700 miljoen jaar - het duurde zo lang voordat ons zonnestelsel gevormd werd. Een korte tijd op de schaal van het heelal. Maar alle belangrijke gebeurtenissen voor onze "zonnefamilie" vonden plaats in deze tijd. Wat zijn zij?
In het begin was er een wolk
Het begon allemaal ongeveer 4 miljard 600 miljoen jaar geleden. Op dat moment begon een enorme wolk moleculair stof, die stilletjes in de Melkweg zweefde, plotseling te krimpen. Dit gebeurde dankzij een supernova die vlakbij opflakkerde, de schokgolf die door de hele wolk ging en een gravitationele ineenstorting veroorzaakte. En de explosie van een gigantische ster vulde de wolk met gas en zware elementen - ijzer en uranium, die later de stenen werden waaruit het zonnestelsel bestaat.
De compressie was erg snel. Bovendien draaide de wolk ook. Het feit is dat alles om ons heen, inclusief de melkweg, constant in rotatie is. Rotatie maakt deel uit van de fysica van het instorten van sterren. Toen de zwaartekracht in de gasstofwolk opkwam, begon deze niet alleen sneller te roteren, maar werd hij ook afgeplat tot een schijf. Onder omstandigheden van snelle compressie en chaotische rotatie begonnen gas en stof zich samen te persen tot vele brokken. Deze brokken waren niets meer dan toekomstige sterren.
Zeer binnenkort zal een deel van deze wolk een gefragmenteerd zonnestelsel worden, in het midden waarvan een heldere protoster zal schijnen. Het zal stof en gas beginnen te absorberen, dat toen uit de zonnevorm bestond. Het meeste van al dit "afval" zal zich in de ingewanden van de zon bevinden, en planeten, satellieten, asteroïden en zelfs wijzelf worden gevormd uit de schaarse overblijfselen.
Het zonnestelsel was niet het enige 'kind' van een enorme gas- en stofwolk, maar tegelijkertijd worden zijn 'broers' - andere sterrenstelsels - ermee 'geboren'.
We kunnen vandaag hetzelfde waarnemen in het sterrenbeeld Orion, waardoor een gigantische moleculaire wolk zich honderden lichtjaren uitstrekt. Op sommige plaatsen zijn vanaf deze bosjes jonge sterren te zien, zoals gigantische discoballen, die het omringende gas verlichten met alle kleuren van de regenboog.
Promotie video:
Orion nevel
Foto: NASA
Tegenwoordig zijn er twee benaderingen voor de vorming van planetaire systemen. Een daarvan is de ontwikkeling van de ideeën van de Sovjetwetenschapper Viktor Safronov, het zogenaamde model van aanwas op de kern. Volgens dit model wordt eerst een bepaalde blanco van de planeet gevormd, een embryo, een rotsachtige kern, waarop vervolgens gas terechtkomt, en wordt een gigantische planeet zoals Jupiter, Saturnus of andere gigantische planeten gevormd. De tweede benadering houdt verband met pogingen om de vorming van planeten in de protoplanetaire schijf te verklaren door hetzelfde mechanisme dat leidt tot de vorming van sterren, namelijk zwaartekrachtinstabiliteit. Als de schijf massief genoeg is en er veel materie in zit, kunnen er enkele inhomogeniteiten ontstaan, die onder invloed van hun eigen zwaartekracht worden samengedrukt. Als ze groot genoeg zijn, vallen ze naar binnen,instorten en veranderen in enorme planeten. In de wetenschappelijke gemeenschap heeft de eerste, de Safronov-theorie over de vorming van planeten, nog steeds een voordeel.
Planethesimals
In zijn "kinderschoenen" had het zonnestelsel geen planeten. De zon zelf bestond als zodanig ook niet - er was slechts een kleine protoster, waarvan het licht erg zwak was door het gas en stof dat zich eromheen had verzameld. De planeten zullen zich echter zeer snel vormen.
Het materiaal voor hun "maken" werd verdeeld in verschillende "lagen", afhankelijk van de temperatuur van de schijf. Dichter bij de protosun, bij temperaturen boven de 2.000 graden, verdampte alles. Op een afstand van 8 miljoen km was er een steenlijn waar metalen en mineralen stollen. De volgende grens wordt meestal de sneeuwgrens genoemd - dit is de bovengrens van het binnenste zonnestelsel. Water, methaan en ammoniak komen hier alleen voor in de vorm van ijs. Maar waarom hebben we het over deze stoffen? Het is simpel - de meeste zijn er in het zonnestelsel, vooral water. Dit zijn allemaal componenten van waterstof in een of andere vorm, en waterstof is op dat moment het meest voorkomende element in het zonnestelsel.
Zowel deze als andere elementen zijn verenigd door één ding - ze zijn er nog steeds in de vorm van microscopisch kleine deeltjes. Maar al heel snel zullen ze zich door aanwas tot elkaar aangetrokken beginnen te voelen, en ze zullen veranderen in stenen en stukjes ijs, die op hun beurt ook samen zullen aantrekken. Ze vormen min of meer grote steenstukken (ongeveer 1 km bij 1,5 km), planetesimalen genoemd. Dit is het eerste bouwmateriaal waaruit protoplaneten, de "embryo's" van planeten, over 3 miljoen jaar zullen worden gevormd.
Artistieke visie op de sneeuwgrens
Foto: ESA
Gasreuzen
Ondertussen zijn protoplaneten qua grootte vergelijkbaar met de maan. Ze botsen met elkaar en vormen grote planeten. De planeten van het binnenste zonnestelsel - Mercurius, Venus, Aarde en Mars - bleken klein, kleiner dan de buitenste, omdat ze minder bouwmateriaal kregen (dichter bij de ster, waar het heet genoeg is vanwege zijn straling, kan ijs niet condenseren, kan niet condenseren water, ammoniak en andere gassen in vaste stof, daarom kunnen daar alleen steenachtige planeten worden gevormd, dus deze planeten zijn minder massief, omdat er minder materie beschikbaar is voor hun vorming).
Letterlijk in 3 miljoen jaar verschijnt er een reus van het zonnestelsel - het jonge bevroren Jupiter. Voordat Jupiter een gasreus werd, was hij een superaarde - een grote rotsachtige planeet met een massa die meerdere malen groter was dan die van de aarde. Het bleef groeien en trok nieuwe protoplaneten naar zich toe. Vanwege zijn massa is Jupiter een "zwaartekrachtrover" geworden. Net als een ruimtestofzuiger heeft hij alle gassen op zijn pad geabsorbeerd en in 100 duizend jaar is 90% van zijn huidige massa toegenomen.
Andere planeten in het buitenste zonnestelsel - Saturnus, Uranus en Neptunus - volgden zijn 'hooligan'-voorbeeld. En hoewel de meesten van hen er niet in slaagden zo'n overtuigende "spier" -massa op te bouwen, absorbeerden Jupiter en Saturnus uiteindelijk 92% van alle niet-zonne-materie!
Dankzij de "gulzigheid" van deze twee reuzen raakte tijdens de 10 miljoen jaar van het bestaan van het jonge zonnestelsel bijna al het gas erin, met name waterstof en helium, waardoor Jupiter en Saturnus zo snel groeiden, op. Hun onstuitbare "hebzucht" speelde echter in de kaart van hun meer "bescheiden" broers. Immers, als Jupiter en Saturnus niet al het gas en stof zouden aantrekken, zouden we onze zon alleen kunnen beschouwen als een nogal vage, vage schijf. Ze konden echter niet - bij afwezigheid van normaal zonlicht kon het leven op onze planeet nauwelijks zo'n variëteit hebben bereikt dat er zulke nieuwsgierige wezens als Homo sapiens op verschenen. De zon heeft hier zelf aan bijgedragen. Het bleef immers waterstof en helium opnemen, anders was het niet tot deze omvang gegroeid en bleef het een protoster. Jupiter had trouwens zelf een ster kunnen worden,als het een veel grotere massa had.
De tweede geboorte van de zon
Onze zon is twee keer geboren. De ster waar we het tot nu toe over hebben gehad, was slechts een protosun. Aan het begin van haar leven was het spectrum van haar licht anders. De protosun was net zo energiek als nu, maar meer rood. Op de leeftijd van 50 miljoen jaar vindt er een belangrijke gebeurtenis plaats met het zonnestelsel - onze ster bereikt een kritische temperatuur en druk, en een kernreactie begint in de kern. Met de energie van een waterstofbom explodeert onze protosun en wordt een nieuwe volwaardige ster geboren.
Binnenste planeten
De zon was rijp en de gevormde Jupiter, Saturnus, Uranus en Neptunus vlogen over de sneeuwgrens. Ondertussen ontstond er in het hete binnengebied, waar veel rotsen en weinig gas waren, chaos toen kleine protoplaneten bleven botsen en groeien.
De vorming van de binnenste planeten van het zonnestelsel duurde 10 keer langer dan de vorming van gasreuzen. Na 75 miljoen jaar is dit proces ten einde. Het stof van deze "veldslagen" verspreidde zich en de contouren van de vier binnenplaneten - Mercurius, Venus, Aarde en Mars - kwamen uit de diepten van de ruimte tevoorschijn.
De kindertijd van onze aarde was echter moeilijk. Op het moment dat de proto-aarde zijn huidige omvang bereikte en een stabiele baan innam, had het een ruimte-achtervolger. Er wordt aangenomen dat de aarde in de beginfase van de ontwikkeling werd vergezeld door een andere protoplaneet - Thea. Het had bijna dezelfde baan als de aarde. Ze volgde letterlijk haar hakken. Het is niet verwonderlijk dat een dergelijke "controle" vroeg of laat moest resulteren in een hevig "conflict" - de planeten kwamen in botsing. En nogmaals, grote rampen veranderden in een grote schepping - uit de fragmenten van Thea en de aarde zelf, een satelliet - werd de maan gevormd (lees hierover in het laatste nummer van het tijdschrift in het artikel "Geschiedenis van de aarde in 30 minuten"). Na de ramp te hebben overleefd en de maan te hebben gevormd, is de aarde een van de meest stabiele planeten in het binnenste zonnestelsel geworden. Dit is waarschijnlijk een andere redenwaarom het leven erop verscheen (althans zo divers).
Asteroïdenring en Kuipergordel
Het lijkt erop dat de vorming van de planeten voorbij is, maar tussen Mars en Jupiter is er tot op de dag van vandaag een ring die lang geleden in een andere planeet had moeten veranderen. Maar haar geboorte is onmogelijk - het ‘villainess-lot’ in de vorm van de reus Jupiter staat haar niet toe zich te vormen: de zwaartekracht van de gasplaneet duwt asteroïden constant samen en voorkomt dat ze tot elkaar worden aangetrokken.
Dichter bij de rand van het zonnestelsel, voorbij de baan van Neptunus, bevindt zich nog een ring van asteroïden - de Kuipergordel. Er zitten veel rotsen en ijs in, maar ze vliegen allemaal zo ver uit elkaar dat ze bijna nooit met elkaar in botsing komen, daarom vormen ze geen planeten.
De objecten van de hoofdband worden in groen weergegeven, de verspreide schijf in oranje. De vier buitenplaneten zijn blauw gemarkeerd, de Trojaanse asteroïden van Neptunus geel en Jupiter roze. De opening aan de onderkant van de figuur is te wijten aan de aanwezigheid van de Melkwegstrook in dit gebied, die zwakke objecten verbergt
Naast de asteroïdenring en de Kuipergordel is er een hypothetisch bolvormig gebied in het zonnestelsel dat de Oortwolk wordt genoemd. Zij is het die volgens veel onderzoekers wordt beschouwd als het "thuisland" van langlopende kometen. En hoewel het bestaan van de Oortwolk niet instrumenteel wordt bevestigd, wijzen veel indirecte gegevens op het bestaan ervan. Aangenomen wordt dat de Oortwolk het overblijfsel is van de oorspronkelijke protoplanetaire schijf die ongeveer 4,6 miljard jaar geleden rond de zon werd gevormd. De algemeen aanvaarde hypothese is dat Oort Cloud-objecten oorspronkelijk veel dichter bij de zon werden gevormd in hetzelfde proces dat planeten en asteroïden werden gevormd, maar gravitatie-interactie met jonge reuzenplaneten zoals Jupiter gooide deze objecten in extreem langwerpige elliptische of parabolische banen. …
Laat zwaar bombardement
Echter, 50 miljoen jaar na de geboorte van het zonnestelsel waren er 100 keer meer lichamen in de Kuipergordel en asteroïdenring dan nu. Ze speelden allemaal een destructieve maar zeer belangrijke rol in de evolutie van de rotsachtige binnenplaneten, inclusief onze aarde.
De oorzaak van het drama waren toen echter de gasreuzen, wier verplaatste banen het zonnestelsel bijna verwoestten. Toen Jupiter in resonantie kwam met Saturnus, ontstond er opwinding door de zwaartekracht en vond er een catastrofe plaats - de planeten verspreidden zich over het zonnestelsel. Twee planeten, Neptunus en Uranus, leden het meest. Hun banen zijn omgekeerd.
De Jupiter-Saturnus-resonantie heeft zowel de asteroïdengordel als de Kuipergordel grondig uitgedund. 99% van de lichamen in de asteroïde en Kuipergordels waren verspreid, de meeste bevonden zich buiten het zonnestelsel. Maar sommigen gingen naar binnen. De aarde bevond zich, net als andere rotsachtige planeten, in de vuurlinie. Deze gebeurtenis staat bekend als het late zware bombardement. Maar het 'geen zilveren voering'-principe werkte weer. Veel wetenschappers geloven dat juist zulke bombardementen water naar de aarde konden brengen, en tegelijkertijd organische mineralen en stoffen waaruit later leven is ontstaan.
Sindsdien hebben er, voor zover de moderne wetenschap weet, geen ernstige rampen in het zonnestelsel plaatsgevonden. Velen beschouwen het over het algemeen als atypisch in vergelijking met andere vergelijkbare systemen, juist vanwege de stabiliteit. Zijn we speciaal?..
Het zonnestelsel zou nog ongeveer 5 miljard jaar moeten bestaan - totdat de thermonucleaire reactie in het inwendige van de zon stopt en deze zich uitbreidt. Wanneer dit gebeurt, zal het in een rode reus veranderen en Mercurius, Venus en mogelijk onze aarde inslikken. Maar zelfs als onze planeet dit lot vermijdt, zal het leven erop volledig onmogelijk worden vanwege de nabijheid van de gigantische zon. De bewoonbare zone zal verschuiven naar de uiterste randen van het planetaire systeem. Door het extreem grotere oppervlak zal de zon echter een veel koelere ster zijn dan voorheen. Daarna zal ons systeem met een nog grotere tragedie worden geconfronteerd: de zon zal weer beginnen te krimpen. Dit zal doorgaan totdat het verandert in een witte dwerg - een stellaire kern, een ongewoon dicht object dat half zo groot is als de oorspronkelijke massa van de ster, maar slechts zo groot als de aarde. Het proces van het 'sterven' van de zon, zoals al het andere in deze wereld, begon bij haar geboorte. Terwijl de zon zijn reserves aan waterstofbrandstof verbrandt, heeft de energie die vrijkomt om de kern te ondersteunen de neiging om op te raken, waardoor de ster samentrekt. Dit verhoogt de druk in het inwendige en verwarmt de kern, waardoor de verbranding van brandstof wordt versneld. Het resultaat is dat de zon elke 1,1 miljard jaar ongeveer tien procent helderder wordt, en de komende 3,5 miljard jaar nog eens 40%. Het resultaat is dat de zon elke 1,1 miljard jaar ongeveer tien procent helderder wordt, en in de komende 3,5 miljard jaar nog eens 40%. Het resultaat is dat de zon elke 1,1 miljard jaar ongeveer tien procent helderder wordt, en in de komende 3,5 miljard jaar nog eens 40%.
