Από αμνημονεύτων χρόνων, οι άνθρωποι αναζητούσαν την απάντηση για το πώς έγινε το Σύμπαν. Ωστόσο, μόνο κατά τους τελευταίους αιώνες, με την Επιστημονική Επανάσταση, οι κυρίαρχες θεωρίες έχουν εμπειρική φύση. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, από τον 16ο έως τον 18ο αιώνα, οι αστρονόμοι και οι φυσικοί άρχισαν να διατυπώνουν τεκμηριωμένες εξηγήσεις για το πώς ξεκίνησε ο Ήλιος μας, οι πλανήτες και το Σύμπαν.
Όσον αφορά το σχηματισμό του ηλιακού μας συστήματος, η πιο ευρέως αποδεκτή άποψη είναι γνωστή ως υπόθεση Nebular. Στην ουσία, αυτή η θεωρία δηλώνει ότι ο Ήλιος, οι πλανήτες και όλα τα άλλα αντικείμενα στο Ηλιακό Σύστημα σχηματίστηκαν από νεφελώδες υλικό πριν από δισεκατομμύρια χρόνια. Αρχικά προτάθηκε για να εξηγήσει την προέλευση του Ηλιακού Συστήματος, αυτή η θεωρία έχει γίνει μια ευρέως αποδεκτή άποψη για το πώς δημιουργήθηκαν όλα τα αστρικά συστήματα.
Νεφρική υπόθεση:
Σύμφωνα με αυτήν τη θεωρία, ο Ήλιος και όλοι οι πλανήτες του Ηλιακού μας Συστήματος ξεκίνησαν ως ένα τεράστιο νέφος μοριακού αερίου και σκόνης. Στη συνέχεια, περίπου 4,57 δισεκατομμύρια χρόνια πριν, συνέβη κάτι που έκανε το σύννεφο να καταρρεύσει. Αυτό θα μπορούσε να ήταν το αποτέλεσμα ενός διερχόμενου αστεριού ή ενός κύματος σοκ από μια σουπερνόβα, αλλά το τελικό αποτέλεσμα ήταν μια βαρυτική κατάρρευση στο κέντρο του σύννεφου.
Από αυτήν την κατάρρευση, οι τσέπες σκόνης και αερίου άρχισαν να συλλέγονται σε πυκνότερες περιοχές. Καθώς οι πυκνότερες περιοχές τραβήχτηκαν όλο και περισσότερο, η διατήρηση της ορμής την έκανε να αρχίσει να περιστρέφεται, ενώ η αυξανόμενη πίεση την προκάλεσε να θερμανθεί. Το μεγαλύτερο μέρος του υλικού κατέληξε σε μια μπάλα στο κέντρο, ενώ το υπόλοιπο θέμα ισοπεδώθηκε σε δίσκο που περιστράφηκε γύρω από αυτό. Ενώ η μπάλα στο κέντρο σχημάτισε τον Ήλιο, το υπόλοιπο υλικό θα σχηματιζόταν στον πρωτοπλανητικό δίσκο.
Οι πλανήτες σχηματίστηκαν από την αύξηση από αυτόν τον δίσκο, στον οποίο σκόνη και αέριο έλκονταν μαζί και συνενώθηκαν για να σχηματίσουν όλο και μεγαλύτερα σώματα. Λόγω των υψηλότερων σημείων βρασμού τους, μόνο μέταλλα και πυριτικά άλατα θα μπορούσαν να υπάρχουν σε στερεή μορφή πιο κοντά στον Ήλιο, και αυτά τελικά θα σχηματίσουν τους επίγειους πλανήτες του Ερμή, της Αφροδίτης, της Γης και του Άρη. Επειδή τα μεταλλικά στοιχεία αποτελούσαν μόνο ένα πολύ μικρό κλάσμα του ηλιακού νεφελώματος, οι επίγειοι πλανήτες δεν μπορούσαν να μεγαλώσουν πολύ.
Αντίθετα, οι γιγαντιαίοι πλανήτες (Δίας, Κρόνος, Ουρανός και Ποσειδώνας) σχηματίστηκαν πέρα από το σημείο μεταξύ των τροχιών του Άρη και του Δία, όπου το υλικό είναι αρκετά δροσερό ώστε οι πτητικές παγωμένες ενώσεις να παραμείνουν συμπαγείς (δηλαδή η γραμμή Frost). Τα παγάκια που σχημάτισαν αυτούς τους πλανήτες ήταν πιο άφθονα από τα μέταλλα και τα πυριτικά άλατα που σχημάτισαν τους επίγειους εσωτερικούς πλανήτες, επιτρέποντάς τους να αναπτυχθούν αρκετά μαζικά για να συλλάβουν μεγάλες ατμόσφαιρες υδρογόνου και ηλίου. Τα υπολείμματα που δεν έγιναν ποτέ πλανήτες συγκεντρώθηκαν σε περιοχές όπως η ζώνη αστεροειδών, η ζώνη Kuiper και το σύννεφο Oort.
Μέσα σε 50 εκατομμύρια χρόνια, η πίεση και η πυκνότητα του υδρογόνου στο κέντρο του πρωτοστάτου έγινε αρκετά μεγάλη για να ξεκινήσει θερμοπυρηνική σύντηξη. Η θερμοκρασία, ο ρυθμός αντίδρασης, η πίεση και η πυκνότητα αυξήθηκαν μέχρι να επιτευχθεί υδροστατική ισορροπία. Σε αυτό το σημείο, ο Ήλιος έγινε ένα αστέρι κύριας ακολουθίας. Ο ηλιακός άνεμος από τον Ήλιο δημιούργησε την ηλιοσφαίρα και σάρωσε το εναπομένον αέριο και τη σκόνη από τον πρωτοπλανητικό δίσκο σε διαστρικό διάστημα, τερματίζοντας τη διαδικασία σχηματισμού πλανητών.
Ιστορία της νεφελώδους υπόθεσης:
Η ιδέα ότι το Ηλιακό Σύστημα προήλθε από ένα νεφέλωμα προτάθηκε για πρώτη φορά το 1734 από Σουηδό επιστήμονα και θεολόγο Emanual Swedenborg. Ο Immanuel Kant, ο οποίος ήταν εξοικειωμένος με το έργο του Swedenborg, ανέπτυξε τη θεωρία περαιτέρω και τη δημοσίευσε στο δικό του Παγκόσμια Φυσική Ιστορία και Θεωρία των Ουρανών(1755). Σε αυτήν την πραγματεία, υποστήριξε ότι τα αέρια σύννεφα (νεφελώματα) περιστρέφονται αργά, σταδιακά καταρρέουν και ισοπεδώνουν λόγω της βαρύτητας και σχηματίζουν αστέρια και πλανήτες.
Ένα παρόμοιο αλλά μικρότερο και πιο λεπτομερές μοντέλο προτάθηκε από τον Pierre-Simon Laplace στην πραγματεία του Έκθεση du σύστημα du ξανθιά (Έκθεση του συστήματος του κόσμου), το οποίο κυκλοφόρησε το 1796. Ο Laplace θεωρούσε ότι ο Ήλιος είχε αρχικά μια εκτεταμένη καυτή ατμόσφαιρα σε όλο το Ηλιακό Σύστημα, και ότι αυτό το «σύννεφο πρωτοστάτη» ψύχθηκε και συρρικνώθηκε. Καθώς το σύννεφο περιστράφηκε πιο γρήγορα, πέταξε υλικό που τελικά συμπυκνώθηκε για να σχηματίσει τους πλανήτες.
Το νεφελώδες μοντέλο Laplacian έγινε ευρέως αποδεκτό κατά τον 19ο αιώνα, αλλά είχε κάποιες προφανείς δυσκολίες. Το κύριο ζήτημα ήταν η κατανομή της γωνιακής ορμής μεταξύ του Ήλιου και των πλανητών, την οποία δεν μπορούσε να εξηγήσει το νεφελώδες μοντέλο. Επιπλέον, ο σκωτσέζος επιστήμονας James Clerk Maxwell (1831 - 1879) ισχυρίστηκε ότι διαφορετικές περιστροφικές ταχύτητες μεταξύ του εσωτερικού και του εξωτερικού τμήματος ενός δακτυλίου δεν μπορούσαν να επιτρέψουν τη συμπύκνωση του υλικού.
Απορρίφθηκε επίσης από τον αστρονόμο Sir David Brewster (1781 - 1868), ο οποίος δήλωσε ότι:
«Αυτοί που πιστεύουν στη νεφελώδη θεωρία το θεωρούν σίγουρο ότι η Γη μας προήλθε από τη στερεά ύλη και την ατμόσφαιρά της από έναν δακτύλιο που ρίχτηκε από την ηλιακή ατμόσφαιρα, ο οποίος στη συνέχεια συστέλλεται σε μια στερεή τερακώδη σφαίρα, από την οποία η Σελήνη ρίχτηκε από την ίδια διαδικασία… [Κάτω από μια τέτοια άποψη] η Σελήνη πρέπει απαραιτήτως να έχει βγάλει νερό και αέρα από τα υδάτινα και εναέρια μέρη της Γης και πρέπει να έχει μια ατμόσφαιρα. "
Μέχρι τις αρχές του 20ού αιώνα, το μοντέλο της Λαπαλιάς δεν είχε ευνοήσει, ωθώντας τους επιστήμονες να αναζητήσουν νέες θεωρίες. Ωστόσο, μόλις τη δεκαετία του 1970 εμφανίστηκε η σύγχρονη και πιο ευρέως αποδεκτή παραλλαγή της νεφελώδους υπόθεσης - το μοντέλο του ηλιακού νεφελώδους δίσκου (SNDM). Πιστεύω γι 'αυτό τον σοβιετικό αστρονόμο Βίκτορ Σαφρόνοφ και το βιβλίο του Εξέλιξη του πρωτοπλανητικού νέφους και σχηματισμός της Γης και των πλανητών (1972). Σε αυτό το βιβλίο, διατυπώθηκαν σχεδόν όλα τα μεγάλα προβλήματα της διαδικασίας σχηματισμού πλανητών και πολλά λύθηκαν.
Για παράδειγμα, το μοντέλο SNDM πέτυχε να εξηγήσει την εμφάνιση δίσκων προσαύξησης γύρω από νεαρά αστρικά αντικείμενα. Διάφορες προσομοιώσεις έχουν επίσης δείξει ότι η αύξηση του υλικού σε αυτούς τους δίσκους οδηγεί στο σχηματισμό μερικών σωμάτων μεγέθους Γης. Έτσι, η προέλευση των χερσαίων πλανητών θεωρείται πλέον ένα σχεδόν λυμένο πρόβλημα.
Ενώ αρχικά εφαρμόστηκε μόνο στο Ηλιακό Σύστημα, το SNDM θεωρήθηκε στη συνέχεια από τους θεωρητικούς ότι εργάζεται σε όλο το Σύμπαν και έχει χρησιμοποιηθεί για να εξηγήσει τον σχηματισμό πολλών από τους εξωπλανήτες που έχουν ανακαλυφθεί σε ολόκληρο τον γαλαξία μας.
Προβλήματα:
Παρόλο που η νεφελώδης θεωρία είναι ευρέως αποδεκτή, εξακολουθούν να υπάρχουν προβλήματα με αυτήν που οι αστρονόμοι δεν μπόρεσαν να επιλύσουν. Για παράδειγμα, υπάρχει το πρόβλημα των κεκλιμένων αξόνων. Σύμφωνα με τη νεφελώδη θεωρία, όλοι οι πλανήτες γύρω από ένα αστέρι πρέπει να έχουν κλίση με τον ίδιο τρόπο σε σχέση με την εκλειπτική. Αλλά όπως μάθαμε, οι εσωτερικοί και εξωτερικοί πλανήτες έχουν ριζικά διαφορετικές αξονικές κλίσεις.
Ενώ οι εσωτερικοί πλανήτες κυμαίνονται από κλίση σχεδόν 0 μοιρών, άλλοι (όπως η Γη και ο Άρης) έχουν κλίση σημαντικά (23,4 ° και 25 °, αντίστοιχα), οι εξωτερικοί πλανήτες έχουν κλίσεις που κυμαίνονται από τη μικρή κλίση του Δία 3,13 °, έως τον Κρόνο και τον Ποσειδώνα έντονες κλίσεις (26,73 ° και 28,32 °), στην ακραία κλίση του Ουρανού 97,77 °, στην οποία οι πόλοι του βλέπουν σταθερά προς τον Ήλιο.
Επίσης, η μελέτη των εξωηλιακών πλανητών επέτρεψε στους επιστήμονες να παρατηρήσουν παρατυπίες που δημιουργούν αμφιβολίες για τη νεφελώδη υπόθεση. Μερικές από αυτές τις παρατυπίες έχουν να κάνουν με την ύπαρξη «καυτών Δία» που περιστρέφονται γύρω από τα αστέρια τους με περιόδους λίγων ημερών. Οι αστρονόμοι έχουν προσαρμόσει τη νεφελώδη υπόθεση για να εξηγήσουν ορισμένα από αυτά τα προβλήματα, αλλά δεν έχουν ακόμη αντιμετωπίσει όλες τις εξερχόμενες ερωτήσεις.
Δυστυχώς, φαίνεται ότι έχει ερωτήσεις που έχουν σχέση με τις ρίζες που είναι οι πιο δύσκολες απαντήσεις. Ακριβώς όταν πιστεύουμε ότι έχουμε μια ικανοποιητική εξήγηση, παραμένουν εκείνα τα ενοχλητικά ζητήματα που δεν μπορούν να λάβουν υπόψη. Ωστόσο, μεταξύ των σημερινών μοντέλων σχηματισμού αστεριών και πλανητών και της γέννησης του Σύμπαντός μας, έχουμε διανύσει πολύ δρόμο. Καθώς μαθαίνουμε περισσότερα για τα γειτονικά συστήματα αστεριών και εξερευνούμε περισσότερο τον κόσμο, τα μοντέλα μας είναι πιθανό να ωριμάσουν περισσότερο.
Έχουμε γράψει πολλά άρθρα για το Ηλιακό Σύστημα εδώ στο Space Magazine. Εδώ είναι το ηλιακό σύστημα, ξεκίνησε το ηλιακό μας σύστημα με μια μικρή έκρηξη; και τι ήταν εδώ πριν από το ηλιακό σύστημα;
Για περισσότερες πληροφορίες, φροντίστε να ελέγξετε την προέλευση του Ηλιακού Συστήματος και πώς σχηματίστηκαν ο Ήλιος και οι πλανήτες.
Το Astronomy Cast έχει επίσης ένα επεισόδιο στο θέμα - Επεισόδιο 12: Από πού προέρχονται τα Baby Stars;
