Kaip atsirado planetos mūsų Saulės sistemoje? Šiuolaikinis žvilgsnis į dulkių debesies istoriją

Šiandien daugeliui atrodo savaime suprantama, kad aplink Saulę sukasi aštuonios planetos, dešimtys didesnių palydovų ir nesuskaičiuojama daugybė mažesnių kūnų. Tačiau klausimas, kaip iš padriko dujų ir dulkių debesies susiformavo tokia tvarkinga sistema, iki šiol išlieka vienu įdomiausių mokslo uždavinių.

Per pastaruosius kelis dešimtmečius astronomai ne tik patobulino kompiuterinius modelius, bet ir iš arti stebi jaunas žvaigždes su besiformuojančiomis sistemomis. Tai leidžia pirmą kartą lyginti teoriją su realiais „kūdikių“ pasauliais, gimstančiais aplink kitas žvaigždes.

Saulės ūkas: nuo chaoso prie disko

Dominuojantis paaiškinimas, vadinamas Saulės ūko hipoteze, teigia, kad mūsų sistema prasidėjo nuo didelio šalto dujų ir dulkių debesies. Dėl netolygaus tankio ir išorinių postūmių šis debesis pradėjo trauktis, o gravitacija pamažu viską sutelkė į vieną sritį.

Besitraukiantis debesis ėmė suktis vis greičiau, panašiai kaip pačiuožėja, priglaudusi rankas prie kūno. Dėl šio sukimosi medžiaga suplokštėjo į besisukantį diską, kurio centre susidarė būsimoji Saulė, o disko pakraštyje ėmė formuotis būsimos planetos.

Kaip iš dulkių susidaro uoliniai kūnai?

Pradinėje disko stadijoje vyrauja dalelės, mažesnės už dūmų smiltytę, kurios tarpusavyje susiduria ir kartais sulimpa. Iš milijardų tokių susidūrimų pamažu susiformuoja vis didesni grumsteliai, vėliau uoliniai gabalai, o galiausiai kilometrų dydžio kūnai, vadinami planetesimalėmis.

Šis etapas ypač jautrus atsitiktinumui: dalis susidūrimų baigiasi susiliejimu, bet dalis sukelia trupėjimą. Skaičiavimai rodo, kad vos keliems procentams medžiagos sėkmingai augant, susidaro pakankamai dideli kūnai, kurie savo gravitacija pradeda „šluoti“ kaimynystę ir sparčiai didėti.

Skirtumas tarp uolinių ir dujinių planetų

Uolinės planetos, tokios kaip Merkurijus, Venera, Žemė ir Marsas, susiformavo vidinėje disko dalyje, kur temperatūra buvo per aukšta, kad vanduo ir kitos lakiosios medžiagos galėtų įšalti. Čia dominavo metalų ir silikatų dalelės, iš kurių augo tankūs uoliniai pasauliai.

Toliau nuo Saulės diske jau buvo pakankamai vėsu, kad ledas išliktų kietas ir prisidėtų prie masės augimo. Taip susidarė daug didesni branduoliai, kurie sugebėjo greitai pritraukti milžiniškus vandenilio ir helio kiekius, todėl gimė Jupiteris ir Saturnas, o dar toliau Uranas ir Neptūnas.

Planetų migracija ir didžiojo persitvarkymo idėja

Ilgą laiką buvo manoma, kad planetos beveik nejudėjo iš vietų, kuriose susiformavo. Tačiau šiuolaikiniai modeliai ir stebėjimai rodo, kad jauname diske planetos gana lengvai keičia orbitas, sąveikaudamos su aplink esančiomis dujomis ir kitomis planetomis.

Pagal vadinamąjį didžiojo persitvarkymo scenarijų dujiniai milžinai ankstyvuoju laikotarpiu judėjo pirmyn ir atgal, keisdami savo atstumą nuo Saulės kelis kartus. Toks judėjimas galėjo paaiškinti ir asteroidų žiedo struktūrą, ir Kuiperio žiedo kūnų orbitų pasiskirstymą.

Asteroidai, kometos ir nesusiformavę pasauliai

Ne visa medžiaga diske tapo pilnavertėmis planetomis. Tarp Marso ir Jupiterio liko didelis kiekių nesulipusių kūnų regionas, kur dabar sukasi asteroidų žiedas, laikomas tarsi nepavykusios planetos liekana.

Dar toliau, už Neptūno, plyti Kuiperio žiedas ir Oorto debesis. Šiuose regionuose sukasi lediniai kūnai ir kometos, išsaugojusios ankstyvosios sistemos cheminę sudėtį ir struktūrą, todėl jas tyrinėjant galima spręsti apie „vaikiškus“ Saulės sistemos metus.

Ką atskleidžia jaunų žvaigždžių diskai?

Vien teorinių modelių šiuolaikiniam mokslui nepakanka, todėl astronomai stebi jaunas žvaigždes su aplink jas besisukančiais protoplanetiniais diskais. Ypač didelės reikšmės turi radioteleskopų masyvas ALMA, leidžiantis matyti šiuos diskus itin detalioje raiškoje.

Daugelio tokių sistemų nuotraukose regimos ryškios žiedinės struktūros ir tarpai. Manoma, kad būtent tuose tarpuose jau sukasi naujos planetos, kurios savo gravitacija išvalo dujas ir dulkes iš orbitos, taip palikdamos ryškius „pėdsakus“ diske.

Eksoplanetos ir mūsų sistemos išskirtinumas

Atrastos tūkstančiai egzoplanetų parodė, kad kitos sistemos gali labai skirtis nuo mūsiškės. Dalis žvaigždžių turi vadinamąsias karštąsias Jupiterio tipo planetas, skriejančias daug arčiau savo žvaigždės, nei Merkurijus skrieja aplink Saulę.

Tai verčia permąstyti, kiek mūsų Saulės sistema yra tipiška ar išskirtinė. Skirtumai gali būti susiję su pradinėmis disko savybėmis, žvaigždės mase, medžiagų pasiskirstymu ir tuo, kaip anksti susiformavo didžiųjų planetų branduoliai.

Kodėl šios žinios svarbios mums?

Mūsų sistemos kilmės supratimas padeda geriau vertinti ir Žemės istoriją: nuo to, kiek vandens ji gavo iš ankstyvųjų kometų ir asteroidų, iki to, kaip stabilios tapo jos orbita ir sąlygos gyvybei. Be to, tai tiesiogiai susiję su klausimu, kiek tikėtina gyvybė kitose sistemose.

Kuo geriau pažinsime planetų formavimosi dėsningumus ir įvairovę, tuo tiksliau galėsime ieškoti pasaulių, turinčių panašias sąlygas kaip Žemė. Tai ilgainiui padės atsakyti į vieną seniausių žmonijos klausimų: ar esame vieninteliai gyvi stebėtojai šioje visatoje.