Od nekdaj so ljudje iskali odgovor, kako je nastalo vesolje. Vendar so šele v zadnjih nekaj stoletjih, z Znanstveno revolucijo, prevladujoče teorije empirične narave. V tem času, od 16. do 18. stoletja, so astronomi in fiziki začeli oblikovati pojasnila, utemeljena na dokazih, kako so se začela naša Sonce, planeti in vesolje.
Ko gre za nastanek našega Osončja, je najbolj razširjen pogled znan kot Nebularna hipoteza. V bistvu ta teorija navaja, da so Sonce, planeti in vsi drugi predmeti v Osončju nastali iz nebuloznih materialov pred milijardami let. Ta teorija je bila prvotno predlagana za razlago izvora Osončja in je postala splošno sprejeto mnenje o tem, kako so nastali vsi zvezdni sistemi.
Nebularna hipoteza:
Po tej teoriji se je Sonce in vsi planeti našega Osončja začelo kot velikanski oblak molekularnega plina in prahu. Potem se je pred približno 4,57 milijarde let zgodilo nekaj, zaradi česar se je oblak sesul. To bi lahko bilo posledica minljive zvezde ali udarnih valov supernove, končni rezultat pa je bil gravitacijski zlom v središču oblaka.
Po tem propadu so se žepi v prah in plin začeli nabirati v gostejše predele. Ko so se gostejše regije vse pogosteje spuščale, se je zaradi ohranitve zagona začel vrteti, povečan pritisk pa segreval. Večina materiala je končala v kroglici na sredini, preostanek pa se je spustil v disk, ki je krožil okoli nje. Medtem ko je kroglica na sredini tvorila Sonce, bi se preostanek materiala oblikoval v protoplanetarni disk.
Planeti, ki so nastali z izločanjem tega diska, v katerem sta prah in plin gravitirala skupaj in se združila, da bi tvorila vedno večja telesa. Zaradi višjih vrelišč so lahko le kovine in silikati v trdni obliki bližje Soncu, ki bi sčasoma tvorili zemeljske planete Merkur, Venero, Zemljo in Mars. Ker kovinski elementi sestavljajo le zelo majhen del sončne meglice, zemeljski planeti ne bi mogli zrasti zelo veliko.
V nasprotju s tem so se orjaški planeti (Jupiter, Saturn, Uran in Neptun) tvorili onkraj točke med orbitama Marsa in Jupitra, kjer je material dovolj kul, da lahko hlapne ledene spojine ostanejo trdne (to je linija zmrzali). Kose, ki so tvorile te planete, so bile obilnejše od kovin in silikatov, ki so tvorili zemeljske notranje planete, kar jim je omogočilo, da rastejo dovolj masivno, da zajamejo velike atmosfere vodika in helija. Ostali odpadki, ki nikoli niso postali planeti, so združeni v regijah, kot so pas asteroidov, Kuiperjev pas in Oort Cloud.
V 50 milijonih let sta tlak in gostota vodika v središču protostarja postala dovolj velika, da je lahko začel termonuklearno fuzijo. Temperatura, hitrost reakcije, tlak in gostota so se povečevali, dokler ni bilo doseženo hidrostatično ravnovesje. Na tej točki je Sonce postalo zvezda glavnega zaporedja. Sončev veter iz Sonca je ustvaril heliosfero in odvzel preostali plin in prah iz protoplanetarnega diska v medzvezdni prostor, s čimer se je končal proces planetarne tvorbe.
Zgodovina magnetne hipoteze:
Zamisel, da Sončni sistem izvira iz meglice, je leta 1734 prvič predlagal švedski znanstvenik in teolog Emanual Swedenborg. Immanuel Kant, ki je bil seznanjen z delom Švedskaborga, je teorijo nadalje razvil in jo objavil v svojem Univerzalna naravna zgodovina in teorija nebes(1755). V tem traktatu je trdil, da se plinasti oblaki (meglice) počasi vrtijo, postopoma propadajo in sploščijo zaradi gravitacije in tvorijo zvezde in planete.
Podoben, vendar manjši in podrobnejši model je v svoji traktati predlagal Pierre-Simon Laplace Izložba du system du monde (Razstava sistema sveta), ki ga je izdal leta 1796. Laplace je teoretiziral, da je Sonce prvotno imelo razširjeno vroče ozračje po celotnem Osončju in da se je ta "protostar oblak" ohlajal in skrčil. Ko se je oblak hitreje vrtel, je odmetaval material, ki se je sčasoma kondenziral in tako oblikoval planete.
Laplacijev nebularni model je bil v 19. stoletju splošno sprejet, vendar je imel nekaj precej izrazitih težav. Glavno vprašanje je bila kotna porazdelitev impulza med Soncem in planeti, česar nebularni model ni znal pojasniti. Poleg tega je škotski znanstvenik James Clerk Maxwell (1831 - 1879) trdil, da različne hitrosti vrtenja med notranjim in zunanjim delom obroča ne morejo omogočiti kondenzacije materiala.
Zavrnil jo je tudi astronom Sir David Brewster (1781 - 1868), ki je izjavil, da:
"Tisti, ki verjamejo v nebularno teorijo, menijo, da je naša Zemlja svojo trdno snov in svojo atmosfero dobila iz obroča, vrženega iz sončne atmosfere, ki se je nato zatekel v trdno vodno sfero, iz katere jo je Luna vrgla enaka postopek [pod takšnim pogledom] mora Luna nujno odnašati vodo in zrak iz vodnih in zračnih delov Zemlje in mora imeti atmosfero. "
Do začetka 20. stoletja je laplacijev model izpadel v prid, kar je znanstvenike spodbudilo k iskanju novih teorij. Vendar se je šele v 70. letih pojavila sodobna in najbolj sprejeta različica magnetne hipoteze - model sončnega nebularnega diska (SNDM). Zasluga za to je sovjetski astronom Victor Safronov in njegova knjiga Evolucija protoplanetarnega oblaka in nastanek Zemlje in planetov (1972). V tej knjigi so bili formulirani skoraj vsi večji problemi procesa planetarne tvorbe in mnogi so bili rešeni.
Na primer, model SNDM je bil uspešen pri razlagi pojava akumulacijskih diskov okoli mladih zvezdnih predmetov. Različne simulacije so tudi pokazale, da kopičenje materiala na teh diskih vodi do nastanka nekaj teles, velikih v Zemlji. Tako se izvor zemeljskih planetov zdaj šteje za skoraj rešen problem.
Medtem ko so se sprva uporabljali samo za Osončje, so teoretiki kasneje mislili, da so SNDM delovali po celotnem vesolju in so ga uporabili za razlago nastanka številnih eksoplanetov, ki so jih odkrili po naši galaksiji.
Težave:
Čeprav je magnetna teorija splošno sprejeta, z njo še vedno obstajajo težave, ki jih astronomi niso mogli rešiti. Na primer, obstaja problem nagnjenih osi. Po magnetni teoriji bi morali biti vsi planeti okoli zvezde nagnjeni na enak način glede na ekliptiko. Toda kot smo izvedeli, imata notranji in zunanji planet radikalno različne aksialne nagibe.
Medtem ko se notranji planeti gibljejo od skoraj 0 stopinj nagiba, drugi (na primer Zemlja in Mars) pa se močno nagibajo (23,4 ° oziroma 25 °), se zunanji planeti gibljejo od Jupitrovega manjšega naklona 3,13 ° do Saturna in Neptuna. izraziti nagibi (26,73 ° in 28,32 °), do Uranovega skrajnega nagiba 97,77 °, pri katerem sta njegova pola dosledno obrnjena proti Soncu.
Tudi študija ekstrasolarnih planetov je znanstvenikom omogočila, da opazijo nepravilnosti, ki dvomijo o magnetni hipotezi. Nekatere od teh nepravilnosti so povezane z obstojem "vročih Jupitrov", ki orbitirajo tesno do njihovih zvezd z obdobji le nekaj dni. Astronomi so nebularno hipotezo prilagodili tako, da so upoštevali nekatere od teh težav, vendar še niso obravnavali vseh zunanjih vprašanj.
Žal se zdi, da gre za vprašanja, ki se nanašajo na izvor, ki jih je najtežje odgovoriti. Ko pomislimo, da imamo zadovoljivo razlago, ostajajo tisti težavni problemi, ki jih preprosto ne moremo obravnavati. Vendar pa smo med našimi trenutnimi modeli nastajanja zvezd in planetov ter rojstvom našega vesolja že daleč. Ko bomo izvedeli več o sosednjih zvezdnih sistemih in raziskovali več kozmosa, bodo naši modeli verjetno zoreli še naprej.
Tu smo napisali veliko člankov o Osončju v reviji Space. Tu je Sončni sistem, Ali se je naš Sončni sistem začel z majhnim naletom ?, in kaj je bilo tu pred Osončjem?
Če želite več informacij, preverite izvor Osončja in kako sta nastala Sonce in planeti.
Astronomy Cast ima tudi epizodo na temo - Epizoda 12: Od kod prihajajo Baby Stars?
