Jatan Mehta • 14. siječnja 2021
Povijest Sunčevog sustava 101
Naš Sunčev sustav je čudesno mjesto. Nebrojeni svjetovi leže na milijardama kilometara svemira, a svako od njih naše Sunce vuče oko galaksije poput složenog satnog mehanizma.
Manji, unutarnji planeti su stjenoviti i barem jedan ima život na sebi. Divovski vanjski planeti obavijeni su plinom i ledom; minijaturni solarni sustavi koji se mogu pohvaliti zamršenim prstenovima i mjesecima. Po Sunčevom sustavu raštrkani su mali svjetovi poput kvrgavih asteroida i kometa te složeni patuljasti planeti poput Plutona i Cerere.
Kako je nastao naš Sunčev sustav? Zašto su ti objekti tamo gdje su sada? Evo niza događaja koji su stvorili i oblikovali naš Sunčev sustav, prema našim najboljim saznanjima, sastavljeni od svemirskih misija, promatranja utemeljenih na Zemlji i složenih simulacija znanstvenika koji pokušavaju dokučiti naše mjesto u svemiru.
Vremenska crta Sunčevog sustava
Sažeti vremenski slijed događaja koji su oblikovali naš Sunčev sustav.
Sunce sija
Veliki prasak stvorio je Svemir prije 13,8 milijardi godina. Naš se Sunčev sustav formirao mnogo kasnije, prije oko 4,6 milijardi godina. Započelo je kao gigantski oblak prašine i plina stvoren ostacima ostataka supernove - smrt drugih zvijezda stvorila je našu vlastitu. Oblak, koji je kružio oko središta naše galaksije, uglavnom je bio vodik s nešto helija i tragovima težih elemenata koje su iskovale prethodne zvijezde.
Tijekom sljedećih 100 000 godina oblak se srušio pod vlastitom gravitacijom da bi stvorio vruće, guste protozvijezde, od kojih je jedno bilo naše Sunce . Naše je dijete Sunce akumuliralo materijal 50 milijuna godina, u kojem su trenutku temperature i pritisci u jezgri postali toliko intenzivni da se vodik počeo topiti u helij.
A onda je bilo svjetla. Fuzija vodika oslobodila je ogromne količine energije koja se suprotstavila Sunčevoj gravitaciji, stabilizirajući mladu zvijezdu i sprečavajući je da akumulira više materijala iz rotirajućeg diska ostataka ostataka oko sebe. Sunce je ušlo u najdulju fazu svog života, postavši zvijezda glavnog niza. U ovoj je fazi i danas i ostat će oko 5 milijardi godina.
Unutar 500 milijuna godina, Sunce se odvojilo od svoje zvjezdane braće i sestara i nastavilo kružiti oko središta naše galaksije kao usamljena zvijezda.
DJEČJI SOLARNI SUSTAV Ovu sliku protoplanetarnog diska oko mlade zvijezde slične Suncu po imenu TW Hydrae zabilježio je radio teleskop ALMA. U kružnim prazninama stvaraju se planeti. S. Andrews (Harvard-Smithsonian CfA), ALMA (ESO / NAOJ / NRAO)
Oblik planeta
Dok je dojenče Sunce još sakupljalo materijal kako bi počelo topiti vodik, sitne čestice prašine u disku oko njega nasumično su se sudarale i zalijepile jedna za drugu , narastući za samo nekoliko godina na predmete stotine metara. Taj se proces nastavio nekoliko tisuća godina, formirajući objekte veličine kilometar dovoljno velike da se gravitacijski privlače. To je dovelo do više sudara i nakupina, formirajući protoplanete veličine Mjeseca za manje od milijun godina.
U unutarnjem, vrućem dijelu sunčevog diska, planeti su izrasli prvenstveno iz stijena i metala jer je bilo previše toplo da bi se voda i druge hlapljive tvari - tvari koje isparavaju na sobnoj temperaturi - kondenzirale. Do stotine tih svjetova sudaralo se i kombiniralo u unutarnjem Sunčevom sustavu oko 100 milijuna godina, dok nisu ostala samo četiri velika tijela: Merkur , Venera , Zemlja i Mars . Unutarnji planeti nisu postali toliko veliki kao vanjski planeti jer je postotak stijena i metala dostupnih u Svemiru - a time i početni materijali našeg Sunčevog sustava - niži u usporedbi s vodikom, helijem i hlapljivim tvarima poput vodenog leda.
Neposredno nakon ove točke mislimo da se planet veličine Marsa sudario sa Zemljom . Nastali ostaci spojili su se da bi stvorili Mjesec . Merkur je možda doživio sudar velike brzine s drugim planetom koji je oduzeo Merkurov vanjski sloj, što bi objasnilo zašto jezgra planeta čini toliko svog volumena. Nastali krhotine možda su se raširile u svemir umjesto da su stvorile mjesec.
U vanjskom, hladnijem dijelu diska dominirali su plinovi i vodeni led. Slabiji gravitacijski utjecaj Sunca u ovoj regiji, u kombinaciji s prisutnošću znatno više materijala, značio je da su protoplaneti tamo brže rasli i postali dovoljno veliki da privlače lagane elemente poput vodika i helija. Jupiter je nastao manje od 3 milijuna godina nakon rođenja Sunčevog sustava, čineći ga najstarijim planetom.
Ubrzo nakon toga stvorio se Saturn , koji je skupio manje materijala otkako je Jupiter progutao tako velik dio vanjskog diska. Kad je ostalo malo vodika i helija, sljedeći planeti koji su se stvorili–– Uran i Neptun –– nakupili su još leda poput vode i amonijaka. Zbog toga ih nazivamo ledenim divovima. Neke simulacije pokazuju da su se možda stvorili dodatni ledeni divovi koji su kasnije izbačeni iz našeg Sunčevog sustava.
Jupiter nije dopustio da se planeti stvore u pojasu asteroida jer je njegova gravitacija povukla desetke planeta za bebe veličine Mjeseca i Marsa , zbog čega su se ili sudarili i razbili se s drugim tijelima ili napustili regiju. Taj je proces potrajao nekoliko deset milijuna godina nakon Jupiterove formacije, ostavljajući pojas asteroida s samo malim tijelima stijene, leda i metala koja zajedno teže manje od 1% Zemljine mase. Ceres, najveći objekt u pojasu asteroida, smatra se neobičnim jer ima puno organskih sastojaka i vodenog leda , što znači da je vjerojatno nastao dalje, a zatim je migrirao u pojas.
Mali se svjetovi drže zajedno
Dok su se unutarnji zemaljski planeti formirali, dječji planeti izvan Neptuna sudarali su se i lijepili zajedno tvoreći svjetove nalik planeti poput Plutona i kvrgava, ledena tijela poput Arrokoth-a . Ti su predmeti tvorili ono što danas znamo kao Kuiperov pojas, iako je pojas bio puno gušći nego danas. Baš kao što se Zemljin Mjesec stvorio nakon sudara između Zemlje i drugog svijeta, slični su preokreti u Kuiperovom pojasu stvorili mjesece, od kojih su neki relativno veliki. To je možda bio slučaj s Plutonom i Haronom.
Jupiterova ogromna masa privukla je gusti disk materijala koji se na kraju spojio u 4 mjeseca slična planeti : Io, Europa, Ganimed i Kalisto. Saturnov mjesec Titan formirao se na isti način. Neki mjeseci vanjskog planeta poput Tritona na Neptunu možda su bili neovisni svjetovi zarobljeni gravitacijskim poljima divovskih planeta.
To je, koliko znamo, bio kraj početka. Planeti i drugi mali svjetovi nisu dalje rasli jer je jak sunčev vjetar mladog Sunca otpuhao većinu ostataka prašine i plina u međuzvjezdani prostor.
MOĆNI JUPITER Jupiter i Saturnova gravitacija odgurnuli su Uran i Neptun dalje od Sunca, bacajući asteroide, komete i male svjetove po cijelom Sunčevom sustavu. NASA, ESA, STScI, A. Simon (Goddard Space Flight Center), MH Wong (University of California, Berkeley) i OPAL team / Uredio The Planetary Society
Divovski planeti opustošili
Divovski planeti nastali su bliže Suncu nego tamo gdje su sada. U solarnom disku nije bilo dovoljno materijala da bi se Uran i Neptun mogli formirati tamo gdje se trenutno okreću, 19 odnosno 30 puta dalje od Sunca nego od Zemlje. Kuiperov pojas također se vjerojatno stvorio bliže, približno pokrivajući trenutne orbitalne udaljenosti Urana i Neptuna.
Simulacije sugeriraju da su se orbite divovskih planeta pomakle prije oko 4,1 milijarde godina. Gravitacija brojnih objekata Kuiperovog pojasa gurnula je Jupiter i Saturn u rezonanciju 2: 1, što znači da je Jupiter dva puta orbitirao oko Sunca za svaku Saturnovu orbitu. To je povremeno zbližavalo dva planeta, uzrokujući široke gravitacijske učinke.
Uran i Neptun odgurnuti su se dalje od Sunca, orući kroz Kuiperov pojas, rasipajući većinu svojih predmeta prema unutra ili prema van tijekom sljedećih milijuna godina. Svi dodatni ledeni divovi koji su se stvorili u potpunosti su izbačeni iz Sunčevog sustava. Vanjski raštrkani svjetovi tvorili su danas slabo naseljeni Kuiperov pojas i udaljenu sferu ledenih tijela koju nazivamo Oortovim oblakom. Odavde potječe većina kometa.
U unutrašnjost raštrkani svjetovi utrkivali su se unutarnjim Sunčevim sustavom, razbijajući se tamošnjim svjetovima i stvarajući bazene velike i do tisuću kilometara na Merkuru, Veneri, Zemlji, Mjesecu i Marsu. Znanstvenici ovaj događaj nazivaju kasnim teškim bombardiranjem .
MIGRACIJE DIVOVSKIH PLANETA Ovaj dijagram prikazuje snimke kretanja orbita divovskih planeta tijekom vremena, raspršujući izvorni Kuiperov pojas. Jupiter je zelen, Saturn je oragne, Uran je svijetloplav, a Neptun je tamnoplav. Jedna AU (astronomska jedinica) je udaljenost između Zemlje i Sunca. Lijevo: Prije nego što Jupiter i Saturn postignu rezonanciju 2: 1. Centar: Raspršivanje objekata Kuiperovog pojasa nakon Neptunovog orbitalnog pomaka. Desno: Krajnji rezultat postupka. Mark Booth / Wikipedia
Uništenje i život
Udari mjehurića tijekom kasnog teškog bombardiranja zagrijavali su unutarnje planete i naš Mjesec, koji se jedva ohladio nakon njihovih formacija. Rezultat je široko rasprostranjeni vulkanizam koji se nastavio oko 500 milijuna godina. Smatra se da je kasno teško bombardiranje donijelo vodu i moguće organske materijale - ključne sastojke za život kakav poznajemo - do unutarnjih planeta, koji su inače izgubili većinu vode nakon što su se tijekom svog stvaranja ugrijali iznutra.
Merkur i Mjesec nisu mogli zadržati veći dio ove uvezene vode zbog njihove slabije gravitacije, osim djelića koji se smrznuo unutar trajno zasjenjenih područja . Neke vulkanske aktivnosti nastavile su se na Mjesecu i Merkuru sve do prije milijardu godina , kada se njihova unutrašnjost ohladila dovoljno da to zaustavi.
Venerova površina možda se zadržala na tekućoj vodi dvije milijarde godina, sve dok ovaj svijet koji je potencijalno sličan Zemlji nije pretvorio u pakao kakav je danas. Još uvijek je geološki aktivan.
Mars je bio nastanjiv barem neko vrijeme prije otprilike 3 do 4 milijarde godina, a na površini su mu bila jezera i riječni kanali vode . No bez zaštitnog magnetskog polja, sunčevo zračenje uklonilo je veći dio Marsove atmosfere i vode prije 3 milijarde godina i planet se pretvorio u hladnu, suhu pustinju. Marsovski mjeseci Fobos i Deimos ili su asteroidi koje je Mars zarobio oko vremena Kasnog teškog bombardiranja ili su se udružili iz krhotina koje je izbacio asteroid koji se sudario s crvenim planetom. Promatranja Marsa pokazuju da je planet bio vulkanski aktivan prije samo nekoliko milijuna godina .
Na našu sreću, voda na Zemlji se zaglavila. Najstariji nedvojbeni dokazi o životu na Zemlji je od prije 3,5 milijardi godina, nakon kasne teško bombardiranje. Fotosintetski organizmi evoluirali su prije 2,5 milijarde godina i počeli pumpati kisik u našu atmosferu, pomažući stvoriti mješavinu plinova koje danas udišemo. Naš je planet još uvijek geološki aktivan.
EARLY EARTH Koncept ovog umjetnika prikazuje ranu Zemlju bombardiranu asteroidima koji nose vodu i organske sastojke - ključne sastojke za život kakav poznajemo. NASA Goddard
Mirnije mjesto?
Nakon kasnog jakog bombardiranja, Sunčev sustav postao je mirnije mjesto. Udari asteroida i dalje se događaju, ali njihova učestalost i veličine utjecaja drastično su se smanjili. Još uvijek postoji razlog za zabrinutost jer su se u posljednjih 100 milijuna godina dogodili neki relativno veliki utjecaji:
Asteroid ili kometa utjecali su na Mjesec i stvorili 86 kilometara širok krater Tycho prije 108 milijuna godina, koji možete vidjeti sa Zemlje . Dinosauri bi bili živi i uspješni da svjedoče ovom događaju. Tijekom iste geološke ere stvorili su se Saturnovi ikonski prstenovi .
Asteroid širok pet do petnaest kilometara pogodio je Zemlju prije 66 milijuna godina, što je uzrokovalo globalne klimatske promjene . To je uzrokovalo izumiranje tri četvrtine života na Zemlji, uključujući i dinosaure.
Kometa Shoemaker-Levy 9 srušila se na Jupiter 1994. godine u spektakularnom, ali otrežnjujućem događaju kojem su svjedočili teleskopi širom svijeta . Još nedavno, 2013. godine, asteroid je eksplodirao iznad ruskog grada Čeljabinska, oštetivši zgrade i poslavši više od stotinu ljudi u bolnice u tom području. Naš planet ostaje u opasnosti od opasnih udara asteroida, ističući potrebu za planetarnom obranom .
DREVNA MJESEČEVA STIJENA Ova stijena koju su vratili astronauti Apolla 16, uzorak 67215, ima dijelove stare oko 4,46 milijardi godina. NASA / Uredio The Planetary Society
Istraživanje svemira podučava vremensku traku
Otkud mi sve to znamo? Misije istraživanja svemira, promatranja sa Zemlje i druge znanstvene aktivnosti pomažu nam u sastavljanju naše prošlosti. Iako se ne možemo osvrnuti i vidjeti kako je rođen naš Sunčev sustav, promatrali smo slične sustave dječjih zvijezda koristeći zvjezdarnice poput svemirskog teleskopa Hubble , koji je snimio mlade zvijezde u maglici Orion okružene rotirajućim diskovima koji će evoluirati u zvjezdane sustave poput naše. Znamo da je Sunce nastalo zajedno s ostalim zvijezdama u istom kompleksu oblaka jer se orbite nekih najudaljenijih objekata u našem Sunčevom sustavu mogu objasniti samo ako su se druge zvijezde jednom prišle dovoljno blizu da ih gravitacijski gurnu.
Starost Sunčevog sustava znamo zahvaljujući višestrukim dokazima. U nekom trenutku njihovih orbita oko Sunca, nekoliko malih stijena s izvornog diska koji su formirali Sunčev sustav palo je na Zemlju kao meteoriti. Koristeći opsežne laboratorijske analize, znanstvenici su otkrili da je najstarija nastala prije 4,57 milijardi godina . U najstarije Mjesečeve stijene donijeli na Zemlju od strane Apollo misije imaju starost dugom 4,46 milijardi godina . U Australiji smo pronašli dobro očuvane sedimentne stijene koje sadrže žitarice stare 4,4 milijarde godina .
Mnogo toga ne znamo o kasnom teškom bombardiranju. Vulkanizam, geološki procesi i vremenske prilike izbrisali su velik dio dokaza na Veneri, Zemlji i Marsu. Srećom, Mjesec bez zraka i dalje nosi ožiljke iz onih dana koje možete vidjeti sa Zemlje . Mjesečevi uzorci dovedeni iz misija Apollo otkrili su da su starosti nekih od njegovih najvećih bazena stare između 4,1 i 3,8 milijardi godina, što je način na koji smo čak i zaključili o mogućnosti da se takav događaj dogodi.
Misije na asteroide i komete poput Rosette, Hayabusa2 i OSIRIS-REx nastavljaju nas poučavati o malim svjetovima i koliko su Zemljine vode i organskih sastojaka ovdje dopremili. 2019. New Horizons posjetili su Arrokoth , pružajući nam prvi pomni uvid u strukturu i sastav jednog od najprimitivnijih objekata Sunčevog sustava.
Buduće svemirske misije reći će nam još više. Postoje dvije nakupine asteroida zvane Trojanci koje dijele Jupiterovu orbitu oko Sunca. Jupiterovo putovanje s izvornog mjesta moglo bi biti utisnuto na ove asteroide dok su se kretali zajedno s Jupierom. NASA-ina misija pod nazivom Lucy planirana je za lansiranje u listopadu 2021. kako bi prvi put posjetila 7 Jupiterovih trojanaca, pomažući nam da shvatimo što se stvarno dogodilo u ranom Sunčevom sustavu.
Japanska nadolazeća misija MMX pokušat će utvrditi podrijetlo dva Marsova mjeseca vraćajući uzorke Fobosa na Zemlju. Potrebne su nove misije na Uran i Neptun kako bi nam pomogle da shvatimo gdje su rođeni ledeni divovi i kako su evoluirali. NASA, međunarodne svemirske agencije i privatne tvrtke šalju robotske i ljudske misije na Mjesec . Neke od ovih misija prikupit će uzorke iz različitih područja od misija Apollo, što će nam pomoći da razumijemo prošlost Mjeseca i Zemlje.
Moramo još puno naučiti, a budući da je znanost iterativni proces, neke će se naše pretpostavke promijeniti novim otkrićima i budućim misijama.
bglavac
edin.kecanovic
