Hoe is ons zonnestelsel gevormd?

Sinds onheuglijke tijden probeert de mensheid hetbeantwoord de vraag hoe het universum eruit zag. Ze begonnen deze kwestie echter pas serieus te bestuderen met het begin van de wetenschappelijke revolutie, toen theorieën in de wereld begonnen te domineren, waarvan het bewijs empirisch werd geleverd. Vanaf dit moment - het interval tussen de 16e en 18e eeuw - begonnen astronomen en natuurkundigen op wetenschappelijk bewijs gebaseerde verklaringen af ​​te leiden over hoe het leven van onze zon, planeten en het hele universum begon.

Als we het hebben over het zonnestelsel, dan het meestEen populair en algemeen geaccepteerd beeld is de nevelhypothese van het ontstaan ​​van werelden. Volgens dit model vormden de zon, planeten en alle andere objecten van het zonnestelsel vele miljarden jaren geleden uit dichte wolken van moleculaire waterstof. Oorspronkelijk voorgesteld als een verklaring voor de oorsprong van het zonnestelsel, blijft het de meest geaccepteerde.

Nevelhypothese

Volgens dit model, de zon en alle planetenOns zonnestelsel begon zijn geschiedenis met een gigantische moleculaire wolk van gas en stof. Toen, ongeveer 4,47 miljard jaar geleden, gebeurde er iets, wat leidde tot het instorten van de wolk. Misschien was de reden een passerende ster of supernova-explosieve golven, niemand weet het zeker, maar het eindresultaat was een zwaartekrachtinstorting in het midden van de wolk.

Vanaf dit moment begonnen wolken van gas en stofdichtere stolsels vormen. Nadat ze een bepaalde dichtheid hadden bereikt, begonnen de stolsels, volgens de wet van behoud van momentum, te roteren en de toenemende druk warmde ze op. De meeste materie verzamelde zich in het centrale bos, terwijl de resterende materie een ring rond dit bos vormde. Het stolsel in het midden veranderde uiteindelijk in de zon en de rest van de materie vormde een protoplanetaire schijf.

De planeten worden gevormd uit de materie van deze schijf. Stofdeeltjes en gas aangetrokken tot elkaar verzameld in grotere lichamen. Dichtbij de zon werden alleen die klonten gevormd waarin de hoogste concentratie metalen en silicaten zich konden vormen tot dichtere objecten. Zo verschenen Mercurius, Venus, Aarde en Mars. Omdat metalen elementen zwak aanwezig waren in de primaire zonnenevel, konden de planeten niet erg groeien.

Op hun beurt, zulke gigantische planeten alsJupiter, Saturnus, Uranus en Neptunus hebben zich al ergens gevormd op een punt tussen de banen van Mars en Jupiter - ergens voorbij de vriestemperaturen, waar het materiaal zoveel bevriest dat het de vluchtige verbindingen toestaat een vaste vorm in de vorm van ijs te behouden. De variëteit van dit ijs bleek veel breder te zijn dan de variëteit aan metalen en silicaten waaruit de planeten van het binnenste deel van het zonnestelsel waren gevormd. Hierdoor konden ze zo enorm groeien dat ze uiteindelijk hele atmosferen van waterstof en helium hadden. Het resterende materiaal, dat nooit werd gebruikt om planeten te vormen, concentreerde zich in andere gebieden en vormde uiteindelijk de asteroïdengordel, de Kuipergordel en de Oortwolk.

Het vroege zonnestelsel in de visie van de kunstenaar. Botsing van deeltjes in de accretieschijf leidde tot de vorming van planeetaarde en uiteindelijk de planeten

In de komende 50 miljoen jaar zullen druk enDe waterstofdichtheid in het midden van de protostar is hoog genoeg geworden om een ​​thermonucleaire reactie te starten. Temperatuur, reactiesnelheid, druk en dichtheid bleven stijgen totdat het hydrostatische evenwicht was bereikt. Vanaf dat moment veranderde de zon in een ster van de hoofdreeks. Zonnewinden creëerden de heliosfeer, vegen het resterende gas en stof van de protoplanetaire schijf in de interstellaire ruimte en markeerden de voltooiing van het planetaire vormingsproces.

Geschiedenis van de nevelhypothese

Eerste idee dat het zonnestelselgevormd uit de nevel, werd in 1734 voorgesteld door de Zweedse wetenschapper en theoloog Emanuel Swedenborg. Immanuel Kant, bekend met het werk van Swedenborg, nam de verdere ontwikkeling van de theorie over en publiceerde de resultaten in zijn werk "General Natural History and Theory of the Sky" in 1755. Daarin verklaarde hij dat gaswolken (nevels) langzaam roteren, geleidelijk instorten en samentrekken onder invloed van de zwaartekracht, waardoor sterren en planeten worden gevormd.

Een soortgelijk maar minder gedetailleerd modelformaties werden voorgesteld door Pierre-Simon Laplace en beschreven in het werk "Presentatie van het wereldsysteem", dat werd gepubliceerd in 1796. Laplace theoretiseerde dat de zon oorspronkelijk een atmosfeer had die zich uitstrekte tot het hele zonnestelsel, en op een gegeven moment begon deze "protostelaire wolk" af te koelen en af ​​te nemen. Met een toename van de rotatiesnelheid van de wolk gooide het overtollige materie weg, waaruit vervolgens planeten werden gevormd.

Nebula Sh 2-106. Een compact stervormend gebied in het sterrenbeeld Cygnus

Het nevelvormige Laplace-model kreeg breederkenning tijdens de 19e eeuw, hoewel het enkele duidelijke inconsistenties bevatte. De belangrijkste vraag was de hoekverdeling van momentum tussen de zon en de planeten, wat de neveltheorie niet verklaarde. Bovendien beweerde de Schotse wetenschapper James Clerk Maxwell (1831–1879) dat het verschil in rotatiesnelheid tussen de buitenste en binnenste delen van de protoplanetaire schijf niet zou toelaten dat materie zich zou ophopen. Bovendien werd de theorie ook niet aanvaard door de astronoom Sir David Brewster (1781–1868), die ooit zei:

"Degenen die geloven dat de neveltheorie waar is, enWe zijn ervan overtuigd dat onze aarde zijn vaste vorm en atmosfeer heeft gekregen van een ring die is weggegooid uit de zonne-atmosfeer, die vervolgens is ingesloten in een solide terracale bol, waarschijnlijk geloven ze dat de maan op dezelfde manier is gevormd. [Vanuit dit gezichtspunt bekeken], moet de maan ook water en een eigen atmosfeer hebben. "

Tegen het einde van de 20e eeuw verloor het Laplace-modelvertrouwen in het gezicht van wetenschappers en dwong deze om de zoektocht naar nieuwe theorieën te beginnen. Toegegeven, dit begon pas aan het einde van de jaren 60, toen de meest moderne en meest algemeen erkende versie van de nevelhypothese verscheen - het model van de zonneschijf. De verdienste is van de Sovjet-astronoom Viktor Safronov en zijn boek "The Evolution of the Pre-Planetary Cloud and the Formation of the Earth and Planets" (1969). Dit boek beschrijft bijna alle basisvragen en -puzzels van het planetaire vormingsproces, en vooral: de antwoorden op deze vragen en puzzels zijn duidelijk geformuleerd.

Bijvoorbeeld, een pre-planeet cloudmodel met succesverklaart het uiterlijk van accretieschijven rond jonge sterrenobjecten. Meerdere simulaties hebben ook aangetoond dat de aanwas van materie in deze schijven leidt tot de vorming van verschillende lichamen ter grootte van de aarde. Dankzij het boek van Safronov kan de vraag naar de oorsprong van de aardse planeten (of aardachtige, als je wilt) als opgelost worden beschouwd.

Ondanks het feit dat het originele modelde pre-planeetwolk werd alleen gebruikt in relatie tot het zonnestelsel, veel theoretici geloven dat het kan worden gebruikt als een universeel stelsel van maatregelen voor het hele universum. Daarom wordt het zelfs nu vaak gebruikt om het formatieproces van vele exoplaneten dat we hebben gevonden, te verklaren.

Theorie tekortkomingen

Ondanks het feit dat het nevelmodel heeftalgemeen erkend, bevat het nog steeds een aantal problemen die zelfs moderne astronomen niet kunnen oplossen. Er is bijvoorbeeld een vraag over kantelen. Volgens de neveltheorie moeten alle planeten rond sterren dezelfde askanteling hebben ten opzichte van het ecliptica-vlak. Maar we weten dat de planeten van de binnenste en buitenste cirkels volledig verschillende assen hebben.

Terwijl de planeten van de binnenste cirkel bezittende askantelhoek van 0 graden, de assen van anderen (bijvoorbeeld Aarde en Mars) hebben een kantelhoek van respectievelijk ongeveer 23,4 en 25 graden. De planeten van de buitenste cirkel hebben op hun beurt ook verschillende assen. De helling van de as van Jupiter is bijvoorbeeld 3,13 graden, terwijl die van Saturnus en Neptunus respectievelijk 26,73 en 28,32 graden zijn. En Uranus heeft over het algemeen een extreme kanteling van de as van 97,77 graden, waardoor een van zijn polen constant naar de zon wordt gericht.

Lijst van mogelijk bewoonbare exoplaneten volgens het Planetary Habitability Laboratory

Bovendien, de studie van planeten buiten het zonnestelselkonden wetenschappers wijzen op inconsistenties die twijfel doen rijzen over de nevelhypothese. Sommige van deze discrepanties zijn gerelateerd aan de klasse van planeten "hot Jupiters", waarvan de banen dicht bij hun sterren liggen, en voor een periode van enkele dagen. Astronomen hebben sommige punten van de hypothese gecorrigeerd om deze problemen op te lossen, maar dit loste niet alle problemen op.

Hoogstwaarschijnlijk hebben onopgeloste problemende betekenis die het dichtst bij het begrip van de aard van formatie ligt, en daarom is het zo moeilijk te beantwoorden. Net als we denken dat we de meest overtuigende en logische verklaring hebben gevonden, zijn er altijd momenten die we niet kunnen verklaren. Desondanks hebben we een lange weg afgelegd tot we bij onze huidige modellen van stervorming en planetaire formatie komen. Hoe meer we leren over aangrenzende stellaire systemen en hoe meer we de ruimte verkennen, hoe volwassener en perfecter onze modellen worden.