około 4,5 miliarda lat temu grawitacja połączyła chmurę pyłu i gazu, tworząc nasz układ słoneczny. Chociaż naukowcy nie są pewni dokładnej natury tego procesu, obserwacje młodych systemów gwiezdnych w połączeniu z symulacjami komputerowymi pozwoliły im opracować trzy modele tego, co mogło się wydarzyć wiele lat temu.
narodziny słońca
ogromne stężenie gazu międzygwiazdowego i pyłu stworzyło obłok molekularny, który utworzyłby miejsce narodzin słońca., Niskie temperatury powodowały, że gaz gromadził się razem, stale rosnąc gęstniejąc. Najgęstsze części obłoku zaczęły zapadać się pod własną grawitacją, tworząc bogactwo młodych gwiazd znanych jako protostary. Grawitacja nadal zapadała się na mały obiekt, tworząc gwiazdę i Dysk z materiału, z którego formowały się planety. Kiedy rozpoczęła się fuzja, gwiazda zaczęła wybuchać gwiazdowym wiatrem, który pomógł oczyścić gruz i powstrzymał go przed spadnięciem do wewnątrz.,
chociaż gaz i pył zasłaniają młode gwiazdy w widzialnych długościach fal, teleskopy w podczerwieni zbadały wiele obłoków galaktyki Drogi Mlecznej, aby odkryć środowisko naturalne innych gwiazd. Naukowcy zastosowali to, co widzieli w innych systemach do naszej własnej gwiazdy.
Po uformowaniu się słońca, masywny dysk materii otaczał go przez około 100 milionów lat. To może brzmieć jak wystarczająco dużo czasu dla planet, aby utworzyć, ale w kategoriach astronomicznych, to jest mrugnięcie okiem., Gdy nowonarodzone słońce podgrzało dysk, Gaz szybko odparował, dając nowo narodzonym planetom i księżycom tylko krótki czas na jego zgarnięcie.
modele formacji
naukowcy opracowali trzy różne modele, aby wyjaśnić, w jaki sposób mogły powstać planety w Układzie Słonecznym i poza nim. Pierwszy i najszerzej akceptowany model, akrecja jądra, dobrze współpracuje z formacją skalistych planet ziemskich, ale ma problemy z planetami olbrzymami. Drugi, akrecja żwirowa, może pozwolić planetom na szybkie formowanie się z najdrobniejszych materiałów., Trzecia, metoda niestabilności dysku, może tłumaczyć powstanie gigantycznych planet.
model akrecji jądra
około 4,6 miliarda lat temu układ słoneczny był chmurą pyłu i gazu znaną jako mgławica słoneczna. Grawitacja zapadła materiał na siebie, gdy zaczął się obracać, tworząc słońce w centrum mgławicy.
wraz ze wschodem słońca pozostały materiał zaczął się zlewać. Małe cząstki przyciągane razem, związane siłą grawitacji, w większe cząstki., Wiatr słoneczny zmiótł lżejsze pierwiastki, takie jak wodór i hel, z bliższych regionów, pozostawiając tylko ciężkie, skaliste materiały do tworzenia ziemskich światów. Jednak dalej, wiatry słoneczne miały mniejszy wpływ na lżejsze pierwiastki, pozwalając im łączyć się w gazowe olbrzymy. W ten sposób powstały planetoidy, komety, planety i księżyce.
niektóre obserwacje egzoplanet zdają się potwierdzać akrecję rdzenia jako dominujący proces formowania., Gwiazdy posiadające więcej „metali” — termin używany przez astronomów w odniesieniu do pierwiastków innych niż wodór i hel — w swoich rdzeniach mają więcej Planet olbrzymich niż ich ubodzy w metale kuzyni. Według NASA akrecja jądra sugeruje, że małe, skaliste światy powinny być bardziej powszechne niż masywniejsze gazowe olbrzymy.
odkrycie w 2005 roku olbrzymiej planety z masywnym jądrem krążącym wokół gwiazdy podobnej do Słońca HD 149026 jest przykładem egzoplanety, która pomogła wzmocnić akrecję jądra.,
„jest to potwierdzenie podstawowej teorii akrecji dla formowania planet i dowód na to, że planety tego rodzaju powinny istnieć w obfitości”, powiedział Greg Henry w komunikacie prasowym. Henry, astronom z Tennessee State University w Nashville, wykrył zaciemnienie Gwiazdy.
w 2017 r.Europejska Agencja Kosmiczna planuje uruchomienie satelity charakteryzującego egzoplanetę (CHEOPS), który będzie badał egzoplanety o rozmiarach od super-Ziemi do Neptuna. Badanie tych odległych światów może pomóc określić, w jaki sposób powstały planety w Układzie Słonecznym.,
„w scenariuszu akrecji rdzenia, jądro planety musi osiągnąć masę krytyczną, zanim będzie zdolne do akrecji gazu w sposób uciekający” – powiedział zespół Cheopsa. „Ta masa krytyczna zależy od wielu zmiennych fizycznych, z których najważniejsza jest szybkość akrecji planetozymali.”
badając, jak rozwijające się planety akumulacji materiału, CHEOPS dostarczy wglądu w to, jak rozwijają się światy.
model niestabilności dysku
ale potrzeba szybkiego formowania się planet gazowych olbrzymów jest jednym z problemów akrecji jądra., Według modeli proces trwa kilka milionów lat, dłużej niż lekkie gazy były dostępne we wczesnym Układzie Słonecznym. W tym samym czasie model akrecji rdzenia stoi przed problemem migracji, jako że małe planety mogą spiralę do Słońca w krótkim czasie.
„olbrzymie planety formują się bardzo szybko, za kilka milionów lat” – powiedział Kevin Walsh, badacz z Southwest Research Institute (SwRI) w Boulder w stanie Kolorado Space.com. ” to tworzy limit czasu, ponieważ dysk gazowy wokół Słońca trwa tylko 4 do 5 milionów lat.,”
według stosunkowo nowej teorii niestabilność dysku, grudki pyłu i gazu wiążą się ze sobą we wczesnym okresie życia układu słonecznego. Z czasem grudki te powoli zagęszczają się w gigantyczną planetę. Planety te mogą tworzyć się szybciej niż ich konkurenci akrecji jądra, czasami nawet w ciągu 1000 lat, co pozwala im uwięzić szybko Znikające lżejsze gazy. Szybko też osiągają masę stabilizującą orbitę, która chroni je przed śmiercią-maszerując w stronę słońca.,
ponieważ naukowcy będą kontynuować badania planet wewnątrz układu słonecznego, a także wokół innych gwiazd, będą lepiej rozumieć, w jaki sposób powstały gazowe olbrzymy.
akrecja Pebble
największym wyzwaniem dla akrecji core jest zbudowanie w czasie ogromnych gazowych gigantów na tyle szybko, aby chwycić lżejsze składniki ich atmosfery. Ostatnie badania wykazały, jak mniejsze obiekty wielkości kamyczków łączą się ze sobą, tworząc olbrzymie planety nawet 1000 razy szybciej niż wcześniejsze badania.,
„jest to pierwszy model, o którym wiemy, że zaczynasz z dość prostą strukturą mgławicy słonecznej, z której tworzą się planety, a kończysz z układem olbrzymów-planet, który widzimy”, powiedział główny autor badań Harold Levison, astronom z SwRI, Space.com w 2015 roku.
w 2012 roku naukowcy Michiel Lambrechts i Anders Johansen z Uniwersytetu w Lund w Szwecji zaproponowali, że maleńkie kamyczki, raz odpisane, miały klucz do szybkiego budowania gigantycznych planet.,
„pokazali, że resztki kamyków z tego procesu formowania, które wcześniej uważano za nieistotne, mogą być w rzeczywistości ogromnym rozwiązaniem problemu formowania planet”, powiedział Levison.
Levison i jego zespół zbudowali na tych badaniach, aby dokładniej modelować, w jaki sposób małe kamyczki mogą tworzyć planety widziane dziś w galaktyce., Podczas gdy poprzednie symulacje, zarówno duże, jak i średnie obiekty konsumowały swoich kuzynów wielkości kamyków w stosunkowo stałym tempie, symulacje Levisona sugerują, że większe obiekty działały bardziej jak łobuzy, wyrywając kamyki ze średnich mas, aby rosły w znacznie szybszym tempie.
„większe obiekty mają teraz tendencję do rozpraszania mniejszych bardziej niż mniejsze rozpraszają je z powrotem, więc mniejsze kończą się rozpraszaniem z dysku kamykowego”, powiedziała współautorka badań Katherine Kretke, również ze SwRI Space.com., „Większy facet znęca się nad mniejszym, więc może zjeść same wszystkie kamyki i mogą nadal dorastać, tworząc rdzenie gigantycznych planet.”
ładny model
początkowo naukowcy uważali, że planety uformowały się w tej samej części układu słonecznego, w której znajdują się obecnie. Odkrycie egzoplanet wstrząsnęło sytuacją, ujawniając, że przynajmniej niektóre z najbardziej masywnych obiektów mogą migrować.,
w 2005 roku trzy artykuły opublikowane w czasopiśmie „Nature” zaproponowały, że olbrzymie planety są związane na prawie kołowych orbitach o wiele bardziej zwartych niż obecnie. Otaczał je duży dysk skał i lodów, rozciągający się na odległość około 35 razy większą od odległości Ziemia-Słońce, tuż poza obecną orbitą Neptuna. Nazwali to modelem Nicei, po mieście we Francji, gdzie po raz pierwszy o tym dyskutowali.
gdy planety oddziaływały z mniejszymi ciałami, większość z nich rozproszyła się w kierunku słońca., Proces ten spowodował wymianę energii z obiektami, wysyłając Saturna, Neptuna i Urana dalej w układ słoneczny. W końcu małe obiekty dotarły do Jowisza, który wysłał je na krawędź układu słonecznego lub całkowicie z niego.
ruch pomiędzy Jowiszem a Saturnem spowodował, że Uran i Neptun weszły na jeszcze bardziej ekscentryczne orbity, wysyłając parę przez pozostały dysk ices. Część materiału została wyrzucona do wewnątrz, gdzie rozbiła się o planety ziemskie podczas późnego ciężkiego bombardowania. Inny materiał został wyrzucony na zewnątrz, tworząc pas Kuipera.,
gdy poruszali się powoli Na Zewnątrz, Neptun i uran wymieniali się miejscami. W końcu, interakcje z pozostałymi szczątkami spowodowały, że para osiadła na bardziej kolistych ścieżkach, gdy osiągała aktualną odległość od słońca.
po drodze jest możliwe, że jedna lub nawet dwie inne planety olbrzymów zostały wyrzucone z układu. Astronom David Nesvorny z SwRI modelował wczesny Układ Słoneczny w poszukiwaniu wskazówek, które mogłyby doprowadzić do zrozumienia jego wczesnej historii.,
„na początku układ słoneczny był bardzo inny, z wieloma innymi planetami, być może tak masywnymi jak Neptun, formującymi się i rozproszonymi w różnych miejscach”, powiedział Nesvorny Space.com
zbieracze wody
Układ Słoneczny nie zakończył procesu formowania się Planet. Ziemia wyróżnia się od Planet ze względu na wysoką zawartość wody, która zdaniem wielu naukowców przyczyniła się do ewolucji życia., Ale obecne położenie planety było zbyt ciepłe, aby mogła zbierać wodę we wczesnym Układzie Słonecznym, co sugeruje, że życiodajna ciecz mogła zostać dostarczona po jej wyhodowaniu.
ale naukowcy nadal nie znają źródła tej wody. Początkowo podejrzewano komety, ale kilka misji, w tym sześć, które przeleciały przez kometę Halleya w latach 80. i niedawny Satelita Rosetta Europejskiej Agencji Kosmicznej, ujawniło, że skład lodowatego materiału z obrzeży układu słonecznego nie do końca odpowiadał składowi Ziemi.,
pas planetoid tworzy kolejne potencjalne źródło wody. Kilka meteorytów wykazało oznaki zmian, zmian dokonanych na początku ich życia, które sugerują, że woda w jakiejś formie oddziaływała z ich powierzchnią. Uderzenia meteorytów mogą być kolejnym źródłem wody dla planety.
ostatnio niektórzy naukowcy zakwestionowali pogląd, że wczesna ziemia była zbyt gorąca, aby zbierać wodę. Twierdzą, że gdyby planeta uformowała się wystarczająco szybko, mogła zebrać niezbędną wodę z lodowatych ziaren, zanim odparowały.,
podczas gdy ziemia trzymała się swojej wody, Wenus i Mars prawdopodobnie byłyby narażone na działanie ważnego płynu w podobny sposób. Rosnące temperatury na Wenus i parująca atmosfera na Marsie powstrzymały je od zatrzymywania wody, jednak w wyniku czego powstały suche planety, które znamy dzisiaj.