От незапомнени времена хората търсят отговора за това как е била Вселената. Но едва през последните няколко века, с Научната революция, преобладаващите теории имат емпиричен характер. Именно през това време, от 16-ти до 18-ти век, астрономите и физиците започват да формулират обяснения, основани на доказателства за това как са започнали нашето Слънце, планетите и Вселената.
Когато става въпрос за формирането на нашата Слънчева система, най-широко приетото мнение е известно като Небуларна хипотеза. По същество тази теория гласи, че Слънцето, планетите и всички други обекти в Слънчевата система са се образували от мъгляви материали преди милиарди години. Първоначално предложена да обясни произхода на Слънчевата система, тази теория се превърна в широко прието схващане за това как са се появили всички звездни системи.
Мъглява хипотеза:
Според тази теория Слънцето и всички планети на нашата Слънчева система започват като гигантски облак от молекулен газ и прах. Тогава, преди около 4,57 милиарда години, се е случило нещо, което е довело до срив на облака. Това може да е резултат от преминаваща звезда или ударни вълни от свръхнова, но крайният резултат беше гравитационен срив в центъра на облака.
От този срив джобовете прах и газ започнаха да се събират в по-плътни региони. Тъй като по-плътните региони се вкарват във все повече и повече материя, запазването на инерцията го накара да започне да се върти, докато увеличеното налягане го накара да се нагрява. По-голямата част от материала се озова на топка в центъра, докато останалата част от материята се изравняваше в диск, който обикаляше около нея. Докато топката в центъра образува Слънцето, останалата част от материала ще се оформи в протопланетарния диск.
Планетите, образувани от аккреция от този диск, в който прахът и газът гравитират заедно и се съединяват, за да образуват все по-големи тела. Поради по-високите им точки на кипене само метали и силикати биха могли да съществуват в твърда форма по-близо до Слънцето и те в крайна сметка биха образували земните планети Меркурий, Венера, Земя и Марс. Тъй като металните елементи съдържат само много малка част от слънчевата мъглявина, земните планети не могат да нараснат много големи.
За разлика от тях, гигантските планети (Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун) са се образували извън точката между орбитите на Марс и Юпитер, където материалът е достатъчно хладен, за да може летливите ледени съединения да останат твърди (т.е. Линията на замръзване). Криковете, формиращи тези планети, бяха по-изобилни от металите и силикатите, които образуваха вътрешните земни планети, което им позволяваше да нараснат достатъчно масивно, за да улавят големи атмосфери на водород и хелий. Останали отломки, които никога не са станали планети, събрани в региони като астероидния пояс, пояса на Койпер и облака Оорт.
В рамките на 50 милиона години налягането и плътността на водорода в центъра на протостар стават достатъчно големи, за да започне термоядрен синтез. Температурата, скоростта на реакция, налягането и плътността се увеличават, докато се постигне хидростатично равновесие. В този момент Слънцето се превърна в звезда с основна последователност. Слънчевият вятър от Слънцето създаде хелиосферата и изхвърли оставащия газ и прах от протопланетарния диск в междузвездното пространство, завършвайки процеса на планетарно формиране.
История на мъглявата хипотеза:
Идеята, че Слънчевата система произлиза от мъглявината, е предложена за първи път през 1734 г. от шведския учен и богослов Емануал Швеборг. Имануел Кант, който беше запознат с работата на Швеборг, доразви теорията и я публикува в своята Универсална естествена история и теория на небесата(1755). В този трактат той твърди, че газообразните облаци (мъглявините) бавно се въртят, постепенно се рушат и изравняват поради гравитацията и образуват звезди и планети.
Подобен, но по-малък и по-подробен модел е предложен от Пиер-Саймън Лаплас в трактата си Експозиция du система du Монд (Експозиция на системата на света), която той пусна през 1796 г. Лаплас теоретизира, че първоначално Слънцето има разширена гореща атмосфера в цялата Слънчева система и че този „протозъбен облак“ се охлажда и свива. Докато облакът се въртеше по-бързо, той изхвърля материал, който в крайна сметка се кондензира, за да образува планетите.
Лаплачиевият мъгляв модел е широко приет през 19 век, но има някои доста изразени трудности. Основният проблем беше ъгловото разпределение на импулса между Слънцето и планетите, което мъглявият модел не можеше да обясни. В допълнение, шотландският учен Джеймс Клерк Максуел (1831 - 1879) твърди, че различните скорости на въртене между вътрешната и външната част на пръстена не могат да позволят кондензация на материал.
Той също беше отхвърлен от астронома сър Дейвид Брустър (1781 - 1868), който заяви, че:
„Тези, които вярват в Небуларната теория, смятат за сигурно, че нашата Земя извлича твърдата си материя и атмосферата си от пръстен, хвърлен от слънчевата атмосфера, който след това се свива в солидна водна сфера, от която Луната е изхвърлена от същата процес [[При подобен изглед] Луната трябва задължително да е отнесла вода и въздух от воднистите и въздушните части на Земята и трябва да има атмосфера. "
В началото на 20-ти век лаплакийският модел изпадна в полза, което накара учените да търсят нови теории. Но едва през 70-те години на миналия век се появява съвременният и най-широко приет вариант на мъглявата хипотеза - слънчевият мъгляв дисков модел (SNDM). Заслугата за това е на съветския астроном Виктор Сафронов и неговата книга Еволюция на протопланетарния облак и образуване на Земята и планетите (1972). В тази книга бяха формулирани почти всички основни проблеми на процеса на планетарно формиране и много от тях бяха решени.
Например, моделът SNDM успя да обясни появата на акредиращи дискове около млади звездни обекти. Различни симулации също демонстрират, че натрупването на материал в тези дискове води до образуването на няколко тела с размер на Земята. Така произходът на земните планети сега се счита за почти решен проблем.
Докато първоначално се прилагаше само за Слънчевата система, SNDM впоследствие се смяташе, че теоретиците работят в цялата Вселена и се използва за обяснение на образуването на много от екзопланетите, открити в цялата ни галактика.
Проблеми:
Въпреки че мъглявата теория е широко приета, все още има проблеми с нея, които астрономите не са успели да разрешат. Например, има проблем с наклонените оси. Според мъглявата теория всички планети около звезда трябва да бъдат наклонени по един и същи начин спрямо еклиптиката. Но както научихме, вътрешните и външните планети имат коренно различни аксиални наклони.
Докато вътрешните планети варират от почти 0 градусов наклон, други (като Земята и Марс) са наклонени значително (съответно 23,4 ° и 25 °), външните планети имат наклони, които варират от малкия наклон на Юпитер от 3,13 °, до Сатурн и Нептун повече изразени наклони (26,73 ° и 28,32 °), до крайния наклон на Уран от 97,77 °, при който полюсите му последователно са обърнати към Слънцето.
Също така, изследването на извънсоларни планети позволи на учените да забележат нередности, които поставят под съмнение мъглявата хипотеза. Някои от тези нередности са свързани със съществуването на „горещи юпитери“, които обикалят близо до звездите си с периоди от само няколко дни. Астрономите коригираха мъглявата хипотеза, за да отчитат някои от тези проблеми, но все още не са решили всички външни въпроси.
Уви, изглежда, че въпросите, които са свързани с произхода, са най-трудните за отговор. Точно когато мислим, че имаме задоволително обяснение, остават онези проблемни проблеми, които просто не можем да обясним. Въпреки това, между нашите сегашни модели на формиране на звезди и планети и раждането на нашата Вселена, ние изминахме дълъг път. Докато научаваме повече за съседните звездни системи и изследваме повече от Космоса, нашите модели вероятно ще узреят допълнително.
Тук сме писали много статии за Слънчевата система в сп. Space. Ето я Слънчевата система, Слънчевата ни система започна ли с малко взрив? И какво беше тук преди Слънчевата система?
За повече информация не забравяйте да проверите произхода на Слънчевата система и как са се образували Слънцето и планетите.
Astronomy Cast също има епизод по темата - Епизод 12: Откъде идват Baby Stars?
