كيف تم تشكيل نظامنا الشمسي؟

منذ زمن سحيق ، كانت البشرية تحاولأجب عن سؤال كيف ظهر الكون. ومع ذلك ، بدأوا في دراسة هذه المسألة بجدية فقط مع بداية الثورة العلمية ، عندما بدأت النظريات في الهيمنة على العالم ، والتي تم تنفيذ الأدلة التجريبية لها. منذ هذه اللحظة - الفترة الفاصلة بين القرنين السادس عشر والثامن عشر - بدأ علماء الفلك والفيزيائيون في استنباط تفسيرات تستند إلى الأدلة حول كيفية بدء حياة شمسنا والكواكب والكون بأسره.

إذا كنا نتحدث عن النظام الشمسي ، فأكثر من ذلكوجهة النظر الشعبية والمقبولة على نطاق واسع هي فرضية السديم لأصل العالمين. وفقًا لهذا النموذج ، تكونت الشمس والكواكب وجميع الأجسام الأخرى في النظام الشمسي قبل مليارات السنين من غيوم كثيفة من الهيدروجين الجزيئي. تم اقتراحه أصلاً كتفسير لأصل النظام الشمسي ، ولا يزال الأكثر قبولًا على نطاق واسع.

فرضية السدم

وفقا لهذا النموذج ، الشمس وجميع الكواكببدأ نظامنا الشمسي تاريخه بسحابة جزيئية ضخمة من الغاز والغبار. ثم ، قبل حوالي 4.47 مليار سنة ، حدث شيء ما ، مما أدى إلى انهيار السحابة. ربما كان السبب هو وجود نجمة عابرة أو موجات متفجرة سوبر نوفا ، لا أحد يعرف على وجه اليقين ، ولكن النتيجة النهائية كانت انهيار الجاذبية في وسط السحابة.

من هذه اللحظة ، بدأت سحب الغاز والغبارشكل جلطات أكثر كثافة. بعد أن وصلت إلى حد معين من الكثافة ، بدأت الجلطات ، وفقًا لقانون الحفاظ على الزخم ، في الدوران ، وتزايدت الضغوط المتزايدة. تجمع معظم الأمر في المجموعة المركزية ، في حين أن المسألة المتبقية شكلت حلقة حول هذه المجموعة. تحولت الجلطة في الوسط في النهاية إلى الشمس ، وشكل باقي الأمر قرصًا كوكبيًا أوليًا.

تتشكل الكواكب من مسألة هذا القرص. جزيئات الغبار والغاز تنجذب إلى بعضها البعض تجمع في أجسام أكبر. بالقرب من الشمس ، فقط تلك الكتل التي تكون فيها أعلى تركيز للمعادن والسيليكات كانت قادرة على تكوين كائنات أكثر كثافة. هكذا ظهر عطارد والزهرة والأرض والمريخ. نظرًا لأن العناصر المعدنية كانت موجودة بشكل ضعيف في السديم الشمسي الأولي ، لم تتمكن الكواكب من النمو كثيرًا.

في المقابل ، مثل هذه الكواكب العملاقةتشكل كوكب المشتري ، زحل ، أورانوس ونبتون بالفعل في مكان ما عند النقطة بين مداري المريخ والمشتري - في مكان ما خارج درجات حرارة التجمد ، حيث تتجمد المادة لدرجة أنها تسمح للمركبات المتطايرة بالحفاظ على شكل صلب في شكل جليد. تبين أن تنوع هذا الجليد أوسع بكثير من مجموعة المعادن والسيليكات التي تشكلت منها كواكب الجزء الداخلي من النظام الشمسي. هذا سمح لهم بالنمو الضخم لدرجة أنه في النهاية كان لديهم أجواء كاملة من الهيدروجين والهيليوم. المواد المتبقية ، التي لم تستخدم قط لتشكيل الكواكب ، تتركز في مناطق أخرى ، وتشكل في نهاية المطاف حزام الكويكبات ، وحزام كويبر ، وسحابة أورت.

النظام الشمسي المبكر في رأي الفنان. أدى تصادم الجسيمات في قرص التراكم إلى تكوين كوكب الأرض ، وفي نهاية المطاف الكواكب

على مدى 50 مليون سنة القادمة ، والضغط وأصبحت كثافة الهيدروجين في وسط البروتستار عالية بما يكفي لبدء تفاعل نووي حراري. استمرت درجة الحرارة ومعدل التفاعل والضغط والكثافة في الزيادة حتى الوصول إلى التوازن الهيدروستاتيكي. منذ تلك اللحظة ، تحولت الشمس إلى نجم من التسلسل الرئيسي. أنشأت الرياح الشمسية الغلاف الجوي للشمس ، حيث اكتسحت ما تبقى من الغاز والغبار من القرص الكواكب إلى الفضاء بين النجوم وسمت إكمال عملية تكوين الكواكب.

تاريخ فرضية السديم

الفكرة الأولى أن النظام الشمسيتشكلت من السديم ، وقد اقترح في عام 1734 من قبل العالم السويدي واللاهوتي إيمانويل سويدنبورج. قام إيمانويل كانت ، على دراية بعمل سويدنبورج ، بمواصلة تطوير النظرية ونشر النتائج في عمله "التاريخ الطبيعي العام ونظرية السماء" في عام 1755. في ذلك ، ذكر أن السحب الغازية (السدم) تدور ببطء ، وتنهار تدريجياً وتتقلص تحت تأثير الجاذبية ، وتشكل النجوم والكواكب.

نموذج مماثل ولكن أقل تفصيلااقترح بيير سيمون لابلاس التشكيلات الموصوفة في عمل "عرض النظام العالمي" ، الذي نشر في عام 1796. افترض لابلاس أن الشمس كان لها في الأصل جو ممتد إلى النظام الشمسي بأكمله ، وفي وقت ما بدأت هذه "السحابة الأولية" في البرودة والنقصان. مع زيادة في سرعة دوران السحابة ، ألقت المسألة الزائدة ، والتي تشكلت منها الكواكب في وقت لاحق.

سديم ش 2-106. منطقة مدمجة لتشكيل النجوم في كوكبة Cygnus

تلقى نموذج لابلاس السديم على نطاق واسعاعتراف خلال القرن 19 ، على الرغم من أنه يحتوي على بعض التناقضات الواضحة. كان السؤال الرئيسي هو التوزيع الزاوي للزخم بين الشمس والكواكب ، وهو ما لم تفسره نظرية السدم. بالإضافة إلى ذلك ، جادل العالم الاسكتلندي جيمس كليرك ماكسويل (1831-1879) بأن الفرق في سرعة الدوران بين الأجزاء الخارجية والداخلية من القرص الكوكبي لن يسمح بتراكم المادة. بالإضافة إلى ذلك ، لم يتم قبول هذه النظرية من قبل الفلكي السير ديفيد بروستر (1781-1868) ، الذي قال ذات مرة:

"أولئك الذين يعتقدون أن نظرية السدم صحيحة ، ونحن واثقون من أن أرضنا قد استلمت شكلها وجوها الصلبين من حلقة ألقيت من الغلاف الجوي الشمسي ، والتي كانت محاطة فيما بعد بطبقة أرضية صلبة ، على الأرجح ، يعتقدون أن القمر يتكون بالطريقة نفسها. [إذا نظرنا إليها من وجهة النظر هذه] ، فيجب أن يكون للقمر ماء وجو خاص به ".

بحلول نهاية القرن العشرين ، فقد نموذج لابلاسثق في وجه العلماء وأجبر الأخير على البدء في البحث عن نظريات جديدة. صحيح أن هذا لم يبدأ حتى نهاية الستينيات ، عندما ظهر أحدث إصدار وأكثرها اعترافًا على نطاق واسع لفرضية السديم - نموذج القرص السديم الشمسي. ينتمي الفضل إلى عالم الفلك السوفياتي فيكتور سافرونوف وكتابه "تطور سحابة ما قبل الكواكب وتكوين الأرض والكواكب" (1969). يصف هذا الكتاب تقريبًا جميع الأسئلة والألغاز الأساسية لعملية تشكيل الكواكب ، والأهم من ذلك - صياغة إجابات هذه الأسئلة والألغاز بوضوح.

على سبيل المثال ، نموذج سحابة قبل الكوكب بنجاحيفسر ظهور أقراص التراكم حول الأجسام النجمية الشابة. أظهرت المحاكاة المتعددة أيضًا أن تراكم المادة في هذه الأقراص يؤدي إلى تكوين عدة أجسام بحجم الأرض. بفضل كتاب Safronov ، يمكن اعتبار مسألة أصل الكواكب الأرضية (أو ما يشبه الأرض ، إذا أردت) حلها.

على الرغم من أن النموذج الأصليتم استخدام سحابة ما قبل الكوكب فقط فيما يتعلق بالنظام الشمسي ، ويعتقد العديد من المنظرين أنه يمكن استخدامه كنظام عالمي من التدابير للكون بأكمله. لذلك ، حتى الآن يستخدم في كثير من الأحيان لشرح عملية تشكيل العديد من الكواكب الخارجية التي وجدناها.

عيوب نظرية

على الرغم من حقيقة أن نموذج السديم لديهمعترف به على نطاق واسع ، لا يزال يحتوي على عدد من القضايا التي لا يستطيع حتى علماء الفلك الحديث حلها. على سبيل المثال ، هناك سؤال يتعلق بالإمالة. وفقًا لنظرية السدم ، يجب أن يكون لكل الكواكب حول النجوم نفس محور الميل فيما يتعلق بالمستوى الكسوف. لكننا نعلم أن كواكب الدوائر الداخلية والخارجية لها محاور مختلفة تمامًا.

بينما تمتلك كواكب الدائرة الداخليةزاوية الميل محور 0 درجة ، محاور الآخرين (الأرض والمريخ ، على سبيل المثال) لديها زاوية الميل حوالي 23.4 و 25 درجة ، على التوالي. الكواكب في الدائرة الخارجية ، بدورها ، لها أيضا محاور مختلفة. فميل محور كوكب المشتري ، على سبيل المثال ، هو 3.13 درجة ، في حين أن زحل ونبتون هما 26.73 و 28.32 درجة على التوالي. عمومًا ، يمتلك Uranus الميل الشديد للمحور البالغ 97.77 درجة ، مما يجعل أحد أقطابه يواجه الشمس باستمرار.

قائمة الكواكب الخارجية التي يمكن أن تكون صالحة للسكن وفقًا لمختبر القدرة على الكواكب

بالإضافة إلى ذلك ، دراسة الكواكب خارج النظام الشمسيسمحت للعلماء بالإشارة إلى التضارب الذي يلقي ظلالاً من الشك على فرضية الغمامة. وترتبط بعض هذه التناقضات بفئة الكواكب "كوكب المشتري الساخن" ، الذي تدور مداراته بالقرب من نجومها ، ولمدة عدة أيام. قام علماء الفلك بتصحيح بعض نقاط الفرضية لحل هذه المشكلات ، لكن هذا لم يحل جميع المشكلات.

على الأرجح ، القضايا التي لم تحل لهاأقرب معنى لفهم طبيعة التكوين ، وبالتالي فإنه من الصعب للغاية الإجابة. فقط عندما نعتقد أننا وجدنا التفسير الأكثر إقناعًا ومنطقًا ، فهناك دائمًا لحظات لا نستطيع شرحها. ومع ذلك ، فقد قطعنا شوطًا طويلًا حتى وصلنا إلى النماذج الحالية لتشكيل النجوم وتكوين الكواكب. كلما تعلمنا المزيد عن أنظمة النجوم المجاورة وكلما استكشفنا المساحة ، زادت نضجنا وكمالنا.