700 milijonų metų - tiek laiko užtruko, kol susiformavo mūsų Saulės sistema. Trumpas laikas Visatos masteliu. Tačiau per šį laiką pavyko įvykti visiems pagrindiniams mūsų „saulės šeimos“įvykiams. Kas jie tokie?
Pradžioje buvo debesis
Viskas prasidėjo maždaug prieš 4 milijardus 600 milijonų metų. Tada staiga Paukščių Take plūduriuojantis didžiulis molekulinių dulkių debesis staiga ėmė mažėti. Tai įvyko dėl netoliese įsiliepsnojusios supernovos, kurios smūgio banga praėjo per visą debesį ir išprovokavo gravitacinį žlugimą. Milžiniškos žvaigždės sprogimas debesį užpildė dujomis ir sunkiaisiais elementais - geležimi ir uranu, kurie vėliau tapo plytomis, sudarančiomis Saulės sistemą.
Spaudimas buvo labai greitas. Be to, debesis taip pat sukosi. Faktas yra tas, kad viskas aplink mus, įskaitant galaktiką, nuolat sukasi. Sukimasis yra žvaigždžių žlugimo fizikos dalis. Kai dujų ir dulkių debesyje atsirado gravitacija, ji ne tik pradėjo suktis greičiau, bet ir suplojo į diską. Greito suspaudimo ir chaotiško sukimosi sąlygomis dujos ir dulkės pradėjo sutankėti į daugybę gumulų. Šie gabalėliai buvo ne kas kita kaip būsimos žvaigždės.
Labai greitai dalis šio debesies taps suskaidyta Saulės sistema, kurios centre nušvis ryškus protostaras. Jis pradės sugerti dulkes ir dujas, kurios tada susidarė iš Saulės ūko. Daugiausia šios „šiukšlės“pateks į Saulės žarną, o iš negausių liekanų susidaro planetos, palydovai, asteroidai ir net mes patys.
Saulės sistema nebuvo vienintelis didžiulio dujų ir dulkių debesies „vaikas“, kartu su ja „gimė“ir jos „broliai“- kitos žvaigždžių sistemos.
Tą patį galime pastebėti ir šiandien „Orion“žvaigždyne, per kurį milžiniškas molekulinis debesis driekiasi šimtus šviesos metų. Kai kur pastebima, kad iš šių gumulų formuojasi jaunos žvaigždės, tarsi milžiniški diskotekos rutuliai, apšviečiantys aplinkines dujas visomis vaivorykštės spalvomis.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Oriono ūkas
Nuotrauka: NASA
Šiandien yra du požiūriai į planetų sistemų formavimąsi. Vienas iš jų yra sovietinio mokslininko Viktoro Safronovo idėjų plėtojimas, vadinamasis priėmimo į branduolį modelis. Pagal šį modelį iš pradžių susidaro tam tikra tuščia planeta, embrionas, uolėta šerdis, ant kurios tada patenka dujos, ir susidaro tokia milžiniška planeta kaip Jupiteris, Saturnas ar kitos milžiniškos planetos. Antrasis požiūris siejamas su bandymais paaiškinti planetų susidarymą protoplanetiniame diske tuo pačiu mechanizmu, kuris lemia žvaigždžių susidarymą, tai yra gravitacinį nestabilumą. Jei diskas yra pakankamai masyvus ir jame yra daug medžiagos, tada gali susidaryti tam tikri nehomogeniškumai, kurie bus suspausti, veikiant jų pačių sunkumui. Jei jie bus pakankamai masyvūs, jie kris į vidų,žlugti ir virsti masyviomis planetomis. Mokslo bendruomenėje pirmoji, Safronovo planetų susidarymo teorija, vis dar turi pranašumą.
Planetosimales
Dar „kūdikystėje“Saulės sistema neturėjo jokių planetų. Pati Saulė taip pat neegzistavo - buvo tik nedidelis protostarinas, kurio šviesa buvo labai silpna dėl aplink susikaupusių dujų ir dulkių. Tačiau planetos susiformuos labai greitai.
Medžiaga jų „gamybai“buvo padalinta į kelis „sluoksnius“, priklausomai nuo disko temperatūros. Arčiau protosuno, esant aukštesnei nei 2000 laipsnių temperatūrai, viskas išgaravo. 8 milijonų km atstumu buvo akmens linija, kurioje kietėjo metalai ir mineralai. Kita riba paprastai vadinama sniego linija - tai yra viršutinė vidinės Saulės sistemos riba. Vanduo, metanas ir amoniakas čia egzistuoja tik ledo pavidalu. Bet kodėl mes kalbame apie šias medžiagas? Tai paprasta - Saulės sistemoje jų yra daugiausia, ypač vandens. Tai visi vienokios ar kitokios formos vandenilio komponentai, o vandenilis tuo metu yra gausiausias Saulės sistemos elementas.
Tiek šiuos, tiek kitus elementus vienija vienas dalykas - jie vis dar yra mikroskopinių dalelių pavidalu. Tačiau labai greitai, akrecijos būdu, jie pradės traukti vienas kitą, ir jie virs akmenimis ir ledo gabalėliais, kurie, savo ruožtu, taip pat trauks kartu. Jie sudaro daugiau ar mažiau didelius akmens gabalus (apie 1 km - 1,5 km), vadinamus planetesimalais. Tai yra pirmoji statybinė medžiaga, iš kurios per 3 milijonus metų susidarys protoplanetos, planetų „embrionai“.
Meninė sniego linijos vizija
Nuotrauka: ESA
Dujų gigantai
Tuo tarpu protoplanetos savo dydžiu yra panašios į Mėnulį. Susidūrę tarpusavyje, jie suformuoja dideles planetas. Vidinės Saulės sistemos planetos - Merkurijus, Venera, Žemė ir Marsas - pasirodė esančios mažos, mažesnės už išorines, nes gavo mažiau statybinės medžiagos (arčiau žvaigždės, kur dėl savo radiacijos yra pakankamai karšta, ledas negali kondensuotis, negali kondensuotis) vanduo, amoniakas ir kitos dujos kietosiose medžiagose, todėl jose gali susidaryti tik akmenuotos planetos, todėl šios planetos yra mažiau masyvios, nes joms susidaryti yra mažiau medžiagų).
Žodžiu, per 3 milijonus metų pasirodo Saulės sistemos milžinas - jaunas sustingęs Jupiteris. Prieš tapdamas dujų milžine, Jupiteris buvo superžeme - didelė uolėta planeta, kurios masė kelis kartus viršijo Žemės. Jis toliau augo, pritraukdamas naujas protoplanetas. Dėl savo masės Jupiteris tapo „gravitaciniu plėšiku“. Jis, kaip ir kosminis dulkių siurblys, absorbavo visas savo kelyje esančias dujas ir per 100 tūkstančių metų padidino 90% dabartinės masės.
Kitos išorinės Saulės sistemos planetos - Saturnas, Uranas ir Neptūnas - pasekė jo „chuliganišku“pavyzdžiu. Ir nors daugumai jų nepavyko sukaupti tokios įtikinamos „raumenų“masės, Jupiteris ir Saturnas galiausiai absorbavo 92% visų ne Saulės medžiagų!
Šių dviejų milžinų „apžavėjimo“dėka per 10 milijonų jaunos Saulės sistemos gyvavimo metų beveik visos joje esančios dujos, ypač vandenilis ir helis, dėl kurių Jupiteris ir Saturnas taip greitai išaugo, baigėsi. Tačiau jų nenumaldomas „godumas“žaidė jų „kuklesnių“brolių rankose. Juk jei Jupiteris ir Saturnas nepritrauktų visų dujų ir dulkių, savo Saulę galėtume apmąstyti tik kaip gana blankų neryškų diską. Tačiau jie negalėjo - nesant įprastos saulės šviesos, gyvenimas mūsų planetoje vargu ar galėjo pasiekti tokios įvairovės, kad joje pasirodė tokie smalsūs padarai kaip Homo sapiens. Vis dėlto prie to prisidėjo saulė. Galų gale, jis ir toliau absorbavo vandenilį ir helį, kitaip jis nebūtų išaugęs iki tokio dydžio ir liko protostar. Jupiteris, beje, pats galėjo tapti žvaigžde,jei jo masė būtų daug didesnė.
Antrasis Saulės gimimas
Mūsų Saulė gimė du kartus. Žvaigždė, apie kurią kalbėjome iki šiol, buvo tik prototipas. Gyvenimo pradžioje jos šviesos spektras buvo kitoks. Protosun buvo toks pat energingas kaip ir dabar, bet labiau raudonas. Būdamas 50 milijonų metų, su Saulės sistema įvyksta reikšmingas įvykis - mūsų žvaigždė pasiekia kritinę temperatūrą ir slėgį, o jos branduolyje prasideda branduolinė reakcija. Vandenilio bombos energija sprogsta mūsų protozonas ir gimsta nauja visavertė žvaigždė.
Vidinės planetos
Saulė buvo prinokusi, o susiformavęs Jupiteris, Saturnas, Uranas ir Neptūnas praskriejo per sniego liniją. Tuo tarpu karštame vidiniame regione, kur buvo daug uolų ir mažai dujų, kilo chaosas, kai mažos protoplanetos toliau susidūrė ir augo.
Saulės sistemos vidinių planetų susidarymas truko 10 kartų ilgiau nei dujų milžinių susidarymas. Po 75 milijonų metų šis procesas baigėsi. Šių „kovų“dulkės išsibarstė, o iš kosmoso gelmių išniro keturių vidinių planetų - Merkurijaus, Veneros, Žemės ir Marso - kontūrai.
Tačiau mūsų Žemės vaikystė buvo sunki. Tuo metu, kai proto-žemė pasiekė dabartinį dydį ir užėmė stabilią orbitą, ji turėjo kosmoso ieškotoją. Manoma, kad pradiniame vystymosi etape Žemę lydėjo dar viena protoplaneta - Tėja. Jos orbita buvo beveik tokia pati kaip Žemės. Ji tiesiogine to žodžio prasme pasekė kulnais. Nenuostabu, kad tokia „kontrolė“anksčiau ar vėliau turėjo sukelti nuožmų „konfliktą“- susidūrė planetos. Ir vėlgi, didelės nelaimės virto puikia kūryba - iš Tėjos ir pačios Žemės fragmentų, palydovo - susidarė Mėnulis (apie tai skaitykite paskutiniame žurnalo numeryje straipsnyje „Žemės istorija per 30 minučių“). Išgyvenusi kataklizmą ir suformavusi Mėnulį, Žemė tapo viena stabiliausių planetų vidinėje Saulės sistemoje. Tai tikriausiai yra dar viena priežastiskodėl jame atsirado gyvenimas (bent jau toks įvairus).
Asteroido žiedas ir Kuiperio diržas
Atrodytų, kad planetų susidarymas baigėsi, tačiau tarp Marso ir Jupiterio iki šios dienos yra žiedas, kuris jau seniai turėjo virsti kita planeta. Tačiau jos gimimas neįmanomas - „piktadarys-likimas“milžino Jupiterio pavidalu neleidžia jai susiformuoti: dujų planetos gravitacinė jėga nuolatos stumia asteroidus ir neleidžia jiems pritraukti vienas kito.
Arčiau Saulės sistemos krašto, už Neptūno orbitos, yra dar vienas asteroidų žiedas - Kuiperio juosta. Jame yra daugybė uolų ir ledo, tačiau jie visi skrenda taip toli vienas nuo kito, kad beveik niekada nesusiduria, todėl nesudaro planetų.
Pagrindinio diržo objektai pavaizduoti žalia spalva, išsibarstęs diskas - oranžine spalva. Keturios išorinės planetos yra paryškintos mėlyna spalva, Trojos arkų Neptūno asteroidai - geltona, o Jupiterio - rožine spalva. Tarpo išvaizda paveikslo apačioje yra susijusi su buvimu šioje Paukščių Tako juostos srityje, slepiančioje silpnus daiktus
Be asteroido žiedo ir Kuiperio juostos, Saulės sistemoje taip pat yra hipotetinis sferinis regionas, vadinamas Oorto debesimi. Būtent ji, pasak daugelio tyrinėtojų, laikoma ilgo laikotarpio kometų „tėvyne“. Ir nors Oorto debesies egzistavimas nėra instrumentiškai patvirtintas, daugelis netiesioginių duomenų rodo jo egzistavimą. Manoma, kad Oorto debesis yra pirminio protoplanetinio disko, susidariusio aplink Saulę maždaug prieš 4,6 milijardo metų, liekana. Visuotinai priimta hipotezė yra ta, kad Oorto debesies objektai iš pradžių susidarė daug arčiau Saulės tame pačiame procese, kaip ir planetos bei asteroidai, tačiau gravitacinė sąveika su jaunomis milžiniškomis planetomis, tokiomis kaip Jupiteris, išmetė šiuos objektus į itin pailgas elipsines ar parabolines orbitas. …
Vėlyvas didelis bombardavimas
Tačiau praėjus 50 milijonų metų po Saulės sistemos gimimo Kuiperio juostoje ir asteroidų žiede buvo 100 kartų daugiau kūnų nei šiandien. Visi jie atliko destruktyvų, bet labai svarbų vaidmenį uolėtų vidinių planetų, įskaitant mūsų Žemę, evoliucijoje.
Tačiau dramos priežastis buvo tada dujų milžinės, kurių išstumtos orbitos beveik sunaikino Saulės sistemą. Kai Jupiteris pradėjo rezonansą su Saturnu, kilo gravitacinis jaudulys ir įvyko katastrofa - planetos išsibarstė po Saulės sistemą. Labiausiai nukentėjo dvi planetos - Neptūnas ir Uranas. Jų orbitos yra atvirkštinės.
Jupiterio-Saturno rezonansas kruopščiai praretino ir asteroido, ir Kuiperio juostą. 99% asteroido ir Kuiperio diržų kūnų išsibarstė, dauguma jų buvo už Saulės sistemos ribų. Bet kai kurie įėjo į vidų. Žemė, kaip ir kitos uolėtos planetos, buvo ugnies linijoje. Šis įvykis žinomas kaip vėlyvas sunkus bombardavimas. Tačiau principas „be sidabro pamušalo“vėl pasiteisino. Daugelis mokslininkų mano, kad būtent tokie sprogimai galėjo atnešti į Žemę vandenį, o kartu ir organinius mineralus bei medžiagas, iš kurių vėliau atsirado gyvybė.
Nuo to laiko, kiek žino šiuolaikinis mokslas, Saulės sistemoje nebuvo rimtų kataklizmų. Daugelis mano, kad tai netipiškas, palyginti su kitomis panašiomis sistemomis, būtent dėl savo stabilumo. Ar mes ypatingi?..
Saulės sistema turėtų išlikti dar apie 5 milijardus metų - kol termobranduolinė reakcija saulės viduje sustos ir ji išsiplės. Kai tai įvyks, jis virs raudonu milžinu ir praryja Merkurijų, Venerą ir galbūt mūsų Žemę. Tačiau net jei mūsų planeta išvengs šio likimo, gyvenimas joje taps visiškai neįmanomas dėl milžiniškos saulės artumo. Gyvenamoji zona pasislinks į pačius planetos sistemos kraštus. Tačiau dėl itin padidėjusio paviršiaus ploto Saulė bus daug vėsesnė žvaigždė nei anksčiau. Po to mūsų sistemą ištiks dar didesnė tragedija - Saulė vėl pradės mažėti. Tai tęsis tol, kol virs baltu nykštuku - žvaigždės šerdimi, neįprastai tankiu objektu, kuris yra pusė pradinės žvaigždės masės, tačiau tik Žemės dydžio. Saulės „mirties“procesas, kaip ir visa kita šiame pasaulyje, prasidėjo jos gimimo metu. Saulei deginant vandenilio kuro atsargas, šerdies palaikymui išsiskirianti energija paprastai baigiasi, todėl žvaigždė susitraukia. Tai padidina slėgį jo viduje ir sušildo šerdį, taip pagreitindama kuro degimą. Dėl to kas 1,1 milijardo metų Saulė pašviesėja apie dešimt procentų, o per ateinančius 3,5 milijardo metų - dar 40 proc. Dėl to kas 1,1 milijardo metų Saulė pašviesėja apie dešimt procentų, o per ateinančius 3,5 milijardo metų - dar 40 proc. Dėl to kas 1,1 milijardo metų Saulė pašviesėja apie dešimt procentų, o per ateinančius 3,5 milijardo metų - dar 40 proc.