Ο σχηματισμός και η εξέλιξη του Ηλιακού Συστήματος είναι η ονομασία των ιδεών για το πώς ξεκίνησε το Ηλιακό Σύστημα και πώς θα συνεχίσει να αλλάζει. Η αποδεκτή ιδέα είναι ότι πριν από 4,6 δισεκατομμύρια χρόνια, υπήρχε ένα πολύ μεγάλο νέφος αερίων στην περιοχή μας στο διάστημα, γνωστό ως νεφέλωμα. Όλα τα πράγματα με μάζα ενώνονται ή έλκονται το ένα προς το άλλο. Αυτό τράβηξε όλο το αέριο προς το κέντρο. Τελικά, η πίεση στο κέντρο αύξησε τη θερμοκρασία έτσι ώστε τα άτομα υδρογόνου να συγχωνευθούν μεταξύ τους και να δημιουργήσουν ήλιο. Η διαδικασία με την οποία δημιουργούνται τα ηλιακά συστήματα ονομάζεται θεωρία του νεφελώματος.

Η περιστροφή των πλανητών γύρω από τον Ήλιο, και ο καθένας γύρω από τον άξονά του, προκλήθηκε αρχικά από το αρχικό νέφος αερίων που είχε διαφορετική πυκνότητα σε διαφορετικά σημεία. Η περιστροφή αυξήθηκε λόγω της συστολής υπό την επίδραση της βαρύτητας (διατήρηση της ενέργειας). Το ίδιο συνέβη και με την επιπεδότητα του σχήματος του ηλιακού συστήματος. Καθώς η κατάρρευση συνεχίζεται, η διατήρηση της στροφορμής σημαίνει ότι η περιστροφή επιταχύνθηκε. Αυτό εμποδίζει σε μεγάλο βαθμό το αέριο να συσσωρευτεί (μετακινηθεί) απευθείας πάνω στον κεντρικό πυρήνα. Το αέριο αναγκάζεται να εξαπλωθεί προς τα έξω κοντά στο ισημερινό του επίπεδο, σχηματίζοντας ένα δίσκο, ο οποίος με τη σειρά του συσσωρεύεται πάνω στον πυρήνα.

Η βαρύτητα έκανε τα άτομα στον Ήλιο να έρθουν πολύ κοντά το ένα στο άλλο. Όλη αυτή η ενέργεια δημιούργησε τελικά το αστέρι μας: τον Ήλιο. Το αέριο που απέμεινε πήγε κυρίως στους γίγαντες αερίων - γνωστούς και ως ιωβιανούς πλανήτες. Ο βράχος και η σκόνη πήγαν για να δημιουργήσουν τους γήινους πλανήτες, τα φεγγάρια τους, τους αστεροειδείς και όλα τα άλλα αντικείμενα του Ηλιακού Συστήματος.

Λόγω της τεράστιας μάζας του ήλιου (99,86% της συνολικής μάζας του ηλιακού συστήματος), είχε πολύ ισχυρή βαρύτητα. Η φυγόκεντρος δύναμη των πλανητών που κινούνται γύρω από τον Ήλιο εξισορροπεί τη βαρυτική έλξη του Ήλιου. Η τεράστια πυκνότητα στον πυρήνα του προκαλεί μια αντίδραση σύντηξης που μετατρέπει το υδρογόνο σε ήλιο με την ακτινοβολία θερμότητας, φωτός και άλλων μορφών ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας.

Το επόμενο ερώτημα είναι: αν ο Ήλιος μετατρέπει το υδρογόνο σε ήλιο, από πού προέρχονται όλα τα άλλα στοιχεία; Υπάρχει μόνο μια πιθανή απάντηση: αυτά τα ανώτερα στοιχεία προήλθαν από προηγούμενες γενιές άστρων. Τεράστια σουπερνόβα που εξερράγησαν πριν από δισεκατομμύρια χρόνια στη γειτονιά του νεαρού ηλιακού συστήματος παρήγαγαν τα ανώτερα στοιχεία. Τα τεράστια αστέρια διανύουν τον κύκλο ζωής τους πολύ πιο γρήγορα από τα μικρότερα αστέρια. Αυτό οφείλεται στις ακόμη υψηλότερες πιέσεις και θερμοκρασίες στο εσωτερικό τους σε σύγκριση με ένα μέσο αστέρι κύριας ακολουθίας όπως ο Ήλιος.

Μια καλλιτεχνική ιδέα του νεφελώματος από το οποίο ξεκίνησε το ηλιακό σύστημα

Ιστορία της ιδέας

Η νεφελώδης υπόθεση, όπως ονομάστηκε, εκπονήθηκε για πρώτη φορά τον 18ο αιώνα. Τρεις άνδρες εργάστηκαν πάνω σε αυτήν:

Emanuel Swedenborg (1688-1772)
Immanuel Kant (1724-1804)
Pierre-Simon Laplace (1749-1827)

Ο Swedenborg είχε πρώτος την ιδέα, και ο Kant την επεξεργάστηκε σε μια σωστή θεωρία. Το 1755 ο Καντ δημοσίευσε την Παγκόσμια φυσική ιστορία και θεωρία των ουρανών (στα γερμανικά, φυσικά). Υποστήριξε ότι τα αέρια νέφη, τα νεφελώματα, περιστρέφονται αργά, καταρρέουν σταδιακά και ισοπεδώνονται λόγω της βαρύτητας. Τελικά σχηματίζουν αστέρια και πλανήτες.

Εν τω μεταξύ, ένα παρόμοιο μοντέλο αναπτύχθηκε ανεξάρτητα και προτάθηκε το 1796 από τον Laplace στο έργο του Exposition du systeme du monde. Πίστευε ότι ο Ήλιος είχε αρχικά μια εκτεταμένη θερμή ατμόσφαιρα σε όλο τον όγκο του ηλιακού συστήματος. Η θεωρία του είχε ένα συρρικνούμενο και ψυχόμενο πρωτοηλιακό νεφέλωμα. Καθώς αυτό ψυχόταν και συρρικνωνόταν, ισοπεδωνόταν και περιστρεφόταν ταχύτερα, εκτοξεύοντας (ή αποβάλλοντας) μια σειρά από αέριους δακτυλίους υλικού- και σύμφωνα με αυτόν, οι πλανήτες συμπυκνώθηκαν από αυτό το υλικό. Το μοντέλο του ήταν παρόμοιο με εκείνο του Καντ, μόνο που ήταν πιο λεπτομερές και σε μικρότερη κλίμακα. Δυστυχώς, υπήρχε ένα πρόβλημα με την εκδοχή του Λαπλάς. Το κύριο πρόβλημα ήταν η κατανομή της στροφορμής μεταξύ του Ήλιου και των πλανητών. Οι πλανήτες έχουν το 99% της στροφορμής, και το γεγονός αυτό δεν μπορούσε να εξηγηθεί από το νεφελώδες μοντέλο. Χρειάστηκε να περάσει πολύς καιρός μέχρι να γίνει αυτό κατανοητό.

Η γέννηση της σύγχρονης ευρέως αποδεκτής θεωρίας του πλανητικού σχηματισμού - το μοντέλο του ηλιακού νεφελώδους δίσκου (SNDM) - οφείλεται στον σοβιετικό αστρονόμο Victor Safronov. Το βιβλίο του Η εξέλιξη του πρωτοπλανητικού νέφους και ο σχηματισμός της Γης και των πλανητών, που μεταφράστηκε στα αγγλικά το 1972, είχε μεγάλη επίδραση. Στο βιβλίο αυτό διατυπώθηκαν σχεδόν όλα τα μεγάλα προβλήματα της διαδικασίας σχηματισμού των πλανητών και ορισμένα από αυτά επιλύθηκαν. Οι ιδέες του Safronov αναπτύχθηκαν περαιτέρω. Υπάρχουν ακόμη αρκετές πτυχές του Ηλιακού Συστήματος που πρέπει να εξηγηθούν.

Αν και αρχικά εφαρμόστηκε μόνο στο δικό μας Ηλιακό Σύστημα, το SNDM θεωρείται τώρα ότι είναι ο συνήθης τρόπος σχηματισμού αστέρων σε όλο το σύμπαν. Από τον Αύγουστο του 2017, έχουν ανακαλυφθεί πάνω από 3000 εξωηλιακοίπλανήτες στον γαλαξία μας.

Ερωτήσεις και απαντήσεις

Q: Τι είναι η θεωρία του νεφελώματος;

A: Η νεφελώδης θεωρία είναι μια διαδικασία με την οποία δημιουργούνται τα ηλιακά συστήματα. Εξηγεί πώς ένα μεγάλο νέφος αερίων σε μια περιοχή του διαστήματος μπορεί να τραβηχτεί μαζί από τη βαρύτητα, σχηματίζοντας τελικά ένα αστέρι όπως ο Ήλιος και οι πλανήτες.

Ερ: Πώς παίρνει ο Ήλιος την ενέργειά του;

Α: Ο Ήλιος παίρνει την ενέργειά του από τη μετατροπή του υδρογόνου σε ήλιο μέσω μιας αντίδρασης σύντηξης στον πυρήνα του, απελευθερώνοντας θερμότητα, φως και άλλες μορφές ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας.

Ερ: Τι κάνει τους πλανήτες να περιστρέφονται γύρω από τον άξονά τους;

Α: Το αρχικό νέφος αερίων είχε διαφορετικές πυκνότητες σε διαφορετικά σημεία, με αποτέλεσμα να περιστρέφεται γύρω από τον Ήλιο και τον άξονα του κάθε πλανήτη. Αυτή η περιστροφή αυξήθηκε λόγω της συστολής υπό την επίδραση της βαρύτητας (διατήρηση της ενέργειας) και της διατήρησης της στροφορμής.

Ερώτηση: Από πού προέρχονται όλα τα στοιχεία από τα οποία αποτελούνται οι γήινοι πλανήτες, τα φεγγάρια, οι αστεροειδείς κ.λπ.
Α: Όλα τα στοιχεία εκτός από το υδρογόνο και το ήλιο προέρχονται από προηγούμενες γενιές άστρων που εξερράγησαν πριν από δισεκατομμύρια χρόνια κοντά στο νεαρό ηλιακό μας σύστημα - αυτά τα τεράστια σουπερνόβα παρήγαγαν ανώτερα στοιχεία.

Ερ: Γιατί τα τεράστια αστέρια διανύουν τον κύκλο ζωής τους πολύ πιο γρήγορα από τα μικρότερα αστέρια;

Α: Τα τεράστια αστέρια έχουν ακόμη υψηλότερες πιέσεις και θερμοκρασίες στο εσωτερικό τους σε σύγκριση με ένα μέσο αστέρι κύριας ακολουθίας όπως ο Ήλιος - αυτό τα κάνει να διανύουν τον κύκλο ζωής τους πολύ πιο γρήγορα από ό,τι τα μικρότερα αστέρια.

Ερ: Τι προκάλεσε τον σχηματισμό του ηλιακού μας συστήματος πριν από περίπου 4,6 δισεκατομμύρια χρόνια;

Α: Πριν από περίπου 4,6 δισεκατομμύρια χρόνια υπήρχε ένα μεγάλο νέφος αερίων κοντά στην περιοχή του διαστήματός μας - όλα τα πράγματα με μάζα έλκονται το ένα προς το άλλο, οπότε αυτό τράβηξε όλο το αέριο προς το κέντρο, μέχρι που έφτασε σε αρκετά υψηλή πίεση ώστε τα άτομα υδρογόνου να συντηρηθούν σε ήλιο, ξεκινώντας το άστρο μας που γνωρίζουμε ως Ήλιο.