Siden uminnelige tider har mennesker lett etter svaret på hvordan universet ble. Imidlertid har det bare vært i løpet av de siste århundrene, med den vitenskapelige revolusjonen, at de dominerende teoriene har vært empiriske. Det var i løpet av denne tiden, fra 1500- til 1700-tallet, at astronomer og fysikere begynte å formulere evidensbaserte forklaringer på hvordan solen vår, planetene og universet begynte.
Når det gjelder dannelsen av solsystemet vårt, er den mest aksepterte utsikten kjent som Nebular Hypothesis. I essensen sier denne teorien at Solen, planetene og alle andre gjenstander i solsystemet dannet av uformelt materiale for milliarder av år siden. Denne teorien, som opprinnelig ble foreslått for å forklare solsystemets opprinnelse, har blitt et allment akseptert syn på hvordan alle stjernersystemer ble til.
Nebular hypotese:
I følge denne teorien begynte solen og alle planetene i solsystemet vårt som en gigantisk sky av molekylær gass og støv. Da, for rundt 4,57 milliarder år siden, skjedde det noe som fikk skyen til å kollapse. Dette kunne ha vært et resultat av en forbipasserende stjerne, eller sjokkbølger fra en supernova, men sluttresultatet var en gravitasjonskollaps midt i skyen.
Fra denne kollapsen begynte lommene med støv og gass å samle seg til tettere regioner. Etter hvert som de tettere områdene trakk inn mer og mer materie, fikk bevaring av momentum det til å begynne å rotere, mens økende trykk fikk det til å varme opp. Det meste av materialet havnet i en ball i sentrum mens resten av saken flatt ut i en plate som sirklet rundt den. Mens ballen i midten dannet sola, ville resten av materialet forme seg til den protoplanetære skiven.
Planetene dannet ved akkresjon fra denne platen, der støv og gass graviterte sammen og sammenklappet for å danne stadig større kropper. På grunn av deres høyere kokepunkt kunne bare metaller og silikater eksistere i fast form nærmere Solen, og disse ville til slutt danne de jordiske planetene til Merkur, Venus, Jorden og Mars. Fordi metalliske elementer bare utgjorde en veldig liten brøkdel av solnebulaen, kunne ikke de jordiske planetene vokse veldig store.
I kontrast dannet de gigantiske planetene (Jupiter, Saturn, Uranus og Neptune) utover punktet mellom banene til Mars og Jupiter der materialet er kult nok til at flyktige iskalde forbindelser forblir solide (dvs. Frost Line). Isene som dannet disse planetene, var mer rikelig enn metaller og silikater som dannet de indre jordens planetene, slik at de kunne vokse massive nok til å fange store atmosfærer av hydrogen og helium. Restrester som aldri ble planeter samlet i regioner som Asteroidebeltet, Kuiper Belt og Oort Cloud.
I løpet av 50 millioner år ble trykket og tettheten av hydrogen i midten av protostaren stort nok til at det begynte termonukleær fusjon. Temperaturen, reaksjonshastigheten, trykket og tettheten økte til hydrostatisk likevekt ble oppnådd. På dette tidspunktet ble solen en hovedsekvensstjerne. Solvind fra solen skapte heliosfæren og feide bort den gjenværende gassen og støvet fra den protoplanetære platen inn i det interstellare rommet, og avsluttet planetenes dannelsesprosess.
Historien om den nebulære hypotesen:
Ideen om at solsystemet stammer fra en tåke ble først foreslått i 1734 av den svenske forskeren og teologen Emanual Swedenborg. Immanuel Kant, som var kjent med Swedenborgs arbeid, utviklet teorien videre og publiserte den i sitt Universell naturhistorie og himlenes teori(1755). I denne avhandlingen argumenterte han for at gassformede skyer (nebulaer) sakte roterer, gradvis kollapser og flater ut på grunn av tyngdekraften og danner stjerner og planeter.
En lignende, men mindre og mer detaljert modell ble foreslått av Pierre-Simon Laplace i sin avhandling Exposition du system du monde (Exposition of the system of the world), som han ga ut i 1796. Laplace teoretiserte at Solen opprinnelig hadde en utvidet varm atmosfære i hele solsystemet, og at denne "protostarskyen" avkjølte seg og falt sammen. Da skyen snurret raskere, kastet den av materiale som til slutt kondenserte for å danne planetene.
Den laplacianske nebularmodellen ble allment akseptert i løpet av 1800-tallet, men den hadde noen ganske uttalte vanskeligheter. Hovedspørsmålet var vinkelmomentfordeling mellom solen og planetene, noe den nebulære modellen ikke kunne forklare. I tillegg hevdet den skotske forskeren James Clerk Maxwell (1831 - 1879) at forskjellige rotasjonshastigheter mellom de indre og ytre delene av en ring ikke kunne tillate kondensering av materiale.
Det ble også avvist av astronomen Sir David Brewster (1781 - 1868), som uttalte at:
"De som tror på nebulærteorien, anser det som sikkert at vår jord avledet det faste stoffet og atmosfæren fra en ring som ble kastet fra solatmosfæren, som etterpå trekker seg sammen i en solid terrakisk sfære, der månen ble kastet av av den samme prosess ... [Under et slikt syn] må månen nødvendigvis ha ført vann og luft fra de vannholdige og luftige delene av jorden og må ha en atmosfære. ”
Ved begynnelsen av det 20. århundre hadde den laplaciske modellen falt fra fordel, og fikk forskere til å oppsøke nye teorier. Imidlertid var det først på 1970-tallet at den moderne og mest aksepterte varianten av nebulærhypotesen - den solnebulariske diskmodellen (SNDM) - dukket opp. Kreditt for dette går til den sovjetiske astronomen Victor Safronov og hans bok Evolusjon av den protoplanetære skyen og dannelsen av Jorden og planetene (1972). I denne boken ble nesten alle store problemer med planetenes dannelsesprosess formulert, og mange ble løst.
For eksempel har SNDM-modellen lyktes med å forklare utseendet til akkresjonsskiver rundt unge, stjerneobjekter. Ulike simuleringer har også demonstrert at tilegnelsen av materiale på disse platene fører til dannelse av noen få jordstørrelseslegemer. Dermed anses opprinnelsen til bakkeplaneter nå for å være et nesten løst problem.
Mens den opprinnelig kun ble brukt på solsystemet, ble SNDM senere antatt av teoretikere å være på jobb i hele universet, og har blitt brukt til å forklare dannelsen av mange av eksoplaneter som er blitt oppdaget i hele vår galakse.
Problemer:
Selv om nebulærteorien er allment akseptert, er det fortsatt problemer med at astronomer ikke har klart å løse. For eksempel er det problemet med skråstilte akser. I følge nebulærteorien skal alle planetene rundt en stjerne vippes på samme måte i forhold til ekliptikken. Men som vi har lært, har de indre planetene og de ytre planetene radikalt forskjellige aksiale vipper.
Mens de indre planetene varierer fra tilnærmet 0 graders vipp, andre (som Jorden og Mars) er vinklet betydelig (henholdsvis 23,4 ° og 25 °), har ytre planeter vipper som spenner fra Jupiters mindre vipp på 3,13 °, til Saturn og Neptuns mer uttalt vipp (26,73 ° og 28,32 °), til Uranus 'ekstreme vipp på 97,77 °, der polene konsekvent vender mot Solen.
Studien av ekstrasolare planeter har også tillatt forskere å merke uregelmessigheter som setter tvil om nebularhypotesen. Noen av disse uregelmessighetene har å gjøre med eksistensen av "hete Jupiters" som går i bane rundt stjernene i løpet av bare noen få dager. Astronomer har justert nebulærhypotesen for å redegjøre for noen av disse problemene, men har ennå ikke adressert alle spørsmål som ligger utenfor.
Akk, det ser ut til at det er spørsmål som har med opprinnelse å gjøre som det er vanskeligst å svare på. Akkurat når vi tror vi har en tilfredsstillende forklaring, er det fortsatt de plagsomme problemene det bare ikke kan gjøre rede for. Imidlertid har vi kommet langt mellom våre nåværende modeller for dannelse av stjerner og planter, og fødselen av vårt univers. Når vi lærer mer om nabostjernersystemer og utforsker mer av kosmos, vil modellene våre sannsynligvis modne ytterligere.
Vi har skrevet mange artikler om solsystemet her på Space Magazine. Her er solsystemet, startet solsystemet vårt med en liten smell? Og hva var her før solsystemet?
For mer informasjon, husk å sjekke solsystemets opprinnelse og hvordan solen og planetene dannet seg.
Astronomy Cast har også en episode om emnet - Episode 12: Where Do Baby Stars Come From?
