Historia poglądów dotyczących powstania i ewolucji Układu Słonecznego
Historia poglądów dotyczących powstania i ewolucji Układu Słonecznego sięga początków XVII wieku. Mimo że teorie dotyczące początku i losów całego świata sięgają najstarszych znanych źródeł pisanych, to jednak przez większość czasu nie były one powiązane z istnieniem Układu Słonecznego, ponieważ nie było jeszcze wiadomo, że Układ Słoneczny, w obecnym znaczeniu tego pojęcia, w ogóle istnieje. Pierwszym krokiem w kierunku współczesnej teorii powstania i ewolucji Układu Słonecznego było opublikowanie przez Mikołaja Kopernika teorii heliocentrycznej, która umieściła Słońce pośrodku systemu i Ziemię na orbicie wokół niego. Ten pomysł był rozważany od tysiącleci, jednak został powszechnie zaakceptowany dopiero pod koniec XVII wieku. Pierwsze odnotowane użycie pojęcia „Układ Słoneczny” pochodzi z 1704 roku[1].
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/e/e3/Pierre-Simon_Laplace.jpg/220px-Pierre-Simon_Laplace.jpg)
Zgodnie z powszechnie akceptowaną hipotezą powstanie i ewolucja Układu Słonecznego rozpoczęły się około 4,6 miliarda lat temu, gdy na skutek grawitacyjnego zapadnięcia się jednej z części niestabilnego obłoku molekularnego rozpoczął się proces formowania Słońca i innych gwiazd. Większość zapadającej się masy z tej części obłoku zebrała się pośrodku, tworząc Słońce, podczas gdy reszta spłaszczyła się, formując dysk protoplanetarny, z którego następnie powstały planety, księżyce, asteroidy i pozostałe małe ciała Układu Słonecznego.
Model ten, znany jako hipoteza mgławicy słonecznej, został po raz pierwszy zaproponowany w XVIII wieku przez Emanuela Swedenborga, Immanuela Kanta i Pierre’a Simona Laplace’a. Jego późniejszy rozwój wymagał współudziału rozmaitych dyscyplin naukowych, takich jak astronomia, fizyka, geologia czy nauki planetarne. Od początków ery podboju kosmosu w latach 50. i poprzez odkrycia planet pozasłonecznych w latach 90. model powstania Układu Słonecznego był zarówno kwestionowany, jak i modyfikowany, aby uwzględnić nowe obserwacje.
Historia poglądów dotyczących powstania i ewolucji Układu Słonecznego
edytujHipoteza mgławicy słonecznej
edytujPowszechnie akceptowana obecnie hipoteza, że Układ Słoneczny powstał poprzez kondensację wirującego obłoku pyłu i gazu, została po raz pierwszy zaproponowana w 1734 roku przez szwedzkiego filozofa Emanuela Swedenborga[2]. W 1755 roku niemiecki filozof Immanuel Kant rozwinął ją, wysuwając przypuszczenie, że obserwowane przez teleskop mgławice mogą być obłokami pyłu, z których powstają nowe gwiazdy i planety[3]. Pierre Simon de Laplace w 1796 jako pierwszy nadał tym spekulacjom formę naukową[4]. W zaproponowanym przez niego modelu Układ Słoneczny powstał z wirującego, sferycznego obłoku gazu. Na skutek grawitacji obłok taki miał zapadać się do środka i, zgodnie z zasadą zachowania momentu pędu, wirować coraz szybciej i ulec spłaszczeniu względem swojej osi obrotu. Pośrodku z większości materii obłoku miała ukształtować się gwiazda centralna, zaś wokół niej pozostały wirujące pierścienie materii. Z tych pierścieni w podobny sposób, choć na mniejszą skalę, miały ukształtować się planety i ich księżyce.
Pierwsze wątpliwości wobec tego modelu pojawiły się ze względu na dystrybucję momentu pędu w Układzie Słonecznym. Słońce, którego masa stanowi 99,86% masy całego Układu Słonecznego, odpowiedzialne jest za niecały 1% całkowitego momentu pędu. Taki rozkład masy i momentu pędu okazuje się niemożliwy, jeżeli Układ Słoneczny rzeczywiście powstał z mgławicy w sposób zaproponowany przez Laplace’a. Innymi słowy, gdyby model zaproponowany przez Laplace’a był prawdziwy, to planety powinny okrążać Słońce dużo wolniej, niż obserwujemy to obecnie. W 1854 roku Édouard Roche próbował uratować model Laplace’a, postulując, że Układ Słoneczny powstał z obłoku gazu wirującego wokół powstałego wcześniej w inny sposób Słońca. Ten model tłumaczył obserwowany rozkład momentu pędu w Układzie Słonecznym, jednak sam nie był pozbawiony innych problemów. W szczególności wymagał on, aby chmura pyłu, z której powstały planety, miała małą masę w porównaniu z gwiazdą centralną. Jednak w 1911 roku James Hopwood Jeans udowodnił, że warunkiem koniecznym powstania planet w obecności sił pływowych Słońca było to, aby gęstość obłoku pyłu stanowiła co najmniej 0,361 średniej gęstości całego systemu, co wykluczyło możliwość powstania planet z obłoku o masie postulowanej wcześniej przez Roche’a. Ze względu na te trudności na początku XX wieku model ten popadł w niełaskę i naukowcy zaczęli rozważać inne możliwości powstania Układu Słonecznego.
Hipoteza dwóch ciał
edytujZgodnie z hipotezą dwóch ciał Układ Słoneczny powstał wskutek zderzenia lub oddziaływania grawitacyjnego na Słońce przez inny masywny obiekt. Idea ta sięga wstecz co najmniej do roku 1749, kiedy francuski filozof Georges-Louis Leclerc, hrabia de Buffon zaproponował, że planety powstały z materii wrzuconej w przestrzeń kosmiczną po uderzeniu komety w Słońce. Podczas gdy obecnie idea ta może wydawać się absurdalna, ponieważ masa komet jest nieporównywalnie mniejsza niż masa planet, w XVIII wieku dokładna natura komet nie była jeszcze wystarczająco dokładnie znana. Ostatecznie idea ta została odrzucona w 1796 roku, gdy francuski matematyk Pierre Simon de Laplace wykazał, że wyrzucona w zderzeniu materia znalazłaby się na trajektorii, która ponownie uderzała w Słońce.
Oddzielając powstanie Słońca od powstania planet, hipoteza dwóch ciał próbowała uniknąć problemów związanych z rozkładem momentu pędu w układzie i zbyt wolnym okresem obrotu Słońca wokół własnej osi, jednak jednocześnie wprowadziła ona szereg nowych problemów. Głównym z nich był problem umieszczenia planet na niemal kołowych orbitach, na których znajdują się obecnie.
Chamberlin w 1901 roku i Moulton w 1905 roku zaproponowali nieco inny model, w którym aktywne, młode Słońce okresowo wyrzucało w przestrzeń kosmiczną protuberancje o znacznej masie. Każda z tych protuberancji miała następnie ulegać kondensacji, spowodowanej przez grawitacyjne oddziaływanie przechodzących w pobliżu Słońca gwiazd i w ten sposób na różnych orbitach miały powstać różne planety i ich księżyce. Ta opisowa hipoteza Chamberlina i Moultona została sformalizowana przez Jeansa w 1919 roku. Jednak niedługo później pojawiły się wobec niej wątpliwości. Najpierw w 1929 roku Harold Jeffreys zauważył, że mimo że Jowisz i Słońce mają podobną gęstość, Jowisz obraca się wokół własnej osi kilkadziesiąt razy szybciej niż Słońce, co trudno wytłumaczyć pływową teorią Jeansa. Nieco później, w 1935 roku Henry Norris Russell wykazał, że planety w modelu Jeansa mogły powstać co najwyżej w odległości kilku promieni Słońca od tej gwiazdy, co również zaprzeczało obserwowanym położeniom planet. Wreszcie w 1939 roku Lyman Spitzer argumentował, że materia wyrzucona przez Słońce o temperaturze około 100 tysięcy kelwinów miała zbyt dużo energii termicznej, by ulec kondensacji w planety i powinna ulec rozproszeniu. Także sam Jeans był świadom niedoskonałości swojego modelu i zaproponował jego modyfikację, w której wczesne Słońce było dużo chłodniejsze niż współcześnie i miało rozmiary sięgające obecnej orbity Neptuna. Tak zmodyfikowany model unikał krytycyzmów Russella i Spitzera, jednak dalej nie był satysfakcjonujący, ponieważ wymagał, aby planety krążyły wewnątrz młodego Słońca.
Hipoteza akrecyjna Schmidta i Lyttletona
edytujW 1944 roku radziecki astronom Otto Szmidt zaproponował, że Słońce w niemal obecnej formie przeszło przez obłok pyłu międzygwiezdnego i w ten sposób uzyskało pyłowo-gazową otoczkę. Początkowo Szmidt uważał, że do uzyskania takiej otoczki przez Słońce konieczne było oddziaływanie grawitacyjne innej gwiazdy, jednak w 1961 roku Raymond Lyttleton wykazał, że otoczka taka mogła powstać wyłącznie na skutek oddziaływań pomiędzy Słońcem a obłokiem międzygwiezdnego pyłu. Z otoczki tej następnie, na skutek akrecji miały powstać planety i księżyce.
Teoria ta osiągnęła pewną popularność, jednak w 1971 roku Wiktor Safronow, analizując szczegółowo proces akrecji, udowodnił, że powstanie planet skalistych zajęłoby około 10 milionów lat, a gazowych olbrzymów co najmniej 10 miliardów lat. Wyniki Safronowa poważnie podważyły znaczenie hipotezy akrecji, ponieważ Układ Słoneczny mający nie więcej niż 5 miliardów lat, jest zbyt młody, aby umożliwić powstanie planet gazowych.
Hipoteza protoplanetarna McCrea
edytujW 1960 roku William McCrea zaproponował hipotezę protoplanetarną, której celem było zarówno wyjaśnienie niewielkiego obrotowego momentu pędu Słońca, jak i powstanie planet. W tym modelu zarówno Słońce, jak i planety powstają jednocześnie z chmury pyłu międzygwiezdnego. Na skutek turbulencji, w obłoku miało uformować się kilkanaście strumieni materii poruszających się w różnych kierunkach, z których ostatecznie miały się utworzyć Słońce i planety. Ponieważ materia obłoku nie uformowała wirującego dysku, lecz raczej strumienie materii poruszające się w różnych kierunkach, model ten tłumaczył niski moment obrotowy Słońca.
Głównym problemem tej hipotezy jest to, że nie wyjaśnia ona, dlaczego wszystkie planety okrążają Słońce w tym samym kierunku i w niemal jednej płaszczyźnie, ponieważ jest stosunkowo mało prawdopodobne, aby postulowane przez teorię chaotyczne strumienie materii utworzyły się właśnie w taki sposób.
Powrót hipotezy mgławicy słonecznej
edytujW obliczu faktu, że wszystkie alternatywne hipotezy powstania Układu Słonecznego obarczone były sporymi problemami, w 1978 roku astronom A.J.R. Prentice odnowił zainteresowanie hipotezą mgławicy słonecznej, proponując nowy sposób, w jaki Słońce mogło utracić znaczną część swojego momentu pędu. Gwiazda typu T Tauri, jaką było w początkach swego istnienia Słońce, jest bardzo aktywna i często emituje ponaddźwiękowe strumienie materii. Zdaniem Prentice'a, strumienie takie mogły przekazać część momentu pędu z gwiazdy centralnej do zewnętrznych regionów Układu Słonecznego.
Hipoteza mgławicy słonecznej zyskała również dodatkowe potwierdzenie empiryczne, gdy w latach 80. zaobserwowano obłoki pyłu wokół młodych gwiazd, takich jak na przykład Beta Pictoris. Ponadto wiele młodych gwiazd ma nadmierne promieniowanie w podczerwieni, co również można wyjaśnić tym, że są otoczone obłokami chłodniejszego pyłu i gazu. Obecnie większość astronomów zgadza się, że istnieją mechanizmy pozwalające Słońcu utracić znaczną ilość momentu pędu, będącego głównym problemem XIX-wiecznych wersji hipotezy słonecznej.
Przypisy
edytuj- ↑ Solar system. [w:] Merriam Webster Online Dictionary [on-line]. 2008. [dostęp 2008-05-19]. (ang.).
- ↑ Emanuel Swedenborg: Emanuelis Swedenborgii opera philosophica et mineralia. 1734.
- ↑ Immanuel Kant: Allgemeine Naturgeschichte und Theorie des Himmels. 1755.
- ↑ Pierre Simon Laplace: Exposition du système du monde. 1796.
Bibliografia
edytuj- M.M. Woolfson , The Solar System - its Origin and Evolution, „Journal of the Royal Astronomical Society”, 34, marzec 1993, s. 1–20, Bibcode: 1993QJRAS..34....1W (ang.).
Literatura dodatkowa
edytuj- M.M. Woolfson: The Origin and Evolution of the Solar System. 2000. ISBN 0-7503-0458-8. (ang.).