Siden umindelige tider har mennesker søgt efter svaret på, hvordan universet blev til. Imidlertid har det kun været inden for de sidste par århundreder med den videnskabelige revolution, at de dominerende teorier har haft empirisk karakter. Det var i denne tid, fra det 16. til det 18. århundrede, at astronomer og fysikere begyndte at formulere evidensbaserede forklaringer på, hvordan vores sol, planeterne og universet begyndte.
Når det kommer til dannelsen af vores solsystem, er den mest accepterede opfattelse kendt som nebular hypotesen. I det væsentlige siger denne teori, at Solen, planeterne og alle andre objekter i solsystemet er dannet af uformelt materiale for milliarder af år siden. Oprindeligt foreslået at forklare solsystemets oprindelse, denne teori er fortsat med at blive et bredt accepteret syn på, hvordan alle stjernesystemer blev til.
Nebular hypotese:
I henhold til denne teori begyndte Solen og alle vores planets planeter som en kæmpe sky af molekylær gas og støv. Derefter skete der for omkring 4,57 milliarder år siden noget, der fik skyen til at kollapse. Dette kunne have været resultatet af en forbipasserende stjerne eller chokbølger fra en supernova, men slutresultatet var et gravitationsfald i skyens centrum.
Fra dette kollaps begyndte lommer af støv og gas at samles i tættere regioner. Efterhånden som de tættere regioner trak ind mere og mere stof, bevarede bevarelsen af momentum det begynder at rotere, mens det stigende pres fik det til at varme op. Det meste af materialet endte med en kugle i midten, mens resten af sagen fladt ud i en disk, der kredsede omkring det. Mens bolden i midten dannede solen, ville resten af materialet forme sig til den protoplanetære skive.
Planeterne dannet ved akkretion fra denne skive, hvor støv og gas graviterede sammen og samles sammen for at danne stadig større kroppe. På grund af deres højere kogepunkter kunne kun metaller og silicater eksistere i fast form tættere på Solen, og disse ville til sidst danne de jordiske planeter af Merkur, Venus, Jorden og Mars. Fordi metalliske elementer kun omfattede en meget lille brøkdel af solnebulaen, kunne de jordiske planeter ikke vokse meget store.
I modsætning hertil dannede de gigantiske planeter (Jupiter, Saturn, Uranus og Neptune) sig ud over punktet mellem kredsløbene til Mars og Jupiter, hvor materialet er køligt nok til, at flygtige iskolde forbindelser forbliver faste (dvs. Frost Line). Isene, der dannede disse planeter, var mere rigelige end metaller og silicater, der dannede de terrestriske indre planeter, så de kunne vokse massivt nok til at fange store atmosfærer af brint og helium. Restrester, der aldrig blev planeter samlet i regioner som Asteroidebæltet, Kuiper Belt og Oort Cloud.
Inden for 50 millioner år blev trykket og tætheden af brint i midten af protostaren stort nok til, at det kunne begynde termonuklear fusion. Temperaturen, reaktionshastigheden, trykket og densiteten steg, indtil hydrostatisk ligevægt blev opnået. På dette tidspunkt blev solen en stjerne i hovedsekvensen. Solvind fra solen skabte heliosfæren og fejede den resterende gas og støv fra den protoplanetære disk ind i det interstellare rum, hvilket afsluttede den planetariske dannelsesproces.
Historie om den nebulære hypotese:
Ideen om, at solsystemet stammer fra en tåge, blev først foreslået i 1734 af den svenske videnskabsmand og teolog Emanual Swedenborg. Immanuel Kant, der var bekendt med Swedenborgs arbejde, udviklede teorien videre og offentliggjorde den i sit Universel naturhistorie og himlenes teori(1755). I denne afhandling argumenterede han for, at gasformige skyer (tåge) langsomt roterer, gradvist kollapses og udfladeres på grund af tyngdekraften og danner stjerner og planeter.
En lignende, men mindre og mere detaljeret model blev foreslået af Pierre-Simon Laplace i hans afhandling Exposition du system du monde (Exposition of the system of the world), som han frigav i 1796. Laplace teoretiserede, at Solen oprindeligt havde en udvidet varm atmosfære i hele solsystemet, og at denne "protostar sky" afkøles og sammentrækkede. Da skyen snurrede hurtigere, kastede den materiale, der til sidst kondenserede til dannelse af planeterne.
Den laplaciske nebulodemodel blev bredt accepteret i det 19. århundrede, men den havde nogle temmelig udtalt vanskeligheder. Hovedspørgsmålet var fordelingen af vinkelmomentum mellem solen og planeterne, som den nebulære model ikke kunne forklare. Derudover hævdede den skotske videnskabsmand James Clerk Maxwell (1831 - 1879), at forskellige rotationshastigheder mellem de indre og ydre dele af en ring ikke kunne muliggøre kondensering af materiale.
Det blev også afvist af astronom Sir David Brewster (1781 - 1868), der sagde, at:
”Dem, der tror på nebulære teorien, betragter det som sikkert, at vores jord afledte dets faste stof og dets atmosfære fra en ring, der blev kastet fra solatmosfæren, som derefter sammentrækkede sig i en solid terrakisk sfære, hvorfra månen blev kastet af den samme proces… [Under en sådan opfattelse] må månen nødvendigvis have ført vand og luft fra de vandige og luftige dele af Jorden og skal have en atmosfære. ”
I begyndelsen af det 20. århundrede var den laplaciske model faldet uden for fordel, hvilket fik forskere til at opsøge nye teorier. Imidlertid var det først i 1970'erne, at den moderne og mest almindeligt accepterede variant af nebularhypotesen - den solnebulariske diskmodel (SNDM) - opstod. Kredit for dette går til den sovjetiske astronom Victor Safronov og hans bog Udvikling af den protoplanetære sky og dannelse af Jorden og planeterne (1972). I denne bog blev næsten alle større problemer med planetholdelsesprocessen formuleret, og mange blev løst.
F.eks. Har SNDM-modellen haft succes med at forklare udseendet af tiltrædelsesskiver omkring unge stjernemæssige genstande. Forskellige simuleringer har også demonstreret, at optagelsen af materiale på disse diske fører til dannelse af et par jordstore kroppe. Derfor betragtes oprindelsen af jordiske planeter nu for at være et næsten løst problem.
Mens den oprindeligt kun blev anvendt på solsystemet, blev SNDM efterfølgende af teoretikere antaget at være på arbejde i hele universet og er blevet brugt til at forklare dannelsen af mange af de exoplaneter, der er blevet opdaget i vores galakse.
Problemer:
Selvom nebulærteorien er bredt accepteret, er der stadig problemer med det, som astronomer ikke har været i stand til at løse. For eksempel er der problemet med vippede akser. I henhold til nebulærteorien skal alle planeter omkring en stjerne vippes på samme måde i forhold til ekliptikken. Men som vi har lært, har de indre planeter og de ydre planeter radikalt forskellige aksiale hældninger.
Mens de indre planeter spænder fra næsten 0 graders hældning, andre (som Jorden og Mars) er vippet markant (henholdsvis 23,4 ° og 25 °), har de ydre planeter hældninger, der spænder fra Jupiters mindre hældning på 3,13 ° til Saturn og Neptunes mere udtalt hældning (26,73 ° og 28,32 °) til Uranus 'ekstreme hældning på 97,77 °, hvor dens poler konsekvent vender mod Solen.
Undersøgelsen af ekstrasolære planeter har også gjort det muligt for forskere at bemærke uregelmæssigheder, der rejser tvivl om nebularhypotesen. Nogle af disse uregelmæssigheder har at gøre med eksistensen af "varme Jupitere", der kredser tæt på deres stjerner med perioder på bare et par dage. Astronomer har justeret den nebulære hypotese til at redegøre for nogle af disse problemer, men har endnu ikke taget fat på alle de spændende spørgsmål.
Desværre ser det ud til, at det spørgsmål, der har at gøre med oprindelser, der er sværest at besvare. Lige når vi mener, at vi har en tilfredsstillende forklaring, er der stadig de besværlige problemer, det bare ikke kan redegøres for. Imidlertid er vi nået langt mellem vores nuværende modeller for dannelse af stjerne og planet og fødslen af vores univers. Når vi lærer mere om nabostjernersystemer og udforsker mere af kosmos, vil vores modeller sandsynligvis modne yderligere.
Vi har skrevet mange artikler om solsystemet her på Space Magazine. Her er solsystemet, startede vores solsystem med en lille smell ?, og hvad var der før solsystemet?
For mere information, sørg for at tjekke solsystemets oprindelse, og hvordan solen og planeterne dannede sig.
Astronomy Cast har også en episode om emnet - Afsnit 12: Hvor kommer babystjerner fra?
