cirka 4,5 miljarder år sedan drog gravitationen ett moln av damm och gas tillsammans för att bilda vårt solsystem. Medan forskare inte är säkra på processens exakta natur har observationer av unga stjärnsystem i kombination med datorsimuleringar gjort det möjligt för dem att utveckla tre modeller av vad som kunde ha hänt så många år sedan.
solens födelse
en massiv koncentration av interstellär gas och damm skapade ett molekylärt moln som skulle bilda solens födelseplats., Kalla temperaturer orsakade gasen att klumpa ihop, växer stadigt tätare. De tätaste delarna av molnet började kollapsa under sin egen gravitation och bildade en mängd unga stjärnföremål som kallas protostarer. Gravity fortsatte att kollapsa materialet på spädbarnsobjektet, skapa en stjärna och en skiva av material från vilket planeterna skulle bildas. När fusion sparkade in började stjärnan spränga en stjärnvind som hjälpte till att rensa ut skräpet och hindrade det från att falla inåt.,
även om gas-och stofthöljet unga stjärnor i synliga våglängder, infraröda teleskop har sonderat många av Vintergatan galaxens moln för att avslöja natal miljön av andra stjärnor. Forskare har tillämpat vad de har sett i andra system på vår egen stjärna.
efter solen bildades, en massiv skiva av material omringade den i cirka 100 miljoner år. Det kanske låter som mer än tillräckligt med tid för planeterna att bilda, men i astronomiska termer är det ett ögonblink., När den nyfödda solen värmde skivan, förångas gasen snabbt, vilket ger de nyfödda planeterna och månarna bara en kort tid att skopa upp det.
Formationsmodeller
forskare har utvecklat tre olika modeller för att förklara hur planeter in och ut ur solsystemet kan ha bildats. Den första och mest accepterade modellen, kärnacceleration, fungerar bra med bildandet av steniga markplaneter men har problem med jätteplaneter. Den andra, pebble accretion, kan tillåta planeter att snabbt bildas från de minsta materialen., Den tredje, diskinstabilitetsmetoden, kan utgöra skapandet av jätteplaneter.
modellen för kärnacceleration
för ungefär 4,6 miljarder år sedan var solsystemet ett moln av damm och gas som kallas en solnebulosa. Gravity kollapsade materialet i sig när det började snurra och bildade solen i mitten av nebulosan.
med solens uppgång började det återstående materialet klumpas ihop. Små partiklar sammanfogade, bundna av tyngdkraften, i större partiklar., Solvinden svepte bort lättare element, såsom väte och helium, från de närmare regionerna, vilket bara lämnar tunga, steniga material för att skapa markbundna världar. Men längre bort hade solvindarna mindre inverkan på lättare element, så att de kunde samlas i gasjättar. På detta sätt skapades asteroider, kometer, planeter och månar.
vissa exoplanet-observationer verkar bekräfta kärnacceleration som den dominerande bildningsprocessen., Stjärnor med mer ”metaller” — en term astronomer använder för andra element än väte och helium-i sina kärnor har fler jätteplaneter än sina metallfattiga kusiner. Enligt NASA föreslår kärnacceleration att små, steniga världar ska vara vanligare än de mer massiva gasjättarna.
2005-upptäckten av en jätte planet med en massiv kärna som kretsar kring den solliknande stjärnan HD 149026 är ett exempel på en exoplanet som bidrog till att stärka fallet för kärnacceleration.,
”detta är en bekräftelse på kärnans ackretionsteori för planetbildning och bevis på att planeter av detta slag borde existera i överflöd”, säger Greg Henry i ett pressmeddelande. Henry, en astronom vid Tennessee State University, Nashville, upptäckte ljusreglering av stjärnan.
under 2017 planerar Europeiska rymdorganisationen att lansera den karaktäriserande exoplanet-satelliten (CHEOPS), som kommer att studera exoplaneter i storlekar från superjordar till Neptunus. Att studera dessa avlägsna världar kan hjälpa till att bestämma hur planeter i solsystemet bildades.,
”i kärnans accretionsscenario måste kärnan i en planet nå en kritisk massa innan den kan accrete gas på ett skenande sätt”, säger CHEOPS-laget. ”Denna kritiska massa beror på många fysiska variabler, bland de viktigaste av dessa är graden av planetesimals anhopning.”
genom att studera hur växande planeter accrete material, CHEOPS kommer att ge insikt i hur världar växer.
diskinstabilitetsmodellen
men behovet av en snabb bildning för de jätte gasplaneter är ett av problemen med kärnacceleration., Enligt modeller tar processen flera miljoner år, längre än ljusgaserna var tillgängliga i det tidiga solsystemet. Samtidigt står kärnans ackretionsmodell inför en migrationsfråga, eftersom barnplanetterna sannolikt kommer att spira in i solen på kort tid.
”jätteplaneter bildar riktigt snabbt, om några miljoner år,” Kevin Walsh, en forskare vid Southwest Research Institute (SwRI) i Boulder, Colorado, berättade Space.com. ” det skapar en tidsgräns eftersom gasskivan runt solen bara varar 4 till 5 miljoner år.,”
enligt en relativt ny teori, disk instabilitet, klumpar av damm och gas binds ihop tidigt i solsystemets liv. Med tiden komprimeras dessa klumpar långsamt till en jätte planet. Dessa planeter kan bildas snabbare än sina kärnackretions rivaler, ibland på så lite som 1000 år, så att de kan fånga de snabbt försvinnande lättare gaserna. De når också snabbt en omloppsstabiliserande massa som håller dem från döden-marscherar in i solen.,
eftersom forskare fortsätter att studera planeter inuti solsystemet, liksom runt andra stjärnor, kommer de bättre att förstå hur gasjättar bildades.
Pebble accretion
den största utmaningen för kärnacceleration är tidsbyggande massiva gasjättar tillräckligt snabbt för att ta tag i de lättare komponenterna i deras atmosfär. Ny forskning undersökte hur mindre, stenstora objekt smälte samman för att bygga jätteplaneter upp till 1000 gånger snabbare än tidigare studier.,
”det här är den första modellen som vi vet om att du börjar med en ganska enkel struktur för solnebulosan från vilken planeter bildas och slutar med det jätteplanetssystem som vi ser”, berättade studieförfattaren Harold Levison, en astronom vid SwRI Space.com år 2015.
under 2012 föreslog forskarna Michiel Lambrechts och Anders Johansen vid Lunds universitet i Sverige att små stenar, en gång avskrivna, höll nyckeln till att snabbt bygga jätteplaneter.,
”de visade att de kvarvarande stenarna från denna bildningsprocess, som tidigare ansågs vara obetydliga, faktiskt kunde vara en stor lösning på det planetbildande problemet”, sa Levison.
Levison och hans team byggde på den forskningen för att modellera mer exakt hur de små stenarna kunde bilda planeter som ses i galaxen idag., Medan tidigare simuleringar, både stora och medelstora föremål konsumerade sina stenstora kusiner i en relativt konstant takt, tyder Levisons simuleringar på att de större objekten agerade mer som mobbare och snatching bort stenar från de medelstora massorna för att växa i en mycket snabbare takt.
”de större objekten tenderar nu att sprida de mindre mer än de mindre sprider dem tillbaka, så de mindre hamnar utspridda ur pebble-disken”, berättade studie medförfattare Katherine Kretke, också från SwRI Space.com. – herr talman!, ”Den större killen mobbar i princip den mindre så att de kan äta alla stenar själva, och de kan fortsätta att växa upp för att bilda kärnorna i de gigantiska planeterna.”
en trevlig modell
ursprungligen trodde forskare att planeter som bildades i samma del av solsystemet som de bor i idag. Upptäckten av exoplaneter skakade upp saker och avslöjade att åtminstone några av de mest massiva objekten kunde migrera.,
2005 föreslog en trio av papper som publicerades i tidskriften Nature att de jätte planeterna var bundna i nära cirkulära banor mycket mer kompakta än de är idag. En stor skiva av stenar och ices omringade dem, sträcker sig ut till cirka 35 gånger avståndet jorden-solen, strax bortom Neptunus nuvarande bana. De kallade detta den fina modellen, efter staden i Frankrike där de först diskuterade det.
när planeterna interagerade med de mindre kropparna spridda de flesta mot solen., Processen fick dem att handla energi med föremålen, skicka Saturnus, Neptunus och Uranus längre ut i solsystemet. Så småningom nådde de små föremålen Jupiter, som skickade dem att flyga till solsystemets kant eller helt ut ur det.
rörelse mellan Jupiter och Saturnus körde Uranus och Neptunus i ännu mer excentriska banor, skicka paret genom den återstående skivan av ices. En del av materialet flungades inåt, där det kraschade in i de markplaneter under den sena tunga bombardemang. Annat material slängdes utåt och skapade Kuiperbältet.,
När de rörde sig långsamt utåt handlade Neptunus och Uranus platser. Så småningom orsakade interaktioner med resterande skräp paret att bosätta sig i mer cirkulära vägar när de nådde sitt nuvarande avstånd från solen.
längs vägen är det möjligt att en eller till och med två andra jätteplaneter sparkades ut ur systemet. Astronomen David Nesvorny av SwRI har modellerat det tidiga solsystemet på jakt efter ledtrådar som kan leda till att förstå sin tidiga historia.,
”i de tidiga dagarna var solsystemet väldigt annorlunda, med många fler planeter, kanske lika massiva som Neptunus, som bildar och sprids till olika platser”, berättade Nesvorny Space.com
vattensamlare
solsystemet avslutade inte sin bildningsprocess efter att planeterna bildats. Jorden sticker ut från planeterna på grund av dess höga vatteninnehåll, vilket många forskare misstänker bidrog till livets utveckling., Men planetens Nuvarande plats var för varm för att samla vatten i det tidiga solsystemet, vilket tyder på att den livgivande vätskan kan ha levererats efter att den odlades.
men forskare vet fortfarande inte källan till det vattnet. Ursprungligen misstänkte de kometer, men flera uppdrag, inklusive sex som flög av Halleys komet på 1980-talet och den nyare Europeiska rymdbyråns Rosetta-satellit, avslöjade att sammansättningen av det isiga materialet från utkanten av solsystemet inte riktigt matchade jordens.,
asteroidbältet gör en annan potentiell vattenkälla. Flera meteoriter har visat tecken på förändring, förändringar som gjordes tidigt i deras livstid som tyder på att vatten i någon form interagerade med deras yta. Påverkan från meteoriter kan vara en annan källa till vatten för planeten.
nyligen har vissa forskare utmanat uppfattningen att den tidiga jorden var för varm för att samla vatten. De hävdar att om planeten bildades tillräckligt snabbt kunde den ha samlat in det nödvändiga vattnet från de isiga kornen innan de förångas.,
medan jorden hålls på dess vatten skulle Venus och Mars troligen ha utsatts för den viktiga vätskan på ungefär samma sätt. Stigande temperaturer på Venus och en förångande atmosfär på Mars hindrade dem från att behålla sitt vatten, vilket resulterade i de torra planeter vi känner idag.