Sedan urminnes tider har människor letat efter svaret på hur universum kom till. Men det har bara varit under de senaste århundradena, med den vetenskapliga revolutionen, som de dominerande teorierna har varit empiriska till sin natur. Det var under denna tid, från 1500- till 1700-talet, som astronomer och fysiker började formulera evidensbaserade förklaringar av hur vår sol, planeterna och universum började.
När det gäller bildandet av vårt solsystem är den mest accepterade synen känd som Nebulärhypotes . I huvudsak säger denna teori att solen, planeterna och alla andra objekt i solsystemet bildades av nebulöst material för miljarder år sedan. Denna teori, som ursprungligen föreslogs för att förklara solsystemets ursprung, har blivit en allmänt accepterad syn på hur alla stjärnsystem kom till.
Nebulärhypotes:
Enligt denna teori började solen och alla planeter i vårt solsystem som ett gigantiskt moln av molekylär gas och damm. Sedan, för cirka 4,57 miljarder år sedan, hände något som fick molnet att kollapsa. Detta kunde ha varit resultatet av en passerande stjärna, eller chockvågor från en supernova, men slutresultatet var en gravitationskollaps i mitten av molnet.
Från denna kollaps började fickor av damm och gas att samlas in i tätare områden. När de tätare områdena drog in mer och mer materia fick bevarandet av momentum att den började rotera, medan ökande tryck fick den att värmas upp. Det mesta av materialet hamnade i en boll i mitten medan resten av materialet plattades ut till en skiva som cirklade runt den. Medan bollen i mitten bildade solen, skulle resten av materialet formas till protoplanetarisk skiva .
Planeterna bildades genom ackretion från denna skiva, där damm och gas graviterade tillsammans och smälte samman för att bilda allt större kroppar. På grund av deras högre kokpunkter kunde bara metaller och silikater existera i fast form närmare solen, och dessa skulle så småningom bilda de jordiska planeterna i Merkurius , Venus , Jorden , och Mars . Eftersom metalliska grundämnen bara utgjorde en mycket liten del av solnebulosan kunde jordplaneterna inte bli särskilt stora.
Däremot de jättelika planeterna ( Jupiter , Saturnus , Uranus , och Neptunus ) bildas bortom punkten mellan Mars och Jupiters banor där materialet är tillräckligt kallt för att flyktiga isiga föreningar ska förbli fasta (d.v.s. Frost Line ). Isarna som bildade dessa planeter var rikligare än de metaller och silikater som bildade de terrestra inre planeterna, vilket gjorde att de kunde växa sig tillräckligt stora för att fånga stora atmosfärer av väte och helium. Överblivet skräp som aldrig blev planeter samlades i regioner som Asteroidbälte , Cooper bälte , och Oort moln .
Konstnärens intryck av det tidiga solsystemet, där kollision mellan partiklar i en ansamlingsskiva ledde till bildandet av planetesimaler och så småningom planeter. Kredit: NASA/JPL-Caltech
Inom 50 miljoner år blev trycket och densiteten av väte i mitten av protostjärnan tillräckligt stor för att den skulle börja termonukleär fusion. Temperaturen, reaktionshastigheten, trycket och densiteten ökade tills hydrostatisk jämvikt uppnåddes. Vid denna tidpunkt blev solen en huvudsekvensstjärna. Solvinden från solen skapade heliosfären och svepte bort den återstående gasen och dammet från den protoplanetära skivan in i det interstellära rymden, vilket avslutade planetbildningsprocessen.
Nebulärhypotesens historia:
Idén att solsystemet härstammar från en nebulosa föreslogs först 1734 av den svenske vetenskapsmannen och teologen Emanual Swedenborg. Immanuel Kant, som var bekant med Swedenborgs arbete, utvecklade teorin vidare och publicerade den i sinUniversal Natural History och Theory of the Heavens(1755). I denna avhandling hävdade han att gasformiga moln (nebulosor) långsamt roterar, gradvis kollapsar och plattar ut på grund av gravitationen och bildar stjärnor och planeter.
En liknande men mindre och mer detaljerad modell föreslogs av Pierre-Simon Laplace i sin avhandlingExposition du system duvärld(Utläggning av världens system), som han släppte 1796. Laplace teoretiserade att solen ursprungligen hade en utsträckt varm atmosfär i hela solsystemet, och att detta 'protostjärnmoln' svalnade och drog sig samman. När molnet snurrade snabbare kastade det av sig material som så småningom kondenserades för att bilda planeterna.
Sh 2-106 Nebula (eller S106 för kort), en kompakt stjärnbildande region i stjärnbilden Cygnus (Svanen). Kredit: NASA/ESA
Den laplaciska nebulosamodellen var allmänt accepterad under 1800-talet, men den hade några ganska uttalade svårigheter. Huvudfrågan var rörelsemängdsfördelningen mellan solen och planeterna, vilket nebulosmodellen inte kunde förklara. Dessutom hävdade den skotske forskaren James Clerk Maxwell (1831 – 1879) att olika rotationshastigheter mellan de inre och yttre delarna av en ring inte kunde tillåta kondensering av material.
Det avvisades också av astronomen Sir David Brewster (1781 – 1868), som sade att:
'de som tror på nebulärteorin anser att det är säkert att vår jord härledde sin fasta materia och sin atmosfär från en ring som kastades från solatmosfären, som sedan drog sig samman till en solid terransk sfär, från vilken månen kastades av densamma. process... [Under en sådan syn] måste månen nödvändigtvis ha fört bort vatten och luft från jordens vatten- och luftdelar och måste ha en atmosfär.'
I början av 1900-talet hade den laplaciska modellen fallit i onåd, vilket fick forskare att söka nya teorier. Det var dock inte förrän på 1970-talet som den moderna och mest accepterade varianten av nebuloshypotesen – solnebulärskivmodellen (SNDM) – dök upp. Kredit för detta går till den sovjetiske astronomen Victor Safronov och hans bokUtvecklingen av det protoplanetära molnet och bildningen av jorden och planeterna(1972).I den här boken formulerades nästan alla stora problem i planetbildningsprocessen och många löstes.
Till exempel har SNDM-modellen varit framgångsrik när det gäller att förklara utseendet av ackretionsskivor runt unga stjärnobjekt. Olika simuleringar har också visat att ansamlingen av material i dessa skivor leder till bildandet av ett fåtal jordkroppar. Sålunda anses ursprunget till jordiska planeter nu vara ett nästan löst problem.
Även om SNDM ursprungligen endast tillämpades på solsystemet, ansågs SNDM sedan av teoretiker vara i arbete i hela universum och har använts för att förklara bildandet av många av de exoplaneter som har upptäckts i hela vår galax.
Problem:
Även om nebulärteorin är allmänt accepterad, finns det fortfarande problem med den som astronomerna inte har kunnat lösa. Till exempel finns problemet med lutande yxor. Enligt nebulärteorin ska alla planeter runt en stjärna lutas på samma sätt i förhållande till ekliptikan. Men som vi har lärt oss har de inre planeterna och de yttre planeterna radikalt olika axiell lutning.
Medan de inre planeterna sträcker sig från nästan 0 graders lutning, medan andra (som Jorden och Mars) lutar betydligt (23,4° respektive 25°), har yttre planeter lutningar som sträcker sig från Jupiters mindre lutning på 3,13° till Saturnus och Neptunus mer uttalade lutningar (26,73° och 28,32°), till Uranus extrema lutning på 97,77°, där dess poler konsekvent är vända mot solen.
En lista över potentiellt beboeliga exoplaneter, med tillstånd av The Planetary Habitability Laboratory. Kredit: phl.upr.edu
Studien av extrasolära planeter har också gjort det möjligt för forskare att lägga märke till oegentligheter som tvivlar på nebuloshypotesen. Vissa av dessa oegentligheter har att göra med förekomsten av 'heta Jupiters' som kretsar nära sina stjärnor med perioder på bara några dagar. Astronomer har justerat nebuloshypotesen för att ta hänsyn till några av dessa problem, men har ännu inte tagit itu med alla kringliggande frågor.
Ack, det verkar som att det är frågor som har med ursprung att göra som är svårast att svara på. Precis när vi tror att vi har en tillfredsställande förklaring, finns det de där besvärliga problemen som det bara inte kan ta hänsyn till. Men mellan våra nuvarande modeller av stjärn- och planetbildning, och födelsen av vårt universum, har vi kommit långt. När vi lär oss mer om närliggande stjärnsystem och utforskar mer av kosmos, kommer våra modeller sannolikt att mogna ytterligare.
Vi har skrivit många artiklar om solsystemet här på Universe Today. Här är Solsystemet , Började vårt solsystem med en liten smäll? , och Vad fanns här innan solsystemet?
För mer information, se till att kolla in ursprunget till solsystemet och hur solen och planeterna bildades .
Astronomy Cast har också ett avsnitt om ämnet – Avsnitt 12: Where do Baby Stars Come From?
