Saules atmosfēras izmesta gredzena, kas pēc tam saraujas cietā, virsūdens sfērā, no kuras Mēness izmeta to pašu process ... [Šādā skatījumā] Mēness noteikti ir izvadījis ūdeni un gaisu no Zemes ūdeņainajām un gaisa daļām, un tam jābūt atmosfērai. ”
Līdz 20. gadsimta sākumam Laplacian modelis bija zaudējis labvēlību, pamudinot zinātniekus meklēt jaunas teorijas. Tomēr tikai 1970. gados parādījās mūsdienīgais un visplašāk pieņemtais miglāja hipotēzes variants - saules miglāja diska modelis (SNDM). Par to jāpateicas padomju astronomam Viktoram Safronovam un viņa grāmatai Protoplanetārā mākoņa evolūcija un Zemes un planētu veidošanās (1972). Šajā grāmatā tika formulētas gandrīz visas galvenās planētu veidošanās procesa problēmas, un daudzas no tām tika atrisinātas.
Piemēram, SNDM modelis ir bijis veiksmīgs, izskaidrojot akrecijas disku parādīšanos ap jauniem zvaigžņu objektiem. Arī dažādas simulācijas ir parādījušas, ka materiāla uzkrāšanās šajos diskos noved pie dažu Zemes lieluma ķermeņu veidošanās. Tādējādi sauszemes planētu izcelsme tagad tiek uzskatīta par gandrīz atrisinātu problēmu.
Lai arī SNDM sākotnēji tika piemērots tikai Saules sistēmai, pēc tam teorētiķi uzskatīja, ka tas darbojas visā Visumā, un tas tika izmantots, lai izskaidrotu daudzu eksoplanetu veidošanos, kas atklātas visā mūsu galaktikā.
Problēmas:
Kaut arī miglāju teorija tiek plaši pieņemta, ar to joprojām pastāv problēmas, kuras astronomi nav spējuši atrisināt. Piemēram, pastāv slīpu asu problēma. Saskaņā ar miglāja teoriju, visām planētām ap zvaigzni jābūt sasvērtām vienādi attiecībā pret ekliptiku. Bet, kā mēs uzzinājām, iekšējām planētām un ārējām planētām ir radikāli atšķirīgi aksiālie slīpumi.
Tā kā iekšējās planētas atrodas gandrīz 0 grādu slīpumā, citas (piemēram, Zeme un Marss) ir ievērojami sagāztas (attiecīgi 23,4 ° un 25 °), ārējām planētām ir slīpums, kas svārstās no Jupitera neliela slīpuma 3,13 ° līdz Saturnam un Neptūnam vairāk izteikti slīpumi (26,73 ° un 28,32 °) līdz Urāna galējam slīpumam 97,77 °, kurā tā stabi ir konsekventi vērsti pret Sauli.
Arī ekstrasolāru planētu izpēte ļāva zinātniekiem pamanīt pārkāpumus, kas liek apšaubīt miglāja hipotēzi. Daži no šiem pārkāpumiem ir saistīti ar “karsto Jupiteru” esamību, kas orbītas tuvu savām zvaigznēm tikai dažu dienu laikā. Astronomi ir pielāgojuši miglāju hipotēzi, lai ņemtu vērā dažas no šīm problēmām, bet vēl nav jārisina visi galvenie jautājumi.
Diemžēl šķiet, ka visgrūtāk ir atbildēt uz jautājumiem, kas saistīti ar izcelsmi. Kad mēs domājam, ka mums ir apmierinošs izskaidrojums, paliek tās problemātiskās problēmas, par kurām to vienkārši nevar ņemt vērā. Tomēr starp mūsu pašreizējiem zvaigžņu un planētu veidošanās modeļiem un Visuma dzimšanu mēs esam gājuši tālu. Tā kā mēs uzzinām vairāk par kaimiņu zvaigžņu sistēmām un izpētām vairāk kosmosa, mūsu modeļi, iespējams, nobriest vēl vairāk.
Mēs esam uzrakstījuši daudzus rakstus par Saules sistēmu šeit, Space Magazine. Šeit ir Saules sistēma, vai mūsu Saules sistēma sākās ar nelielu sprādzienu? Un kas šeit bija pirms Saules sistēmas?
Lai iegūtu vairāk informācijas, noteikti pārbaudiet Saules sistēmas izcelsmi un to, kā veidojās Saule un planētas.
Astronomijas skatam ir arī epizode par šo tēmu - 12. epizode: no kurienes nāk mazuļu zvaigznes?
