Kaip planetos iš viso susiformuoja? Paprastas pasakojimas nuo dulkių iki pasaulių

Šiandien mums įprasta galvoti apie Žemę kaip apie stabilią, susiformavusią planetą su vandenynais, kalnais ir atmosfera. Tačiau prieš kelis milijardus metų ji buvo tik dalis milžiniško dujų ir dulkių debesies, skriejusio aplink jauną Saulę.

Planetų gimimo istorija vyksta ir dabar, tik jau kitose žvaigždžių sistemose, kurias stebi modernūs teleskopai. Suprasti šį procesą svarbu ne tik dėl smalsumo: tai padeda spręsti, kiek dažnos Žemės tipo planetos ir kokios sąlygos reikalingos gyvybei.

Kas yra protoplanetinis diskas?

Kai susiformuoja nauja žvaigždė, aplink ją lieka besisukantis dujų ir dulkių diskas. Jis vadinamas protoplanetiniu disku, nes būtent jame gimsta būsimos planetos, palydovai ir asteroidai.

Diską sudaro daugiausia vandenilio ir helio dujos, taip pat ledo, silikatų bei metalų dalelės. Arčiau žvaigždės išlieka tik uolienos ir metalai, nes temperatūra ten per didelė ledui, o toliau nuo žvaigždės gali susidaryti ledo gabalėliai, kurie vėliau tampa milžinių planetų branduoliais ir kometomis.

Nuo dulkių susidūrimų iki pirmųjų gumulėlių

Visos planetos prasideda nuo mikroskopinių dulkių dalelių, kurios skrieja diske ir nuolat susiduria. Silpni elektrostatiniai krūviai ir paviršiaus sąveikos leidžia joms prilipti viena prie kitos, tarsi kosminėms pūkų sankaupoms.

Palaipsniui formuojasi vis didesni gumulėliai, nuo milimetrų iki centimetrų ir metrų dydžio. Šis etapas sudėtingas, nes dalelės gali tiek susijungti, tiek suskilti, todėl procesas vyksta ne tolygiai, o šuoliais ir su daug „avaringų situacijų“.

Planetezimalių era: kada prasideda rimta statyba?

Pasiekus kelių šimtų metrų ar kilometrų dydį, kūnai vadinami planetezimalėmis. Tuo metu ima dominuoti nebe elektrostatinės, o gravitacinės jėgos: didesni gabalai traukia mažesnius ir vis dažniau su jais susiduria.

Disko dalys su tankesne medžiaga ima augti greičiau, nes kuo kūnas didesnis, tuo stipresnė jo gravitacija ir tuo daugiau medžiagos jis „susirenka“. Tokiu būdu atsiranda dešimtys ar šimtai stambesnių objektų, kurie tapo būsimos planetų sistemos pagrindu.

Protoplanetos ir kosminiai susidūrimai

Augant planetezimalėms iki šimtų ar tūkstančių kilometrų, jos vadinamos protoplanetomis. Jų tarpusavio susidūrimai tampa retesni, bet daug kartų galingesni, nes energija auga didėjant masei ir greičiui.

Dalis tokių susidūrimų baigiasi kūnų susijungimu, tačiau dalis juos suardo ar nuplėšia didelę dalį medžiagos. Manoma, kad ankstyvojoje Saulės sistemoje Žemė smarkiai susidūrė su Marsą primenančia protoplaneta, ir iš šio smūgio nuolaužų vėliau susiformavo Mėnulis.

Kaip atsiskiria uolinės ir dujinės planetos?

Planetų tipą daugiausia lemia atstumas nuo žvaigždės ir medžiaga, kuri tuo metu buvo diske. Arčiau žvaigždės, kur karšta, susiformuoja uolinės planetos, tokios kaip Žemė, Marsas ar Venera, nes čia gali išlikti tik metalai ir silikatai.

Toliau nuo žvaigždės temperatūra žemesnė, todėl ten gali formuotis ledo branduoliai, kurie greitai priauga masės ir ima traukti didžiulius kiekius dujų. Taip gimsta dujiniai ir ledo milžinai, panašūs į Jupiterį ar Neptūną.

Planetų migracija: pasauliai, kurie keliauja

Ilgą laiką manyta, kad planetos lieka ten, kur susiformavo, tačiau stebėjimai kitose žvaigždžių sistemose privertė šią idėją peržiūrėti. Daugelyje sistemų aptiktos „karštosios Jupiterio tipo“ planetos labai arti savo žvaigždžių, kur tokie milžinai vargiai galėjo susiformuoti iš karto.

Šiandien laikoma, kad planetos gali migruoti diske, sąveikaudamos su dujomis ir kitomis planetomis. Milžinės traukia ir stumia mažesnius kūnus, perstumdo orbitas ir kartais net išmeta dalį planetų iš sistemos į tarpžvaigždinę erdvę.

Kas lemia, ar planeta tampa „gyvenama“?

Gyvenamąja zona vadinamas atstumas nuo žvaigždės, kuriame planetoje galėtų būti skystas vanduo paviršiuje. Tai ne vienintelis kriterijus, bet vienas svarbiausių, nes vanduo laikomas pagrindine žinomos gyvybės sąlyga.

Be atstumo svarbu ir planetos masė, cheminė sudėtis, atmosfera, magnetinis laukas ir net dideli palydovai. Pavyzdžiui, Žemės atveju Mėnulis stabilizuoja planetos ašies posvyrį, o magnetinis laukas padeda saugoti atmosferą nuo žvaigždės dalelių srauto.

Ką apie planetų gimimą rodo nauji teleskopai?

Tokie teleskopai kaip Atakamos milimetrinių bangų masyvas ir Jameso Webbo kosminis teleskopas leidžia tiesiogiai stebėti protoplanetinius diskus aplink jaunas žvaigždes. Nuotraukose matyti aiškūs žiedai, tarpai ir spiralės, kurie rodo, kur diske gali formuotis ar jau formuojasi planetos.

Šie stebėjimai padeda palyginti teorinius modelius su realiais duomenimis. Pavyzdžiui, matomi tarpai diskuose dažnai sutampa su vietomis, kuriose skaičiavimai prognozuoja planetos gravitacinę įtaką, tai sustiprina mūsų supratimą apie viso proceso eigą.

Kodėl mums rūpi kitų sistemų planetos?

Tyrinėdami tūkstančius egzoplanetų, astronomai mato, kad Saulės sistema nėra vienintelis galimas išsidėstymo variantas. Yra sistemų su keliomis Žemės dydžio planetomis arti žvaigždės, su keliomis milžinėmis labai toli ar su keistomis, elipsinėmis orbitomis.

Šis įvairumas leidžia geriau suprasti ir mūsų pačių Žemės istoriją: kodėl ji užėmė būtent tokią orbitą, kaip išsaugojo vandenį ir kokie etapai būtų reikalingi kitai „antrajai Žemei“ atsirasti kitur Galaktikoje.