700 miljoner år - det tog så lång tid innan vårt solsystem bildades. En kort tid på universums skala. Men alla viktiga händelser för vår "solfamilj" lyckades hända under denna tid. Vad är dem?
I början fanns det ett moln
Det hela började för cirka 4 miljarder för 600 miljoner år sedan. Det var då ett enormt moln av molekylärt damm, som tyst svävade i Vintergatan, plötsligt började krympa. Detta hände tack vare en supernova som blossade upp i närheten, där chockvågen passerade genom hela molnet och provocerade en gravitationskollaps. Och explosionen av en jättestjärna fyllde molnet med gas och tunga element - järn och uran, som senare blev tegelstenarna som utgör solsystemet.
Komprimeringen var mycket snabb. Dessutom roterade molnet också. Faktum är att allt runt omkring oss, inklusive galaxen, är i konstant rotation. Rotation är en del av stjärnkollapsens fysik. När tyngdkraften uppstod i gasdammmolnet började det inte bara rotera snabbare utan plattade ut till en skiva. Under förhållanden med snabb kompression och kaotisk rotation började gas och damm komprimeras i många klumpar. Dessa klumpar var inget annat än framtida stjärnor.
Mycket snart kommer en del av detta moln att bli ett fragmenterat solsystem, i vars centrum en ljus protostjärna kommer att lysa. Det kommer att börja absorbera damm och gas, som sedan bestod av solnebulosan. Mest av allt detta "skräp" kommer att ligga i Solens djup, och planeter, satelliter, asteroider och till och med oss själva bildas av de ringa resterna.
Solsystemet var inte det enda "barnet" till ett enormt gas- och dammmoln, samtidigt som dess "bröder" - andra stjärnsystem - "föds" med det.
Vi kan observera samma sak idag i konstellationen Orion, genom vilken ett jätte molekylärt moln sträcker sig hundratals ljusår. På vissa ställen ses unga stjärnor bildas från dessa klumpar, som jätte discokulor, som lyser upp den omgivande gasen med alla regnbågens färger.
Kampanjvideo:
Orion-nebulosa
Foto: NASA
Idag finns det två sätt att bilda planetariska system. En av dem är utvecklingen av den sovjetiska forskaren Viktor Safronovs idéer, den så kallade tillväxtmodellen i kärnan. Enligt denna modell bildas först ett visst ämne på planeten, ett embryo, en stenig kärna, på vilken gas sedan accelererar, och en gigantisk planet som Jupiter, Saturnus eller andra jätteplaneter bildas. Det andra tillvägagångssättet är associerat med försök att förklara bildandet av planeter i den protoplanetära skivan med samma mekanism som leder till bildandet av stjärnor, det vill säga gravitationell instabilitet. Om skivan är tillräckligt massiv och det finns mycket materia i den, kan vissa inhomogeniteter bildas som kommer att komprimeras under påverkan av deras egen gravitation. Om de är massiva nog kommer de att falla inåt,kollapsa och förvandlas till massiva planeter. I det vetenskapliga samfundet har den första, Safronov-teorin om bildandet av planeter, fortfarande en fördel.
Planetiska djur
I sin”linda” hade solsystemet inga planeter. Solen själv existerade inte heller som sådan - det fanns bara en liten protostjärna, vars ljus var mycket svagt på grund av gasen och dammet som ackumulerades runt den. Men planeterna kommer att bildas mycket snabbt.
Materialet för deras "tillverkning" delades in i flera "lager" beroende på temperaturen på skivan. Närmare protosunen, vid temperaturer över 2000 grader, avdunstade allt. På ett avstånd av 8 miljoner km fanns en stenlinje där metaller och mineraler stelnade. Nästa gräns kallas vanligtvis snölinjen - detta är den övre gränsen för det inre solsystemet. Vatten, metan och ammoniak finns här endast i form av is. Men varför pratar vi om dessa ämnen? Det är enkelt - det finns de flesta i solsystemet, särskilt vatten. Dessa är alla vätekomponenter i en eller annan form, och väte är det vanligaste elementet i solsystemet vid den tiden.
Både dessa och andra element förenas av en sak - de är fortfarande här i form av mikroskopiska partiklar. Men mycket snart, genom tillväxt, kommer de att lockas till varandra, och de kommer att förvandlas till stenar och isbitar, som i sin tur också kommer att locka ihop. De bildar mer eller mindre stora stenstycken (cirka 1 km och 1,5 km), kallade planetesimals. Detta är det första byggmaterialet från vilket protoplaneter, "embryon" av planeter, kommer att bildas på 3 miljoner år.
Konstnärlig syn på snölinjen
Foto: ESA
Gasjättar
Under tiden har protoplaneter samma storlek som månen. De kolliderar med varandra och bildar stora planeter. Planeterna i det inre solsystemet - kvicksilver, Venus, jorden och Mars - visade sig vara små, mindre än de yttre, eftersom de fick mindre byggmaterial (närmare stjärnan, där den är tillräckligt varm på grund av dess strålning, is kan inte kondensera, kan inte kondensera vatten, ammoniak och andra gaser i fast ämne, därför kan endast steniga planeter bildas där, så dessa planeter är mindre massiva, eftersom mindre materia är tillgängliga för deras bildning).
Bokstavligen på 3 miljoner år dyker en jätte av solsystemet upp - ungfryst Jupiter. Innan Jupiter blev en gasjätte var han en superjord - en stor stenig planet med en massa som är flera gånger större än jordens. Det fortsatte att växa och lockade fler och fler protoplaneter till sig själv. På grund av sin massa blev Jupiter en "gravitation rånare". Som en rymddammsugare absorberade den alla gaser i dess väg och har under 100 tusen år ökat 90% av sin nuvarande massa.
Andra planeter i det yttre solsystemet - Saturnus, Uranus och Neptun - följde hans "hooligan" -exempel. Och även om de flesta av dem misslyckades med att ackumulera en så övertygande "muskelmassa", absorberade Jupiter och Saturnus slutligen 92% av all materia som inte är sol!
Tack vare "frossa" hos dessa två jättar rann ut över 10 miljoner år av det unga solsystemets existens nästan all gas i det, i synnerhet väte och helium, på grund av vilket Jupiter och Saturnus växte så snabbt. Deras oåterkalleliga "girighet" spelade emellertid in i deras mer "blygsamma" bröder. När allt kommer omkring, om Jupiter och Saturnus inte lockade all gas och damm, kunde vi bara betrakta vår sol som en ganska svag suddig skiva. Men de kunde inte - i frånvaro av normalt solljus kunde livet på vår planet knappast uppnå en sådan variation att sådana nyfikna varelser som Homo sapiens dök upp på den. Solen bidrog dock till detta själv. Det fortsatte trots allt att absorbera väte och helium, annars skulle det inte ha vuxit till denna storlek och förblev en protostjärna. Jupiter kunde förresten ha blivit en stjärna själv,om det hade en mycket större massa.
Solens andra födelse
Vår sol föddes två gånger. Stjärnan vi har pratat om hittills var bara en protosun. I början av hennes liv var ljusets spektrum annorlunda. Protosunen var lika energisk som den är nu, men mer röd. Vid en ålder av 50 miljoner år inträffar en betydande händelse med solsystemet - vår stjärna når en kritisk temperatur och ett tryck och en kärnreaktion börjar i sin kärna. Med energin från en vätgasbombe exploderar vår protosun och en ny fullfjädrad stjärna föds.
Inre planeter
Solen var mogen och den bildade Jupiter, Saturnus, Uranus och Neptun flög över snölinjen. Under tiden, i den heta inre regionen, där det fanns många stenar och lite gas, uppstod kaos när små protoplaneter fortsatte att kollidera och växa.
Bildningen av solsystemets inre planeter varade 10 gånger längre än bildandet av gasjättar. Efter 75 miljoner år har denna process upphört. Stoftet från dessa "strider" försvann och konturerna av fyra inre planeter - kvicksilver, Venus, jorden och Mars - dök upp ur rymdens djup.
Vår jordens barndom var dock svår. Vid den tidpunkt då proto-jorden nådde sin nuvarande storlek och tog en stabil bana, hade den en rymdförföljare. Man tror att jorden i de första utvecklingsstadierna åtföljdes av en annan protoplanet - Thea. Den hade nästan samma bana som jorden. Hon följde bokstavligen sina klackar. Det är inte förvånande att en sådan "kontroll" förr eller senare måste leda till en hård "konflikt" - planeterna kolliderade. Och återigen, stora katastrofer förvandlades till en stor skapelse - från skräpet från Thea och jorden själv, en satellit - Månen bildades (läs om detta i det sista numret av tidningen i artikeln "Jordens historia på 30 minuter"). Efter att ha överlevt katastrofen och bildat månen har jorden blivit en av de mest stabila planeterna i det inre solsystemet. Detta är förmodligen en annan anledningvarför det var på henne som livet dök upp (åtminstone så olika).
Asteroidring och Kuiper-bälte
Det verkar som om bildandet av planeterna är över, men mellan Mars och Jupiter finns det i dag en ring som borde ha förvandlats till en annan planet för länge sedan. Men hennes födelse är omöjlig - "skurkens öde" i form av den jätte Jupiter tillåter inte henne att bildas: gravitationskraften på gasplaneten skjuter ständigt asteroider ihop och hindrar dem från att lockas till varandra.
Närmare kanten av solsystemet, bortom Neptuns bana, finns en annan asteroiderring - Kuiperbältet. Den innehåller mycket stenar och is, men de flyger alla så långt från varandra att de nästan aldrig kolliderar, därför bildar de inte planeter.
Föremålen på huvudbältet visas i grönt, den spridda skivan - i orange. De fyra yttre planeterna är markerade i blått, de trojanska asteroiderna i Neptun i gult och Jupiter i rosa. Utseendet på gapet längst ner på figuren är förknippat med närvaron i detta område av Vintergatan och döljer svaga föremål
Förutom asteroidringen och Kuiper-bältet finns det också ett hypotetiskt sfäriskt område i solsystemet som kallas Oort-molnet. Det är hon som enligt många forskare anses vara "hemlandet" för långvariga kometer. Och även om existensen av Oort-molnet inte bekräftas instrumentellt, indikerar många indirekta uppgifter dess existens. Oortmolnet tros vara resterna av den ursprungliga protoplanetära skivan som bildades runt solen för cirka 4,6 miljarder år sedan. Den allmänt accepterade hypotesen är att Oort Cloud-objekt ursprungligen bildades mycket närmare solen i samma process som planeter och asteroider bildades, men gravitationsinteraktion med unga jätteplaneter som Jupiter kastade dessa objekt i extremt långsträckta elliptiska eller paraboliska banor. …
Sen tung bombardemang
Men 50 miljoner år efter solsystemets födelse fanns det 100 gånger fler kroppar i Kuiperbältet och asteroidringen än idag. Alla har spelat en destruktiv men mycket viktig roll i utvecklingen av de steniga inre planeterna, inklusive vår jord.
Orsaken till dramat var dock då gasjättarna, vars fördrivna banor nästan förstörde solsystemet. När Jupiter gick i resonans med Saturnus uppstod gravitationell spänning och en katastrof inträffade - planeterna spridda över solsystemet. Två planeter, Neptunus och Uranus, drabbades mest. Deras banor är omvända.
Jupiter-Saturn-resonansen har förtunnat både asteroidbältet och Kuiper-bältet grundligt. 99% av kropparna i asteroiden och Kuiper-bältena var utspridda, de flesta var utanför solsystemet. Men några gick in. Jorden, som andra steniga planeter, var i eldlinjen. Denna händelse är känd som den sena tunga bombardemanget. Men principen "inget silverfoder" fungerade igen. Många forskare tror att det var just sådana bombningar som kunde föra vatten till jorden, och samtidigt organiska mineraler och ämnen som livet senare utvecklades från.
Sedan dess har, såvitt den moderna vetenskapen vet, inga allvarliga katastrofer i solsystemet. Många anser det i allmänhet atypiskt i jämförelse med andra liknande system just på grund av dess stabilitet. Är vi speciella?..
Solsystemet borde existera i ytterligare 5 miljarder år - tills den termonukleära reaktionen i det inre av solen upphör och den expanderar. När detta händer kommer det att förvandlas till en röd jätte och svälja kvicksilver, Venus och eventuellt vår jord. Men även om vår planet undgår detta öde, kommer livet på det att bli helt omöjligt på grund av närheten till den jätte solen. Den beboeliga zonen kommer att flyttas till planetens yttersta kant. På grund av den extremt ökade ytan blir solen dock en mycket kallare stjärna än tidigare. Efter det kommer vårt system att möta en ännu större tragedi - solen börjar krympa igen. Detta kommer att fortsätta tills det förvandlas till en vit dvärg - en stjärnkärna, ett ovanligt tätt objekt hälften av stjärnans ursprungliga massa, men bara jordens storlek. Processen att "dö" av solen, liksom allt annat i den här världen, började vid dess födelse. När solen bränner upp sina vätgasreserver tenderar den energi som frigörs för att stödja kärnan att ta slut, vilket får stjärnan att dra ihop sig. Detta ökar trycket i dess inre och värmer upp kärnan, vilket påskyndar förbränningen av bränsle. Som ett resultat lyser solen cirka tio procent var 1,1 miljarder år och kommer att lysa ytterligare 40% under de kommande 3,5 miljarder åren. Som ett resultat lyser solen cirka tio procent var 1,1 miljarder år och kommer att lysa ytterligare 40% under de kommande 3,5 miljarder åren. Som ett resultat lyser solen cirka tio procent var 1,1 miljarder år och kommer att lysa ytterligare 40% under de kommande 3,5 miljarder åren.