З незапам’ятних часів люди шукали відповіді про те, яким був Всесвіт. Однак лише в останні кілька століть, з науковою революцією, переважаючі теорії мали емпіричний характер. Саме в цей час, з 16 по 18 століття, астрономи та фізики почали формувати пояснення на основі доказів того, як почалося наше Сонце, планети та Всесвіт.
Що стосується формування нашої Сонячної системи, найбільш широко прийнятим поглядом є відома гіпотеза туманності. По суті, ця теорія стверджує, що Сонце, планети та всі інші об'єкти Сонячної системи утворилися з туманного матеріалу мільярди років тому. Спочатку запропонована для пояснення походження Сонячної системи, ця теорія дістала загальноприйняте уявлення про те, як виникли всі зіркові системи.
Туманна гіпотеза:
Згідно з цією теорією, Сонце та всі планети нашої Сонячної системи почалися як гігантська хмара молекулярного газу та пилу. Потім, приблизно 4,57 мільярда років тому, сталося щось, що спричинило крах хмари. Це могло бути наслідком перебігу зірки або ударних хвиль від наднової, але кінцевим результатом став гравітаційний колапс у центрі хмари.
Від цього колапсу кишені пилу та газу почали збиратися у більш щільні регіони. У міру того, як більш щільні регіони втягували все більше і більше матерії, збереження імпульсу призвело до того, що воно почало обертатися, а посилений тиск призвело до нагрівання. Більшість матеріалів опинилася в кулі в центрі, а решта матерії вирівнялася на диск, який кружляв навколо неї. У той час як кулька в центрі утворювала Сонце, решта матеріалу формуватиметься в протопланетний диск.
Планети, утворені за рахунок екскреції цього диска, на якому пил і газ тяжіли разом і зливалися, утворюючи все більші тіла. Через їх більш високі температури кипіння, лише метали і силікати могли існувати в твердій формі ближче до Сонця, і вони врешті-решт утворюватимуть планети Землі Меркурій, Венера, Земля та Марс. Оскільки металеві елементи складали лише дуже малу частину сонячної туманності, земні планети не могли рости дуже великими.
На відміну від цього, планети-гіганти (Юпітер, Сатурн, Уран і Нептун) утворилися поза точкою між орбітами Марса та Юпітера, де матеріал досить прохолодний, щоб летючі крижані сполуки залишалися твердими (тобто лінія Морозу). Льоди, що утворювали ці планети, були більш багатими, ніж метали та силікати, які утворювали внутрішні планети Землі, що дозволяло їм вирости досить масивно, щоб захопити великі атмосфери водню та гелію. Залишилися сміття, які ніколи не стали планетами, що збираються в таких регіонах, як пояс астероїдів, пояс Койпера та Хмара Оорта.
Протягом 50 мільйонів років тиск і щільність водню в центрі протостар стали досить великими, щоб він почав термоядерний синтез. Температура, швидкість реакції, тиск та щільність зростали до досягнення гідростатичної рівноваги. У цей момент Сонце стало зіркою головної послідовності. Сонячний вітер від Сонця створив геліосферу і витіснив залишки газу та пилу з протопланетного диска в міжзоряний простір, закінчивши процес планетного формування.
Історія туманної гіпотези:
Ідея, що Сонячна система походить від туманності, вперше була запропонована в 1734 р. Шведським вченим і богословом Емануалом Шведборгом. Іммануель Кант, який був знайомий з роботою Швеборга, розвинув цю теорію і опублікував її у своїй Загальна природознавство та теорія небес(1755). У цьому трактаті він стверджував, що газоподібні хмари (туманності) повільно обертаються, поступово руйнуючись і сплющуючись завдяки гравітації та утворюючи зірки та планети.
Подібну, але меншу та більш детальну модель запропонував П’єр-Саймон Лаплас у своєму трактаті Експозиція du du du monde (Експозиція системи світу), яку він випустив у 1796 р. Лаплас теоретизував, що Сонце спочатку мав розширену гарячу атмосферу по всій Сонячній системі, і що ця "хмара протостар" охолоджується і стискається. Коли хмара крутилася швидше, вона викидала матеріал, який з часом конденсувався, утворюючи планети.
Лаплакійська туманна модель була широко прийнята протягом 19 століття, але мала деякі досить виражені труднощі. Основним питанням було кутове розподіл імпульсу між Сонцем та планетами, яке туманова модель не могла пояснити. Крім того, шотландський вчений Джеймс Клерк Максвелл (1831 - 1879) стверджував, що різні швидкості обертання між внутрішньою та зовнішньою частинами кільця не можуть допустити конденсації матеріалу.
Його також відкинув астроном сер Девід Брюстер (1781 - 1868), який заявив, що:
"Ті, хто вірить в туманну теорію, вважають це певним, що наша Земля отримала свою тверду речовину та її атмосферу з кільця, викинутого з сонячної атмосфери, яке згодом скоротилося до твердої водної сфери, з якої Місяць скинув той самий процес [[При такому погляді] Місяць обов'язково повинен був винести воду та повітря з водяних та повітряних частин Землі і повинен мати атмосферу ".
На початку 20 століття лаплакійська модель вийшла з ладу, що спонукало вчених шукати нові теорії. Однак лише в 1970-х рр. З'явився сучасний і найбільш широко прийнятий варіант туманної гіпотези - модель сонячного туманного диска (SNDM). Подяка за це має радянський астроном Віктор Сафронов та його книгу Еволюція протопланетної хмари та формування Землі та планет (1972). У цій книзі були сформульовані майже всі основні проблеми процесу планетарного формування і багато їх вирішено.
Наприклад, модель SNDM досягла успіху в поясненні появи накопичувальних дисків навколо молодих зоряних об'єктів. Різні моделювання також продемонстрували, що накопичення матеріалу в цих дисках призводить до утворення кількох тіл розміром із Землю. Таким чином, походження земних планет зараз вважається майже вирішеною проблемою.
Хоча спочатку застосовувався лише до Сонячної системи, після цього теоретики вважали, що SNDM працює у всій Всесвіті, і він використовувався для пояснення утворення багатьох екзопланет, які були виявлені по всій нашій галактиці.
Проблеми:
Хоча туманна теорія широко прийнята, з цим все ще існують проблеми, які астрономи не змогли вирішити. Наприклад, існує проблема нахилених осей. Відповідно до туманної теорії, всі планети навколо зірки повинні бути нахилені однаково відносно екліптики. Але, як ми дізналися, внутрішні і зовнішні планети докорінно відрізняються осьовими нахилами.
У той час як внутрішні планети коливаються від нахилу майже на 0 градусів, інші (як Земля та Марс) значно нахилені (23,4 ° та 25 ° відповідно), зовнішні планети мають нахили, що варіюються від незначного нахилу Юпітера 3,13 °, до Сатурна та Нептуна. виражені нахили (26,73 ° і 28,32 °), до крайнього нахилу Урана 97,77 °, при якому його полюси послідовно звернені до Сонця.
Також вивчення позасонячних планет дозволило вченим помітити порушення, які ставлять під сумнів туманну гіпотезу. Деякі з цих порушень пов'язані з існуванням "гарячих Юпітерів", які близько до їх зірок, періоди яких складають лише кілька днів. Астрономи скоригували туманну гіпотезу для врахування деяких із цих проблем, але ще не вирішили усіх нагальних питань.
На жаль, здається, що це питання, що мають відношення до джерел, які найскладніше відповісти. Тільки коли ми думаємо, що у нас є задовільне пояснення, залишаються ті клопітні проблеми, яких він просто не може пояснити. Однак між нашими сучасними моделями формування зірок і планет і народженням нашого Всесвіту ми пройшли довгий шлях. Коли ми дізнаємося більше про сусідні зіркові системи та вивчаємо більше космосу, наші моделі, ймовірно, дозріють далі.
Ми написали багато статей про Сонячну систему тут у космічному журналі. Ось Сонячна система, чи наша Сонячна система почалася з невеликого удару ?, і що було тут перед Сонячною системою?
Для отримання додаткової інформації не забудьте перевірити походження Сонячної системи та те, як утворилося Сонце та планети.
Астрономічна роля також має епізод на цю тему - Епізод 12: Звідки беруться дитячі зірки?
