700 miljoonaa vuotta - kesti niin kauan, että aurinkokuntamme muodostui. Lyhyt aika maailmankaikkeuden mittakaavassa. Mutta kaikki "aurinkoperheemme" avaintapahtumat onnistuivat tapahtumaan tänä aikana. Mitä ne ovat?
Alussa oli pilvi
Kaikki alkoi noin 4 miljardia 600 miljoonaa vuotta sitten. Silloin valtava molekyylipölyn pilvi, joka kellui hiljaa Linnunradalla, alkoi yhtäkkiä kutistua. Tämä tapahtui läheisyydessä syttyneen supernovan ansiosta, jonka sokkeaalto kulki koko pilven läpi ja aiheutti painovoiman romahduksen. Ja jättimäisen tähden räjähdys täytti pilven kaasulla ja raskailla alkuaineilla - raudalla ja uraanilla, josta myöhemmin tuli aurinkokunnan muodostavat tiilet.
Puristus oli erittäin nopeaa. Lisäksi pilvi myös pyöri. Tosiasia on, että kaikki ympärillämme, myös galaksi, pyörivät jatkuvasti. Kierto on osa tähtien romahtamisen fysiikkaa. Kun kaasupölyn pilvessä syntyi painovoima, se paitsi alkoi pyöriä nopeammin, mutta myös litistyi levyksi. Nopean puristuksen ja kaoottisen pyörimisen olosuhteissa kaasu ja pöly alkoivat tiivistyä moniksi kokkareiksi. Nämä kokkareet eivät olleet muuta kuin tulevat tähdet.
Hyvin pian tästä pilvestä tulee pirstoutunut aurinkokunta, jonka keskellä loistaa kirkas prototähti. Se alkaa imeä pölyä ja kaasua, joka sitten koostui aurinkosumusta. Suurin osa tästä "roskasta" tulee olemaan Auringon syvyydessä, ja planeettoja, satelliitteja, asteroideja ja jopa meitä muodostuu niukasta jäännöksestä.
Aurinkokunta ei ollut ainoa "lapsi" valtavalle kaasu- ja pölypilvelle, ja samalla sen "veljet" - muut tähtijärjestelmät - syntyvät sen mukana.
Voimme havaita saman asian tänään Orion-tähdistössä, jonka läpi jättiläinen molekyylipilvi ulottuu satoja valovuosia. Joissakin paikoissa näistä ryhmistä voi nähdä nuoria tähtiä, kuten jättiläisdiskopallot, jotka valaisevat ympäröivää kaasua kaikilla sateenkaaren väreillä.
Mainosvideo:
Orionin sumu
Kuva: NASA
Nykyään on olemassa kaksi lähestymistapaa planeettajärjestelmien muodostumiseen. Yksi niistä on Neuvostoliiton tiedemiehen Viktor Safronovin ideoiden kehittäminen, niin kutsuttu ytimen kasvun malli. Tämän mallin mukaan aluksi muodostuu tietty planeetan aihio, alkio, kivinen ydin, jolle kaasu sitten tarttuu, ja muodostuu jättiläinen planeetta, kuten Jupiter, Saturnus tai muut jättiläisplaneetat. Toinen lähestymistapa liittyy yrityksiin selittää planeettojen muodostuminen protoplaneettalevylle samalla mekanismilla, joka johtaa tähtien muodostumiseen, toisin sanoen gravitaation epävakauteen. Jos levy on riittävän massiivinen ja siinä on paljon ainetta, voi muodostua epäyhtenäisyyksiä, jotka pakataan oman painovoimansa vaikutuksesta. Jos ne ovat tarpeeksi massiivisia, ne putoavat sisäänpäin,romahtaa ja muuttua massiivisiksi planeetoiksi. Tiedeyhteisössä ensimmäisellä, Safronov-teemalla planeettojen muodostumisesta, on edelleen etu.
Planetesimals
"Lapsenkengissään" aurinkokunnalla ei ollut planeettoja. Aurinkoa itsessään ei myöskään ollut olemassa sellaisenaan - siellä oli vain pieni prototähti, jonka valo oli hyvin himmeä sen ympärille kertyneen kaasun ja pölyn vuoksi. Planeetat muodostuvat kuitenkin hyvin nopeasti.
Materiaali niiden "valmistamiseksi" jaettiin useisiin "kerroksiin" levyn lämpötiloista riippuen. Lähempänä protosunaa yli 2000 tuhannen lämpötilassa kaikki haihtui. 8 miljoonan kilometrin etäisyydellä oli kiviviiva, jossa metallit ja mineraalit kiinteytyivät. Seuraavaa rajaa kutsutaan yleensä lumiviivaksi - tämä on sisäisen aurinkokunnan yläraja. Vettä, metaania ja ammoniakkia esiintyy täällä vain jään muodossa. Mutta miksi puhumme näistä aineista? Se on yksinkertaista - aurinkokunnassa on suurin osa niistä, erityisesti vesi. Nämä ovat kaikki vedyn komponentteja yhdessä tai toisessa muodossa, ja vety on tuolloin aurinkokunnan yleisimpiä elementtejä.
Sekä nämä että muut elementit yhdistää yksi asia - ne ovat edelleen täällä mikroskooppisten hiukkasten muodossa. Mutta hyvin pian, heidän mielestään, he alkavat houkutella toisiaan, ja ne muuttuvat kiviksi ja jääpaloiksi, jotka puolestaan myös houkuttelevat yhdessä. Ne muodostavat enemmän tai vähemmän suuria kivipaloja (noin 1 x 1,5 km), joita kutsutaan planetesimaaleiksi. Tämä on ensimmäinen rakennusmateriaali, josta protoplaneettoja, planeettojen "alkioita", muodostetaan 3 miljoonan vuoden kuluessa.
Taiteellinen visio lumilinjasta
Kuva: ESA
Kaasujätit
Sillä välin protoplaneetat ovat kooltaan samanlaisia kuin Kuu. Törmäämällä toisiinsa ne muodostavat suuria planeettoja. Sisäisen aurinkokunnan planeetat - Elohopea, Venus, Maa ja Mars - osoittautuivat pieniksi, pienemmiksi kuin ulommat, koska ne saivat vähemmän rakennusmateriaalia (lähempänä tähtiä, jossa se on säteilyn vuoksi tarpeeksi kuuma, jää ei voi tiivistyä, ei voi tiivistyä) vesi, ammoniakki ja muut kaasut kiinteäksi aineeksi, joten sinne voi muodostua vain kivisiä planeettoja, joten nämä planeetat ovat vähemmän massiivisia, koska niiden muodostumiseen on käytettävissä vähemmän ainetta).
Kirjaimellisesti 3 miljoonan vuoden aikana ilmestyy aurinkokunnan jättiläinen - nuori jäätynyt Jupiter. Ennen kuin hänestä tuli kaasujätti, Jupiter oli supermaapallo - suuri kivinen planeetta, jonka massa oli useita kertoja maapalloa suurempi. Se jatkoi kasvuaan houkuttelemalla uusia protoplaneettoja itselleen. Massansa vuoksi Jupiterista tuli "painovoimarobotti". Avaruusimurin tavoin se absorboi kaikki tiellään olevat kaasut ja on 100 tuhannen vuoden aikana kasvanut 90% nykyisestä massastaan.
Muut ulkoisen aurinkokunnan planeetat - Saturnus, Uranus ja Neptune - seurasivat hänen "huligaanin" esimerkkiään. Ja vaikka suurin osa heistä ei kertynyt niin vakuuttavasta "lihas" massasta, Jupiter ja Saturn absorboivat lopulta 92% kaikista muista kuin aurinko-aineista!
Näiden kahden jättiläisen "nälkäisyyden" ansiosta yli 10 miljoonaa vuotta nuoren aurinkokunnan olemassaolosta lähes kaikki siinä olevat kaasut, erityisesti vety ja helium, joiden vuoksi Jupiter ja Saturn kasvoivat niin nopeasti, loppuivat. Heidän korjaamaton "ahneutensa" pelasi kuitenkin heidän "vaatimattomampien" veljiensä käsissä. Loppujen lopuksi, jos Jupiter ja Saturnus eivät houkuttelisi kaikkea kaasua ja pölyä, voisimme miettiä aurinkoamme vain melko hämäränä sumeana levynä. He eivät kuitenkaan voineet - normaalin auringonvalon puuttuessa planeettamme elämä tuskin voisi saavuttaa sellaista vaihtelua, että sellaisia uteliaita olentoja kuin Homo sapiens ilmestyi siihen. Aurinko kuitenkin vaikutti tähän itse. Loppujen lopuksi se jatkoi vedyn ja heliumin imeytymistä, muuten se ei olisi kasvanut tähän kokoon ja pysynyt prototähtinä. Jupiter, muuten, olisi voinut itse tulla tähti,jos sen massa olisi paljon suurempi.
Auringon toinen syntymä
Aurinkomme syntyi kahdesti. Tähti, josta olemme toistaiseksi puhuneet, oli vain protosun. Hänen elämänsä alussa hänen valonsa spektri oli erilainen. Protosun oli yhtä energinen kuin nyt, mutta punaisempi. 50 miljoonan vuoden iässä merkittävä tapahtuma tapahtuu aurinkokunnan kanssa - tähtemme saavuttaa kriittisen lämpötilan ja paineen, ja ytimessä alkaa ydinreaktio. Vetypommin energialla protosuni räjähtää, ja uusi täysimittainen tähti syntyy.
Sisäiset planeetat
Aurinko oli kypsä, ja muodostuneet Jupiter, Saturnus, Uranus ja Neptunus lentivät lumilinjan yli. Samaan aikaan kuumalla sisäalueella, jossa oli paljon kiviä ja vähän kaasua, syntyi kaaos, kun pienet protoplaneetat jatkoivat törmäystä ja kasvua.
Aurinkokunnan sisäisten planeettojen muodostuminen kesti 10 kertaa kauemmin kuin kaasujättien muodostuminen. 75 miljoonan vuoden jälkeen tämä prosessi on päättynyt. Näiden "taistelujen" pöly hajosi ja neljän sisäisen planeetan - Merkuruksen, Venuksen, Maan ja Marsin - ääriviivat ilmestyivät avaruuden syvyydestä.
Maapallon lapsuus oli kuitenkin vaikea. Aikana, jolloin proto-maa saavutti nykyisen koon ja otti vakaan kiertoradan, sillä oli avaruusyrittäjä. Uskotaan, että kehityksen alkuvaiheessa maapalloa seurasi toinen protoplaneetta - Thea. Sen kiertorata oli melkein sama kuin Maan. Hän seurasi kirjaimellisesti kantaansa. Ei ole yllättävää, että tällaisen "hallinnan" täytyi ennemmin tai myöhemmin johtaa kovaan "konfliktiin" - planeetat törmäsivät. Ja taas suurista katastrofeista tuli suuri luomus - Thean ja itse Maan, satelliitin - palasista - muodostettiin Kuu (lue tästä lehden viimeisestä numerosta artikkelissa "Maan historia 30 minuutissa"). Maasta on tullut yksi vakavimmista planeetoista sisäisessä aurinkokunnassa, kun se on selviytynyt katastrofista ja muodostanut Kuun. Tämä on luultavasti toinen syymiksi elämä ilmestyi siihen (ainakin niin monipuolinen).
Asteroidirengas ja Kuiperin vyö
Näyttää siltä, että planeettojen muodostuminen on ohi, mutta Marsin ja Jupiterin välillä on tähän päivään asti rengas, jonka olisi pitänyt muuttua toiseksi planeetaksi kauan sitten. Mutta hänen syntymänsä on mahdotonta - jättiläismäisen Jupiterin muodossa oleva "roistoinen kohtalo" ei salli hänen muodostumista: kaasuplaneetan painovoima työntää jatkuvasti asteroidit yhteen ja estää niiden houkuttelemisen toisiinsa.
Lähempänä aurinkokunnan reunaa, Neptunuksen kiertoradan ulkopuolella, on toinen asteroidirengas - Kuiperin vyö. Se sisältää paljon kiviä ja jäätä, mutta ne kaikki lentävät niin kauas toisistaan, etteivät ne koskaan törmää, joten ne eivät muodosta planeettoja.
Päähihnan esineet on merkitty vihreällä, hajallaan oleva levy oranssilla. Neljä ulompaa planeettaa on korostettu sinisellä, Neptunuksen Troijan asteroidit keltaisella ja Jupiter vaaleanpunaisella. Rakon ulkonäkö kuvan alaosassa johtuu Linnunradan nauhan läsnäolosta tällä alueella, joka piilottaa heikkoja esineitä
Asteroidirenkaan ja Kuiperin vyön lisäksi aurinkokunnassa on myös hypoteettinen pallomainen alue, jota kutsutaan Oortin pilveksi. Häntä pidetään monien tutkijoiden mukaan pitkäkestoisten komeettojen "kotimaana". Ja vaikka Oortin pilven olemassaoloa ei ole vahvistettu instrumentaalisesti, monet epäsuorat tiedot osoittavat sen olemassaolon. Oortin pilven uskotaan olevan jäännös alkuperäisestä protoplaneettalevystä, joka muodostui Auringon ympärille noin 4,6 miljardia vuotta sitten. Yleisesti hyväksytty hypoteesi on, että Oort Cloud -objektit muodostuivat alun perin paljon lähempänä Aurinkoa samalla prosessilla, jossa muodostuivat planeetat ja asteroidit, mutta gravitaatiovaikutus nuorten jättiläisplaneettojen, kuten Jupiterin, kanssa heitti nämä objektit erittäin pitkänomaisiin elliptisiin tai parabolisiin kiertoradoihin. …
Myöhäinen raskas pommitukset
Kuitenkin 50 miljoonaa vuotta aurinkokunnan syntymän jälkeen Kuiperin vyössä ja asteroidirenkaassa oli sata kertaa enemmän ruumiita kuin nykyään. Kaikilla heillä on ollut tuhoisa mutta erittäin tärkeä rooli kallioisten sisäisten planeettojen, myös maapallomme, evoluutiossa.
Draaman syy oli kuitenkin silloin kaasujätit, joiden siirtymät kiertoradat melkein tuhosivat aurinkokunnan. Kun Jupiter aloitti resonanssin Saturnuksen kanssa, herätti painovoimainen jännitys ja tapahtui katastrofi - planeetat hajaantuivat aurinkokunnan yli. Kaksi planeettaa, Neptune ja Uranus, kärsivät eniten. Heidän kiertoradansa ovat päinvastaiset.
Jupiter-Saturn-resonanssi on ohentanut perusteellisesti sekä asteroidivyön että Kuiper-vyön. 99% asteroidi- ja Kuiper-vyöiden ruumiista hajosi, suurin osa heistä oli aurinkokunnan ulkopuolella. Mutta jotkut menivät sisälle. Maa, kuten muutkin kiviset planeetat, oli tulilinjassa. Tämä tapahtuma tunnetaan myöhään voimakkaana pommituksena. Mutta "ei hopeavuori" -periaate toimi jälleen. Monet tiedemiehet uskovat, että juuri tällaiset pommitukset voivat tuoda vettä maahan ja samalla orgaanisia mineraaleja ja aineita, joista elämä myöhemmin kehittyi.
Siitä lähtien, nykytaiteen tieteen mukaan, aurinkokunnassa ei ole ollut vakavia katastrofeja. Monet pitävät sitä yleensä epätyypillisenä verrattuna muihin vastaaviin järjestelmiin juuri sen vakauden vuoksi. Olemmeko erityisiä?..
Aurinkokunnan tulisi jatkua vielä noin 5 miljardia vuotta - kunnes lämpöydinreaktio auringon sisällä pysähtyy ja se laajenee. Kun näin tapahtuu, se muuttuu punaiseksi jättiläiseksi ja nielee Merkuruksen, Venuksen ja mahdollisesti maapallomme. Mutta vaikka planeettamme pakenisi tämän kohtalon, elämä siinä muuttuu täysin mahdottomaksi jättimäisen auringon läheisyyden vuoksi. Asuinkelpoinen vyöhyke siirtyy planeettajärjestelmän reunoille. Äärimmäisen suuren pinta-alan vuoksi aurinko on kuitenkin paljon viileämpi tähti kuin ennen. Sen jälkeen järjestelmäämme tulee kohdata vieläkin suurempi tragedia - aurinko alkaa kutistua uudelleen. Tämä jatkuu, kunnes siitä tulee valkoinen kääpiö - tähtiydin, epätavallisen tiheä esine, puolet alkuperäisestä tähtimassasta, mutta vain Maan kokoinen. Auringon "kuoleman" prosessi, kuten kaikki muu tässä maailmassa, alkoi sen syntymähetkellä. Kun aurinko polttaa vetypolttoainevarastonsa, ytimen tukemiseen vapautuva energia pyrkii loppumaan aiheuttaen tähden supistumisen. Tämä lisää painetta sen sisätiloissa ja lämmittää sydämen, mikä nopeuttaa polttoaineen palamista. Tämän seurauksena aurinko kirkastuu noin kymmenen prosenttia 1,1 miljardin vuoden välein ja kirkastuu vielä 40% seuraavien 3,5 miljardin vuoden aikana. Tämän seurauksena aurinko kirkastuu noin kymmenen prosenttia 1,1 miljardin vuoden välein ja kirkastaa vielä 40 prosenttia seuraavien 3,5 miljardin vuoden aikana. Tämän seurauksena aurinko kirkastuu noin kymmenen prosenttia 1,1 miljardin vuoden välein ja kirkastuu vielä 40% seuraavien 3,5 miljardin vuoden aikana.