700 miljoni gadu - tik ilgi pagāja, kamēr izveidojās mūsu Saules sistēma. Īss laiks Visuma mērogā. Bet šajā laikā izdevās notikt visiem mūsu “Saules ģimenes” galvenajiem notikumiem. Kas viņi ir?
Sākumā bija mākonis
Viss sākās apmēram pirms 4 miljardiem 600 miljoniem gadu. Toreiz milzīgs molekulāro putekļu mākonis, kas klusi peldēja Piena ceļā, pēkšņi sāka sarukt. Tas notika, pateicoties netālu uzliesmojušai supernovai, kuras trieciena vilnis iziet cauri visam mākonim un izraisīja gravitācijas sabrukumu. Milzu zvaigznes eksplozija piepildīja mākoni ar gāzi un smagiem elementiem - dzelzi un urānu, kas vēlāk kļuva par ķieģeļiem, kas veido Saules sistēmu.
Saspiešana notika ļoti ātri. Turklāt mākonis arī pagriezās. Fakts ir tāds, ka viss ap mums, ieskaitot galaktiku, pastāvīgi rotē. Rotācija ir daļa no zvaigžņu sabrukšanas fizikas. Kad gāzes-putekļu mākonī radās gravitācija, tas ne tikai sāka griezties ātrāk, bet arī izlīdzinājās diskā. Ātras saspiešanas un haotiskas rotācijas apstākļos gāze un putekļi sāka sabiezēt daudzos gabalos. Šie gabali bija nekas cits kā nākotnes zvaigznes.
Ļoti drīz daļa šī mākoņa kļūs par sadrumstalotu Saules sistēmu, kuras centrā spīdēs spožs protostārs. Tas sāks absorbēt putekļus un gāzi, kas pēc tam sastāvēja no saules miglāja. Visvairāk šie "atkritumi" atradīsies Saules dziļumos, un no trūcīgajām atliekām veidojas planētas, satelīti, asteroīdi un pat mēs paši.
Saules sistēma nebija vienīgais milzīgā gāzes un putekļu mākoņa "bērns", tajā pašā laikā ar to "piedzimst" arī tās "brāļi" - citas zvaigžņu sistēmas.
To pašu mēs varam novērot arī šodien Oriona zvaigznājā, caur kuru milzīgs molekulārais mākonis stiepjas simtiem gaismas gadu. Dažās vietās ir redzamas jaunas zvaigznes, kas veidojas no šiem gabaliem, piemēram, milzu diskotēkas, kas apgaismo apkārtējo gāzi ar visām varavīksnes krāsām.
Reklāmas video:
Oriona miglājs
Foto: NASA
Mūsdienās pastāv divas pieejas planētu sistēmu veidošanai. Viens no tiem ir padomju zinātnieka Viktora Safronova ideju attīstīšana, tā sauktais kodola akrecijas modelis. Saskaņā ar šo modeli vispirms tiek izveidota noteikta tukša planēta, embrijs, akmeņains kodols, uz kura tad nokļūst gāze, un tiek izveidota tāda milzīga planēta kā Jupiters, Saturns vai citas milzu planētas. Otrā pieeja ir saistīta ar mēģinājumiem izskaidrot planētu veidošanos protoplanetārā diskā ar to pašu mehānismu, kas noved pie zvaigžņu veidošanās, tas ir, gravitācijas nestabilitātes. Ja disks ir pietiekami masīvs un tajā ir daudz vielas, tad var veidoties dažas neviendabīgums, kas tiks saspiests viņu pašu smaguma ietekmē. Ja tie ir pietiekami masīvi, tie kritīs uz iekšu,sabrukt un pārvērsties par masveida planētām. Zinātniskajā vidē pirmajai, Safronova teorijai par planētu veidošanos, joprojām ir priekšrocība.
Planetesimals
"Zīdaiņa sākumā" Saules sistēmai nebija nevienas planētas. Arī pati Saule kā tāda nepastāvēja - bija tikai neliels protostariņš, no kura gaisma bija ļoti vāja, pateicoties tam uzkrātajām gāzēm un putekļiem. Tomēr planētas veidosies ļoti ātri.
Materiāls to "izgatavošanai" tika sadalīts vairākos "slāņos" atkarībā no diska temperatūras. Tuvāk protosunam, temperatūrā, kas pārsniedz 2000 grādu, viss iztvaiko. 8 miljonu km attālumā bija akmens līnija, kur metāli un minerāli tika sacietējuši. Nākamo robežu parasti sauc par sniega līniju - tā ir iekšējās Saules sistēmas augšējā robeža. Ūdens, metāns un amonjaks šeit pastāv tikai ledus formā. Bet kāpēc mēs runājam par šīm vielām? Tas ir vienkārši - to ir visvairāk Saules sistēmā, īpaši ūdens. Tie visi vienā vai otrā veidā ir ūdeņraža komponenti, un ūdeņradis tajā laikā ir visplašākais Saules sistēmas elements.
Gan šos, gan citus elementus vieno viena lieta - tie joprojām ir mikroskopisko daļiņu formā. Bet ļoti drīz, pēc vēlēšanās, viņus sāks piesaistīt viens otrs, un tie pārvērtīsies par akmeņiem un ledus gabaliņiem, kas, savukārt, pievilks arī kopā. Tie veido vairāk vai mazāk lielus akmens gabalus (apmēram 1 km līdz 1,5 km), kurus sauc par planetesimāliem. Šis ir pirmais būvmateriāls, no kura protoplanētas, planētu "embriji", veidosies 3 miljonu gadu laikā.
Sniega līnijas mākslinieciskais redzējums
Foto: ESA
Gāzes giganti
Pa to laiku protoplanētas pēc izmēra ir līdzīgas Mēnesim. Saduroties savā starpā, tie veido lielas planētas. Iekšējās Saules sistēmas planētas - dzīvsudrabs, Venēra, Zeme un Marss - izrādījās mazas, mazākas par ārējām, jo tās saņēma mazāk celtniecības materiāla (tuvāk zvaigznei, kur starojuma dēļ tā ir pietiekami karsta, ledus nevar kondensēties, nevar kondensēties ūdens, amonjaks un citas gāzes cietās vielās, tāpēc tur var veidoties tikai akmeņainas planētas, tāpēc šīs planētas ir mazāk masīvas, jo to veidošanai ir pieejams mazāk vielu).
Burtiski 3 miljonu gadu laikā parādās Saules sistēmas gigants - jauns sasalušais Jupiters. Pirms kļūt par gāzes gigantu, Jupiters bija superzeme - liela akmeņaina planēta, kuras masa vairākkārt pārsniedz Zemes masu. Tas turpināja augt, piesaistot sev jaunas protoplanētas. Savas masas dēļ Jupiters ir kļuvis par "gravitācijas laupītāju". Tāpat kā kosmosa putekļsūcējs, tas absorbēja visas gāzes savā ceļā un 100 tūkstošu gadu laikā ir palielinājis 90% no pašreizējās masas.
Citas planētas ārējā Saules sistēmā - Saturns, Urāns un Neptūns - sekoja viņa "huligāniskajam" piemēram. Un, lai gan lielākajai daļai no viņiem neizdevās uzkrāt tik pārliecinošu "muskuļu" masu, Jupiters un Saturns galu galā absorbēja 92% no visām vielām, kas nav Saule!
Pateicoties šo divu milžu "rijībai" jaunās Saules sistēmas pastāvēšanas 10 miljonu gadu laikā, gandrīz visa tajā esošā gāze, īpaši ūdeņradis un hēlijs, kuru dēļ Jupiters un Saturns tik ātri izauga, beidzās. Viņu neatgriezeniskā "alkatība" tomēr spēlēja viņu "pieticīgāko" brāļu rokās. Galu galā, ja Jupiters un Saturns nepiesaista visu gāzi un putekļus, mēs varētu uzskatīt savu Sauli tikai par diezgan blāvu izplūdušu disku. Tomēr viņi to nevarēja - ja nebija normālas saules gaismas, dzīve uz mūsu planētas diez vai varēja sasniegt tādu daudzveidību, ka uz tās parādījās tādas ziņkārīgas radības kā Homo sapiens. Tomēr saule to veicināja pati. Galu galā tas turpināja absorbēt ūdeņradi un hēliju, pretējā gadījumā tas nebūtu pieaudzis līdz šim izmēram un palika par protostaru. Jupiters, starp citu, pats varēja kļūt par zvaigzni,ja tam būtu daudz lielāka masa.
Saules otrā dzimšana
Mūsu Saule piedzima divas reizes. Zvaigzne, par kuru mēs līdz šim runājām, bija tikai protosuns. Viņas dzīves sākumā viņas gaismas spektrs bija atšķirīgs. Protonsuns bija tikpat enerģisks kā tagad, bet vairāk sarkans. 50 miljonu gadu vecumā ar Saules sistēmu notiek ievērojams notikums - mūsu zvaigzne sasniedz kritisko temperatūru un spiedienu, un tās kodolā sākas kodolreakcija. Ar ūdeņraža bumbas enerģiju mūsu protosuns eksplodē un piedzimst jauna pilnvērtīga zvaigzne.
Iekšējās planētas
Saule bija nogatavojusies, un izveidojies Jupiters, Saturns, Urāns un Neptūns lidoja pāri sniega līnijai. Tikmēr karstajā iekšējā reģionā, kur bija daudz iežu un maz gāzes, iestājās haoss, kad sīkās protoplanētas turpināja sadurties un augt.
Saules sistēmas iekšējo planētu veidošanās ilga 10 reizes ilgāk nekā gāzes milžu veidošanās. Pēc 75 miljoniem gadu šis process ir beidzies. Šo "kauju" putekļi izkaisījās, un no kosmosa dziļumiem parādījās četru iekšējo planētu - Merkura, Venēras, Zemes un Marsa - kontūras.
Mūsu Zemes bērnība tomēr bija grūta. Laikā, kad zemes proto sasniedza pašreizējo lielumu un ieņēma stabilu orbītu, tam bija kosmosa vajātājs. Tiek uzskatīts, ka sākotnējās attīstības stadijās Zemi pavadīja cita protoplanēta - Tēja. Tam bija gandrīz tāda pati orbīta kā Zemei. Viņa burtiski sekoja papēžiem. Nav pārsteidzoši, ka šādai "kontrolei" agrāk vai vēlāk nācās izraisīt sīvu "konfliktu" - planētas sadūrās. Un atkal lielas katastrofas pārvērtās par lielisku radību - no Tējas gruvešiem un pašas Zemes, satelīta - izveidojās Mēness (par to lasiet žurnāla pēdējā numurā rakstā "Zemes vēsture 30 minūtēs"). Izdzīvojusi kataklizmu un izveidojusi Mēnesi, Zeme ir kļuvusi par vienu no stabilākajām planētām iekšējā Saules sistēmā. Tas, iespējams, ir vēl viens iemeslskāpēc uz tā parādījās dzīve (vismaz tik daudzveidīga).
Asteroīdu gredzens un Kuipera josta
Varētu šķist, ka planētu veidošanās ir beigusies, bet starp Marsu un Jupiteru līdz šai dienai ir gredzens, kuram jau sen vajadzēja pārvērsties par citu planētu. Bet viņas dzimšana ir neiespējama - "villainess-liktenis" milzu Jupitera formā neļauj viņai veidoties: gāzes planētas gravitācijas spēks pastāvīgi stumj asteroīdus un neļauj viņiem piesaistīt viens otru.
Tuvāk Saules sistēmas malai, aiz Neptūna orbītas, atrodas vēl viens asteroīdu gredzens - Kuipera josta. Tajā ir daudz akmeņu un ledus, taču tie visi lido tik tālu viens no otra, ka gandrīz nekad nesaduras, tāpēc neveido planētas.
Galvenās jostas objekti ir parādīti zaļā krāsā, izkaisītais disks - oranžā krāsā. Četras ārējās planētas ir iezīmētas ar zilu krāsu, Trojas zirgu asteroīdi Neptūns ir dzeltenā krāsā, bet Jupiters - rozā krāsā. Spraugas izskats figūras apakšā ir saistīts ar Piena ceļa joslas klātbūtni šajā apgabalā, slēpjot vājus priekšmetus
Papildus asteroīda gredzenam un Kuipera joslai Saules sistēmā ir arī hipotētisks sfērisks apgabals, ko sauc par Oorta mākoni. Tieši viņa, pēc daudzu pētnieku domām, tiek uzskatīta par ilgtermiņa komētu "dzimteni". Un, lai gan Oorta mākoņa esamība nav instrumentāli apstiprināta, daudzi netieši dati norāda uz tā esamību. Tiek uzskatīts, ka Oortas mākonis ir sākotnējā protoplanetārā diska paliekas, kas izveidojās ap Sauli apmēram pirms 4,6 miljardiem gadu. Vispārpieņemtā hipotēze ir tāda, ka Oorta mākoņa objekti sākotnēji veidojās daudz tuvāk Saulei tajā pašā procesā, kurā veidojās planētas un asteroīdi, bet gravitācijas mijiedarbība ar jaunām milzu planētām, piemēram, Jupiteru, iemeta šos objektus ārkārtīgi iegarenās eliptiskajās vai paraboliskajās orbītās. …
Vēlu smaga bombardēšana
Tomēr 50 miljonus gadu pēc Saules sistēmas piedzimšanas Kuipera joslā un asteroīdu gredzenā bija 100 reizes vairāk ķermeņu nekā šodien. Viņiem visiem ir bijusi destruktīva, bet ļoti svarīga loma klinšaino iekšējo planētu, ieskaitot mūsu Zemi, attīstībā.
Tomēr drāmas cēlonis bija gāzes giganti, kuru pārvietotās orbītas gandrīz iznīcināja Saules sistēmu. Kad Jupiters ieguva rezonansi ar Saturnu, radās gravitācijas uztraukums un notika katastrofa - planētas izkaisījās pa Saules sistēmu. Visvairāk cieta divas planētas, Neptūns un Urāns. Viņu orbītas ir apgrieztas.
Jupitera-Saturna rezonanse ir pamatīgi atšķaidījusi gan asteroīda, gan Kuipera joslu. 99% ķermeņa asteroīdā un Kuipera joslās izkaisīti, lielākā daļa no tiem atradās ārpus Saules sistēmas. Bet daži iegāja iekšā. Zeme, tāpat kā citas akmeņainas planētas, atradās uguns līnijā. Šis notikums ir pazīstams kā novēlota smaga bombardēšana. Bet princips “bez sudraba oderes” atkal darbojās. Daudzi zinātnieki uzskata, ka tieši šādi sprādzieni varēja ienest uz Zemes ūdeni un vienlaikus organiskos minerālus un vielas, no kurām vēlāk attīstījās dzīvība.
Kopš tā laika, cik zināms mūsdienu zinātnei, Saules sistēmā nav bijušas nopietnas kataklizmas. Daudzi to parasti uzskata par netipisku salīdzinājumā ar citām līdzīgām sistēmām tieši tā stabilitātes dēļ. Vai mēs esam īpaši?..
Saules sistēmai vajadzētu pastāvēt vēl apmēram 5 miljardus gadu - līdz brīdim, kad termobrandu reakcija Saules iekšienē apstājas un tā izplešas. Kad tas notiks, tas pārvērtīsies par sarkanu milzi un norīs Merkuru, Venēru un, iespējams, arī mūsu Zemi. Bet, pat ja mūsu planēta izvairīsies no šī likteņa, dzīve uz tās kļūs pilnīgi neiespējama milzīgās saules tuvuma dēļ. Apdzīvojamā zona novirzīsies uz pašām planētas sistēmas malām. Tomēr ārkārtīgi palielinātās virsmas dēļ Saule būs daudz vēsāka zvaigzne nekā iepriekš. Pēc tam mūsu sistēmu sagaida vēl lielāka traģēdija - Saule atkal sāks sarukt. Tas turpināsies, līdz tas pārvērtīsies par baltu punduri - zvaigžņu kodolu, neparasti blīvu priekšmetu, kas ir puse no sākotnējās zvaigznes masas, bet tikai Zemes izmēru. Saules "mirst" process, tāpat kā viss pārējais šajā pasaulē, sākās tās dzimšanas brīdī. Kad saule sadedzina ūdeņraža degvielas rezerves, serdes atbalstam izdalītā enerģija mēdz izsīkt, liekot zvaigznei sarauties. Tas palielina spiedienu tā iekšienē un silda serdi, tādējādi paātrinot degvielas sadegšanu. Rezultātā ik pēc 1,1 miljarda gada Saule uzspīd apmēram desmit procentus, bet nākamajos 3,5 miljardos gados - par 40% vairāk. Tā rezultātā ik pēc 1,1 miljarda gada Saule uzspīd apmēram desmit procentus, bet nākamajos 3,5 miljardos gados - par 40% vairāk. Rezultātā ik pēc 1,1 miljarda gada Saule uzspīd apmēram desmit procentus, bet nākamajos 3,5 miljardos gados - par 40% vairāk.