Sedan urminnestiden har människor letat efter svaret på hur universum blev. Det har emellertid bara varit under de senaste århundradena, med den vetenskapliga revolutionen, att de dominerande teorierna har haft empirisk karaktär. 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 vyn känd som Nebular Hypothesis. I själva verket säger denna teori att solen, planeterna och alla andra föremål i solsystemet som bildades av otroligt material för miljarder år sedan. Ursprungligen föreslog att förklara solsystemets ursprung, har denna teori blivit en allmänt accepterad bild av hur alla stjärnsystem kom till.
Nebular hypotes:
Enligt denna teori började solen och alla våra planets planeter 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 förbipasserande stjärna eller chockvågor från en supernova, men slutresultatet var en gravitationskollaps i mitten av molnet.
Från denna kollaps började fickor av damm och gas samlas in i tätare regioner. När de tätare regionerna drog sig in mer och mer materia, orsakade bevarandet av fart det att börja rotera, medan det ökande trycket fick det att värmas upp. Det mesta av materialet hamnade i en boll i mitten medan resten av saken plattade ut till en skiva som kretsade runt den. Medan bollen i mitten bildade solen skulle resten av materialet formas till den protoplanetära skivan.
Planeterna bildade genom tillträde från denna skiva, där damm och gas tvingades ihop och sammanfogades för att bilda allt större kroppar. På grund av deras högre kokpunkt kan endast metaller och silikater existera i fast form närmare solen, och dessa skulle så småningom bilda de markbundna planeterna av Merkurius, Venus, Jorden och Mars. Eftersom metalliska element bara utgjorde en mycket liten del av solnebulan, kunde de jordiska planeterna inte växa så stora.
Däremot bildades de jätteplaneterna (Jupiter, Saturn, Uranus och Neptune) bortom punkten mellan banorna mellan Mars och Jupiter där materialet är tillräckligt svalt för att flyktiga isiga föreningar förblir fast (dvs Frost Line). Isserna som bildade dessa planeter var mer rikliga än metaller och silikater som bildade de inre planeterna i marken, vilket tillät dem att växa tillräckligt massiva för att fånga stora atmosfärer av väte och helium. Restrester som aldrig blev planeter samlades i regioner som Asteroidbältet, Kuiper Belt och Oort Cloud.
Inom 50 miljoner år blev vätgastrycket och densiteten i protostars centrum tillräckligt stort för att det skulle kunna börja termonukleär fusion. Temperaturen, reaktionshastigheten, trycket och densiteten ökade tills hydrostatisk jämvikt uppnåddes. På denna punkt blev solen en huvudsekvensstjärna. Solvind från solen skapade heliosfären och svepte bort den återstående gasen och dammet från den protoplanetära skivan in i det interstellära utrymmet, vilket avslutade planetsbildningsprocessen.
Historien om den nebulära hypotesen:
Idén att solsystemet härstammar från en nebulosa föreslogs först 1734 av den svenska forskaren och teologen Emanual Swedenborg. Immanuel Kant, som var bekant med Swedenborgs arbete, utvecklade teorin vidare och publicerade den i sitt Universell naturhistoria och himmelens teori(1755). I denna avhandling hävdade han att gasformiga moln (nebulosor) långsamt roterar, gradvis kollapsar och plattar ut på grund av tyngdkraften och bildar stjärnor och planeter.
En liknande men mindre och mer detaljerad modell föreslogs av Pierre-Simon Laplace i hans avhandling Exposition du system du monde (Exposition av världens system), som han släppte 1796. Laplace teoretiserade att solen ursprungligen hade en utökad varm atmosfär i hela solsystemet, och att detta "protostarmoln" kyldes och sammandragdes. När molnet snurrade snabbare kastade det bort material som så småningom kondenserade för att bilda planeterna.
Den laplacianska nebulära modellen accepterades allmänt under 1800-talet, men den hade några ganska uttalade svårigheter. Huvudfrågan var vinkelmomentfördelningen mellan solen och planeterna, vilket den nebulära modellen inte kunde förklara. Dessutom hävdade den skotska forskaren James Clerk Maxwell (1831 - 1879) att olika rotationshastigheter mellan de inre och yttre delarna av en ring inte kunde möjliggöra kondensering av material.
Det förkastades också av astronomen Sir David Brewster (1781 - 1868), som uttalade att:
"De som tror på den nebulära teorin betraktar det som säkert att vår jord härledde sin fasta substans och sin atmosfär från en ring som kastades från solatmosfären, som därefter dragit sig samman i en solid terrassisk sfär, från vilken månen kastades av samma process ... [Under en sådan uppfattning] måste månen nödvändigtvis ha transporterat vatten och luft från de vattniga och luftiga delarna av jorden och måste ha en atmosfär. ”
I början av 1900-talet hade den Laplacianska modellen fallit ur favör, vilket fick forskare att söka nya teorier. Det var emellertid först på 1970-talet som den moderna och mest accepterade varianten av nebulärhypotesen - den solnebulära skivmodellen (SNDM) - kom fram. Tillskottet för detta går till den sovjetiska astronomen Victor Safronov och hans bok Utveckling av det protoplanetära molnet och bildandet av jorden och planeterna (1972). I den här boken formulerades nästan alla stora problem med planethållningsprocessen och många löstes.
Till exempel har SNDM-modellen lyckats med att förklara utseendet på ackretionsskivor kring unga stjärnobjekt. Olika simuleringar har också visat att ackretitionen av material på dessa skivor leder till bildandet av några jordstorlekar. Således anses ursprunget till markplaneter nu vara ett nästan löst problem.
Även om den ursprungligen endast tillämpades på solsystemet, ansågs SNDM senare av teoretiker att arbeta i hela universum, och har använts för att förklara bildandet av många av de exoplaneter som har upptäckts i vår galax.
Problem:
Även om nebulärteorin är allmänt accepterad, finns det fortfarande problem med det som astronomer inte har kunnat lösa. Till exempel finns det problemet med lutade axlar. Enligt nebulärteorin borde alla planeter runt en stjärna lutas på samma sätt relativt ekliptiken. Men som vi har lärt oss har de inre planeterna och de yttre planeterna radikalt olika axiella lutningar.
Medan de inre planeterna sträcker sig från nästan 0 graders lutning, andra (som Jorden och Mars) lutas avsevärt (23,4 ° respektive 25 °), har de yttre planeterna lutningar som sträcker sig från Jupiters mindre lutning på 3,13 °, till Saturnus och Neptuns mer uttalade lutningar (26,73 ° och 28,32 °), till Uranus 'extrema lutning av 97,77 °, där dess poler konsekvent vetter mot solen.
Studien av extrasolära planeter har också gjort det möjligt för forskare att märka oregelbundenheter som känner tvivel om nebulärhypotesen. Vissa av dessa oegentligheter har att göra med förekomsten av "heta Jupiters" som går i närheten av sina stjärnor med perioder på bara några dagar. Astronomer har justerat nebulärhypotesen för att redogöra för några av dessa problem, men har ännu inte tagit upp alla yttre frågor.
Tyvärr verkar det som det har frågor som har att göra med ursprung som är svårast att svara på. Bara när vi tror att vi har en tillfredsställande förklaring finns det fortfarande de besvärliga frågor som det bara inte kan redogöra för. Men mellan våra nuvarande modeller av stjärn- och planetbildning och vårt universums födelse har vi kommit långt. När vi lär oss mer om angränsande stjärnsystem och utforskar mer av kosmos kommer våra modeller troligen att mogna ytterligare.
Vi har skrivit många artiklar om solsystemet här på Space Magazine. Här är solsystemet, började vårt solsystem med en liten smell? Och vad var här innan solsystemet?
För mer information, se till att solsystemets ursprung och hur solen och planeterna bildades.
Astronomy Cast har också ett avsnitt om ämnet - Avsnitt 12: Var kommer Baby Stars från?
