700 miliónov rokov - trvalo tak dlho, kým sa formovala naša slnečná sústava. Krátky čas v rozsahu vesmíru. Ale všetky kľúčové udalosti pre našu „solárnu rodinu“sa počas tohto obdobia podarilo uskutočniť. Čo sú zač?
Na začiatku bol mrak
Všetko sa to začalo asi pred 4 miliardami 600 miliónov rokov. Práve vtedy sa zrazu začal zmenšovať obrovský oblak molekulárneho prachu, ktorý sa ticho vznášal v Mliečnej ceste. Stalo sa tak vďaka supernove, ktorá horela neďaleko, rázová vlna, z ktorej prešla celým mrakom, a vyvolala gravitačný kolaps. A výbuch obrovskej hviezdy naplnil oblak plynom a ťažkými prvkami - železom a uránom, z ktorých sa neskôr stali tehly tvoriace slnečnú sústavu.
Kompresia bola veľmi rýchla. Okrem toho sa mrak aj otáčal. Faktom je, že všetko okolo nás vrátane galaxie je v neustálej rotácii. Rotácia je súčasťou fyziky hviezdneho kolapsu. Keď v oblaku prachového plynu vznikala gravitácia, začal sa nielen rýchlejšie otáčať, ale aj sa sploštil na disk. V podmienkach rýchlej kompresie a chaotickej rotácie sa plyn a prach začali zhlukovať do mnohých hrudiek. Tieto hrudky neboli nič iné ako budúce hviezdy.
Veľmi skoro sa z časti tohto mraku stane fragmentovaná slnečná sústava, v ktorej strede bude svietiť jasná protohviezda. Začne absorbovať prach a plyn, ktoré potom pozostávali zo slnečnej hmloviny. Najviac všetkého tohto „odpadu“bude v útrobách Slnka a zo sporých zvyškov sa tvoria planéty, satelity, asteroidy a dokonca aj my sami.
Slnečná sústava nebola jediným „dieťaťom“obrovského oblaku plynu a prachu, zároveň sa s ňou „narodili“aj jej „bratia“- ďalšie hviezdne sústavy.
To isté môžeme dnes pozorovať v súhvezdí Orion, cez ktoré sa obrovský molekulárny mrak tiahne stovky svetelných rokov. Na niektorých miestach sú z týchto hrudiek vidieť mladé hviezdy, ktoré vyzerajú ako obrovské diskoguličky a osvetľujú okolitý plyn všetkými farbami dúhy.
Propagačné video:
Hmlovina Orion
Foto: NASA
Dnes existujú dva prístupy k formovaniu planetárnych systémov. Jedným z nich je vývoj myšlienok sovietskeho vedca Viktora Safronova, takzvaného modelu akrécie na jadro. Podľa tohto modelu sa najskôr vytvorí určitá prázdna planéta, embryo, kamenné jadro, na ktoré sa potom nahromadí plyn, a obrovská planéta ako Jupiter, Saturn alebo iné obrovské planéty. Druhý prístup je spojený s pokusmi vysvetliť vznik planét na protoplanetárnom disku rovnakým mechanizmom, ktorý vedie k vzniku hviezd, teda gravitačnej nestabilite. Ak je disk dostatočne masívny a je v ňom veľa hmoty, môžu sa vytvoriť určité nehomogenity, ktoré sa stlačia pod vplyvom ich vlastnej gravitácie. Ak sú dostatočne masívne, padnú dovnútra,zrútiť sa a zmeniť sa na masívne planéty. Vo vedeckej komunite má prvá z nich, Safronovova teória formovania planét, stále výhodu.
Planethesimals
V „počiatkoch“slnečná sústava nemala žiadne planéty. Samotné Slnko ako také neexistovalo - bola tu iba malá protohviezda, ktorej svetlo bolo veľmi slabé kvôli plynu a prachu, ktorý sa okolo nich hromadil. Planéty sa však formujú veľmi rýchlo.
Materiál na ich „výrobu“bol rozdelený do niekoľkých „vrstiev“v závislosti od teplôt disku. Bližšie k protosunu sa pri teplotách nad 2 tisíc stupňov všetko odparilo. Vo vzdialenosti 8 miliónov km bola kamenná línia, kde tuhli kovy a minerály. Ďalšia hranica sa zvyčajne nazýva hranica sneženia - ide o hornú hranicu vnútornej slnečnej sústavy. Voda, metán a amoniak tu existujú iba vo forme ľadu. Prečo však hovoríme o týchto látkach? Je to jednoduché - v slnečnej sústave je ich najviac, najmä voda. Všetko sú to zložky vodíka v tej či onej podobe a vodík je v tom čase najhojnejším prvkom v slnečnej sústave.
Oba tieto a ďalšie prvky spája jedna vec - sú tu stále vo forme mikroskopických častíc. Ale veľmi skoro, akréciou, ich začne navzájom priťahovať a premenia sa na kamene a kúsky ľadu, ktoré zase budú priťahovať aj spoločne. Tvoria viac alebo menej veľké kamenné kúsky (asi 1 km x 1,5 km), nazývané planetesimals. Toto je prvý stavebný materiál, z ktorého sa za 3 milióny rokov vytvoria protoplanéty, „embryá“planét.
Umelecké videnie hranice sneženia
Foto: ESA
Plynoví giganti
Medzitým sú protoplanéty podobné veľkosti ako Mesiac. Zrážali sa navzájom a vytvorili veľké planéty. Planéty vnútornej slnečnej sústavy - Merkúr, Venuša, Zem a Mars - sa ukázali byť malé, menšie ako vonkajšie, pretože dostali menej stavebného materiálu (bližšie k hviezde, kde je vďaka svojmu žiareniu dostatočne horúca, ľad nemôže kondenzovať, nemôže kondenzovať voda, amoniak a ďalšie plyny v tuhej hmote, preto sa tam môžu vytvárať iba kamenné planéty, takže tieto planéty sú menej hmotné, pretože na ich vznik je k dispozícii menej hmoty).
Doslova za 3 milióny rokov sa objaví gigant slnečnej sústavy - mladý zamrznutý Jupiter. Predtým, ako sa Jupiter stal plynovým obrom, bola nadpozemská - veľká kamenná planéta s hmotnosťou niekoľkonásobne väčšou ako Zem. Stále rástol a priťahoval k sebe nové protoplanéty. Vďaka svojej hmotnosti sa z Jupitera stal „gravitačný lupič“. Rovnako ako vesmírny vysávač absorboval všetky plyny, ktoré mu prišli do cesty, a za 100 tisíc rokov zvýšil 90% svojej súčasnej hmotnosti.
Ostatné planéty vo vonkajšej slnečnej sústave - Saturn, Urán a Neptún - nasledovali jeho „chuligánsky“príklad. A hoci sa väčšine z nich nepodarilo akumulovať tak presvedčivú „svalovú“hmotu, Jupiter a Saturn nakoniec absorbovali 92% všetkej neslnečnej hmoty!
Vďaka „obžerstvu“týchto dvoch gigantov za 10 miliónov rokov existencie mladej slnečnej sústavy došiel takmer všetok plyn v nej, najmä vodík a hélium, kvôli ktorým tak rýchlo rástli Jupiter a Saturn. Ich nepotlačiteľná „chamtivosť“však hrala do karát ich „skromnejším“bratom. Ak by totiž Jupiter a Saturn nepriťahovali všetok plyn a prach, mohli by sme uvažovať o našom Slnku iba ako o dosť slabom fuzzy disku. Nemohli však - pri absencii normálneho slnečného žiarenia mohol život na našej planéte len ťažko dosiahnuť takú rozmanitosť, že sa na ňom objavili také zvedavé tvory ako Homo sapiens. Slnko však k tomu prispelo samo. Koniec koncov, naďalej absorboval vodík a hélium, inak by nezrástol na túto veľkosť a zostal protohviezdou. Mimochodom, Jupiter sa mohol stať hviezdou sám,keby mala oveľa väčšiu hmotu.
Druhé narodenie Slnka
Naše Slnko sa narodilo dvakrát. Hviezda, o ktorej sme sa doteraz rozprávali, bola iba protosun. Na začiatku jej života bolo spektrum jej svetla odlišné. Protosun bol rovnako energický ako teraz, ale viac červený. Vo veku 50 miliónov rokov nastáva v slnečnej sústave významná udalosť - naša hviezda dosahuje kritickú teplotu a tlak a v jej jadre začína jadrová reakcia. S energiou vodíkovej bomby explodovalo naše protosun a vznikla nová plnohodnotná hviezda.
Vnútorné planéty
Slnko bolo zrelé a formovaný Jupiter, Saturn, Urán a Neptún preleteli ponad snehovú čiaru. Medzitým v horúcej vnútornej oblasti, kde bolo veľa skál a málo plynu, vznikol chaos, keď sa malé protoplanéty naďalej zrážali a rástli.
Vznik vnútorných planét slnečnej sústavy trval 10-krát dlhšie ako vznik plynných obrov. Po 75 miliónoch rokov sa tento proces skončil. Prach z týchto „bitiek“sa rozplynul a z hlbín vesmíru sa vynorili obrysy štyroch vnútorných planét - Merkúr, Venuša, Zem a Mars.
Detstvo našej Zeme však bolo ťažké. V čase, keď protozema dosiahla svoju súčasnú veľkosť a zaujala stabilnú obežnú dráhu, mala vesmírneho prenasledovateľa. Predpokladá sa, že v počiatočných fázach vývoja Zem sprevádzala ďalšia protoplanéta - Thea. Mal takmer rovnakú obežnú dráhu ako Zem. Doslova išla po päty. Niet divu, že takáto „kontrola“musela skôr či neskôr vyústiť do prudkého „konfliktu“- planéty sa zrazili. A opäť sa veľké katastrofy zmenili na veľké stvorenie - z trosiek Thea a samotnej Zeme, satelitu - sa sformoval Mesiac (o tom si prečítajte v poslednom čísle časopisu v článku „História Zeme za 30 minút“). Po prežití kataklizmy a formovaní Mesiaca sa Zem stala jednou z najstabilnejších planét vnútornej slnečnej sústavy. To je pravdepodobne ďalší dôvodprečo sa na ňom objavil život (minimálne taký rozmanitý).
Asteroidový kruh a Kuiperov pás
Zdalo by sa, že formovanie planét skončilo, ale medzi Marsom a Jupiterom dodnes existuje prstenec, ktorý sa už dávno mal zmeniť na inú planétu. Ale jej narodenie je nemožné - „villainess-osud“v podobe obra Jupitera jej nedovoľuje formovať sa: gravitačná sila plynnej planéty neustále tlačí asteroidy k sebe a bráni ich vzájomnému priťahovaniu.
Bližšie k okraju slnečnej sústavy, za obežnou dráhou Neptúna, je ďalší prstenec asteroidov - Kuiperov pás. Je v nej veľa skál a ľadu, ale všetky lietajú tak ďaleko od seba, že sa takmer nikdy nezrazia, preto netvoria planéty.
Predmety hlavného pásu sú zobrazené zelenou farbou, rozptýlený disk - oranžovou farbou. Štyri vonkajšie planéty sú zvýraznené modrou farbou, trójske asteroidy Neptúna žltou farbou a Jupiter ružovou farbou. Vzhľad medzery v dolnej časti obrázku je spojený s prítomnosťou pruhu Mliečnej dráhy v tejto oblasti, ktorý skrýva slabé predmety
Okrem prstenca asteroidov a Kuiperovho pásu existuje v slnečnej sústave aj hypotetická sférická oblasť zvaná Oortov oblak. Je to ona, ktorá je podľa mnohých bádateľov považovaná za „domovinu“dlhoperiodických komét. A hoci existencia Oortovho mraku nie je inštrumentálne potvrdená, veľa nepriamych údajov naznačuje jeho existenciu. Oortov mrak je považovaný za pozostatok pôvodného protoplanetárneho disku, ktorý sa vytvoril okolo Slnka asi pred 4,6 miliardami rokov. Všeobecne prijímaná hypotéza je, že objekty Oortovho mraku sa pôvodne formovali oveľa bližšie k Slnku v rovnakom procese, v akom sa formovali aj planéty a asteroidy, ale gravitačná interakcia s mladými obrovskými planétami, ako napríklad Jupiter, vrhala tieto objekty na extrémne pretiahnuté eliptické alebo parabolické dráhy. …
Neskoré ťažké bombardovanie
50 miliónov rokov po narodení slnečnej sústavy sa však v Kuiperovom páse a prstenci asteroidov nachádzalo stokrát viac telies ako dnes. Všetky z nich hrali deštruktívnu, ale veľmi dôležitú úlohu pri vývoji skalných vnútorných planét vrátane našej Zeme.
Príčinou drámy však potom boli potom plynoví giganti, ktorých premiestnené dráhy takmer zničili slnečnú sústavu. Keď Jupiter vstúpil do rezonancie so Saturnom, nastalo gravitačné vzrušenie a došlo ku katastrofe - planéty rozptýlené po slnečnej sústave. Najviac utrpeli dve planéty, Neptún a Urán. Ich obežné dráhy sú obrátené.
Rezonancia Jupiter-Saturn dôkladne preriedila asteroidový aj Kuiperov pás. 99% tiel v asteroide a Kuiperových pásoch bolo rozptýlených, väčšina z nich bola mimo slnečnej sústavy. Niektorí však vošli dovnútra. Zem, rovnako ako iné kamenné planéty, bola v palebnej línii. Táto udalosť je známa ako neskoré ťažké bombardovanie. Princíp „bez strieborného obloženia“však opäť fungoval. Mnoho vedcov sa domnieva, že práve také bombové útoky mohli priviesť na Zem vodu a zároveň organické minerály a látky, z ktorých sa neskôr vyvinul život.
Od tej doby, pokiaľ vie moderná veda, v slnečnej sústave nedošlo k žiadnym vážnym kataklizmám. Mnohí ho všeobecne považujú za atypický v porovnaní s inými podobnými systémami práve kvôli svojej stabilite. Sme špeciálni?..
Slnečná sústava by mala existovať ďalších 5 miliárd rokov - kým sa termonukleárna reakcia vo vnútri slnka nezastaví a nerozšíri sa. Keď sa to stane, zmení sa na červeného obra a pohltí Merkúr, Venušu a možno aj našu Zem. Ale aj keď sa naša planéta tomuto osudu vyhne, život na nej bude vďaka blízkosti obrovského slnka úplne nemožný. Obytná zóna sa presunie na samé okraje planetárneho systému. Avšak vďaka extrémne zväčšenému povrchu bude Slnko oveľa chladnejšou hviezdou ako predtým. Potom bude náš systém čeliť ešte väčšej tragédii - Slnko sa začne opäť zmenšovať. Takto to bude pokračovať, kým sa nezmení na bieleho trpaslíka - hviezdne jadro, neobvykle hustý objekt, ktorý je polovicou pôvodnej hmotnosti hviezdy, ale má iba veľkosť Zeme. Proces „umierania“Slnka, rovnako ako všetkého na tomto svete, sa začal v čase jeho zrodu. Keď slnko spaľuje zásoby vodíkového paliva, energia uvoľnená na podporu jadra má tendenciu dochádzať a spôsobiť kontrakciu hviezdy. To zvyšuje tlak v jeho interiéri a ohrieva jadro, a tým urýchľuje spaľovanie paliva. Výsledkom je, že Slnko zjasní zhruba o desať percent každých 1,1 miliardy rokov a v priebehu ďalších 3,5 miliárd rokov vyjasní ďalších 40%. Výsledkom je, že Slnko zjasní zhruba o desať percent každých 1,1 miliardy rokov a v priebehu ďalších 3,5 miliárd rokov vyjasní ďalších 40%. Výsledkom je, že Slnko zjasní zhruba o desať percent každých 1,1 miliardy rokov a v priebehu ďalších 3,5 miliárd rokov vyjasní ďalších 40%.