Tata surya itu unik, dan asal usulnya saat ini bukanlah misteri yang sepenuhnya terbuka, meskipun para ilmuwan telah mencoba selama berabad-abad untuk mereproduksi gambaran penciptaannya. Kita hanya bisa menerima atau menolak sudut pandang modern tentang asal usulnya tata surya, tetapi bagi umat manusia hal ini masih tetap menjadi misteri selama berabad-abad. Namun, ada beberapa asumsi ilmiah mengenai kejadiannya, yang akan kami bahas dalam artikel ini.

Filsuf Jerman Kant pada abad ke-18 mengemukakan bahwa tata surya terbentuk dari awan sejumlah partikel dingin yang bergerak terus menerus dan kacau. Ilmuwan lain, Laplace dari Prancis, pada tahun 1796 mengemukakan bahwa asal mula tata surya dikaitkan dengan nebula yang berputar terus-menerus, seluruhnya terdiri dari gas.

Hipotesis yang menarik Asal usul tata surya telah diungkapkan oleh berbagai ilmuwan sepanjang masa. Secara khusus, astronom Inggris Hoyle menyatakan bahwa Matahari pada saat kelahirannya adalah gumpalan nebula gas dan debu yang di dalamnya terdapat medan magnet. Mula-mula diputar dengan kecepatan tinggi, dan kemudian karena pengaruhnya Medan gaya putarannya mulai menurun.

Satu lagi dikemukakan oleh O. Yu.Schmidt. Seperti yang dikemukakan para ilmuwan, media yang berfungsi untuk pembentukan planet adalah pecahan awan antarbintang yang terdiri dari campuran gas-debu. Banyak kondensasi terbentuk di dalamnya sebagai akibat dari tumbukan partikel yang kacau. Formasi besar secara bertahap bertambah besar dan menjadi lebih padat. Dari sudut pandangnya, dengan cara inilah “embrio” planet masa depan terbentuk. Dampak yang terjadi saat tumbukannya menyebabkan orbitnya menjadi melingkar, dan lama kelamaan geraknya mengelilingi Matahari menjadi stabil.

Tata surya dan asal usulnya dipelajari di banyak institusi terkenal di seluruh dunia. Kongres internasional yang diadakan setiap tahun memasukkan diskusi wajib tentang masalah ini dalam programnya, dan pembicara terkemuka telah mengambil bagian dalam diskusi tersebut lebih dari satu kali. Spesialis Rusia dari Institut Geofisika Akademi Ilmu Pengetahuan.

Penelitian mendalam tentang topik “Tata Surya dan Asal Usulnya” dikhususkan untuk tempat penting, dan dana pelaksanaannya dialokasikan dari APBN. Saatnya akan tiba, dan berkat kerja keras para ilmuwan, tabir kerahasiaan akan dibuka sehingga lebih banyak lagi yang dapat dipelajari tentang asal usul planet kita yang menakjubkan ini.

Dalam skala luar angkasa, planet hanyalah butiran pasir, yang memainkan peran kecil dalam gambaran besar perkembangan proses alam. Namun, ini adalah objek paling beragam dan kompleks di alam semesta. Tak satu pun dari jenis benda langit lainnya yang menunjukkan interaksi astronomi, geologi, kimia, dan yang serupa proses biologis. Tidak ada tempat lain di luar angkasa yang dapat menghasilkan kehidupan seperti yang kita ketahui. Dalam dekade terakhir saja, para astronom telah menemukan lebih dari 200 planet.

Pembentukan planet, yang selama ini dianggap sebagai proses yang tenang dan tidak bergerak, pada kenyataannya ternyata cukup kacau.

Keberagaman massa, ukuran, komposisi, dan orbit yang menakjubkan telah membuat banyak orang bertanya-tanya tentang asal usulnya. Pada tahun 1970-an Pembentukan planet dianggap sebagai proses yang teratur dan deterministik—sebuah ban berjalan di mana piringan gas dan debu amorf diubah menjadi salinan Tata Surya. Namun sekarang kita tahu bahwa ini adalah proses yang kacau, dengan hasil yang berbeda-beda untuk setiap sistem. Planet-planet yang dilahirkan selamat dari kekacauan mekanisme pembentukan dan penghancuran yang saling bersaing. Banyak benda mati, terbakar dalam api bintangnya, atau terlempar ke ruang antarbintang. Bumi kita mungkin memiliki saudara kembar yang telah lama hilang, kini berkeliaran di ruang angkasa yang gelap dan dingin.

Ilmu pembentukan planet terletak pada titik temu antara astrofisika, ilmu planet, mekanika statistik, dan dinamika nonlinier. Secara umum, para ilmuwan planet sedang mengembangkan dua arah utama. Menurut teori pertambahan berurutan, partikel-partikel debu kecil saling menempel membentuk gumpalan besar. Jika balok tersebut menarik banyak gas, ia akan berubah menjadi raksasa gas seperti Jupiter, dan jika tidak, menjadi planet berbatu seperti Bumi. Kelemahan utama teori ini adalah lambatnya proses dan kemungkinan penyebaran gas sebelum pembentukan planet.

Skenario lain (teori ketidakstabilan gravitasi) menyatakan bahwa raksasa gas terbentuk melalui keruntuhan mendadak, yang menyebabkan hancurnya awan gas dan debu purba. Proses ini meniru pembentukan bintang dalam bentuk mini. Namun hipotesis ini sangat kontroversial, karena mengasumsikan adanya ketidakstabilan yang kuat, yang mungkin tidak terjadi. Selain itu, para astronom telah menemukan planet yang paling masif dan paling kecil bintang masif dipisahkan oleh “kekosongan” (benda dengan massa sedang tidak ada). “Kegagalan” seperti itu menunjukkan bahwa planet bukan sekadar bintang bermassa rendah, melainkan objek yang asal usulnya sama sekali berbeda.

Meskipun para ilmuwan terus berdebat, sebagian besar percaya bahwa skenario pertambahan berturut-turut lebih mungkin terjadi. Dalam artikel ini saya akan mengandalkannya secara khusus.

1. Awan antarbintang menyusut

Waktu: 0 ( titik pangkal proses pembentukan planet)

Tata Surya kita terletak di Galaksi yang terdapat sekitar 100 miliar bintang serta awan debu dan gas, sebagian besar merupakan sisa-sisa bintang generasi sebelumnya. Dalam hal ini, debu hanyalah partikel mikroskopis dari air es, besi dan lainnya padatan, terkondensasi di lapisan luar bintang yang dingin dan terlempar ke luar angkasa. Jika awan cukup dingin dan padat, awan tersebut mulai terkompresi di bawah pengaruh gravitasi, membentuk gugusan bintang. Proses seperti itu bisa berlangsung dari 100 ribu hingga beberapa juta tahun.

Setiap bintang dikelilingi oleh sisa materi yang cukup untuk membentuk planet. Cakram muda sebagian besar mengandung hidrogen dan helium. Di bagian dalam yang panas, partikel debu menguap, dan di lapisan luar yang dingin dan tipis, partikel debu bertahan dan tumbuh saat uap mengembun di atasnya.

Para astronom telah menemukan banyak bintang muda yang dikelilingi oleh piringan tersebut. Bintang yang berusia antara 1 dan 3 juta tahun memiliki piringan gas, sedangkan bintang yang telah ada selama lebih dari 10 juta tahun memiliki piringan yang lemah dan miskin gas, karena gas “dihembuskan” keluar oleh bintang yang baru lahir itu sendiri atau oleh bintang tetangga. . bintang terang. Rentang waktu ini justru merupakan era pembentukan planet. Berat elemen berat dalam piringan tersebut sebanding dengan massa unsur-unsur berikut di planet-planet Tata Surya: cukup argumen yang kuat untuk membela fakta bahwa planet terbentuk dari piringan tersebut.

Hasil: bintang yang baru lahir dikelilingi oleh gas dan partikel debu kecil (berukuran mikron).

Bola debu kosmik

Bahkan planet raksasa pun berawal dari benda sederhana—butiran debu berukuran mikron (abu bintang yang sudah lama mati) yang mengambang di piringan gas yang berputar. Saat ia menjauh dari bintang yang baru lahir, suhu gas turun, melewati “garis es”, di luarnya air membeku. Di tata surya kita, batas ini memisahkan planet berbatu bagian dalam dari planet gas raksasa bagian luar.

1. Partikel bertabrakan, saling menempel dan tumbuh.
2. Partikel kecil terbawa oleh gas, tetapi partikel yang lebih besar dari satu milimeter diperlambat dan bergerak secara spiral menuju bintang.
3. Di garis es, kondisinya sedemikian rupa sehingga gaya gesekan berubah arah. Partikel cenderung saling menempel dan mudah bergabung menjadi lebih banyak tubuh besar- planetesimal.

2. Disk memperoleh struktur

Waktu: sekitar 1 juta tahun

Partikel debu di piringan protoplanet, bergerak secara kacau mengikuti aliran gas, saling bertabrakan dan terkadang saling menempel, terkadang runtuh. Butiran debu menyerap cahaya dari bintang dan memancarkannya kembali melalui inframerah jauh, mentransfer panas ke bagian dalam piringan yang paling gelap. Suhu, kepadatan dan tekanan gas umumnya menurun seiring dengan jarak dari bintang. Karena keseimbangan tekanan, gravitasi, dan gaya sentrifugal, kecepatan rotasi gas di sekitar bintang lebih kecil dibandingkan kecepatan rotasi gas di sekitar bintang. tubuh bebas pada jarak yang sama.

Akibatnya, butiran debu yang berukuran lebih besar dari beberapa milimeter berada di depan gas, sehingga angin sakal memperlambatnya dan memaksanya berputar ke bawah menuju bintang. Semakin besar partikelnya, semakin cepat pula mereka bergerak ke bawah. Bongkahan berukuran satu meter dapat mengurangi separuh jaraknya dari bintang hanya dalam 1.000 tahun.

Saat partikel mendekati bintang, mereka memanas, dan secara bertahap air dan zat lain dengan titik didih rendah, yang disebut zat mudah menguap, menguap. Jarak terjadinya hal ini - yang disebut "garis es" - adalah 2-4 unit astronomi (AU). Di Tata Surya, ini persis merupakan persilangan antara orbit Mars dan Jupiter (jari-jari orbit Bumi adalah 1 AU). Garis es membagi sistem planet menjadi wilayah dalam, tanpa bahan mudah menguap dan mengandung padatan, dan bagian luar, kaya akan bahan mudah menguap dan mengandung benda es.

Di garis es itu sendiri, molekul air yang menguap dari butiran debu menumpuk, yang berfungsi sebagai pemicu serangkaian fenomena. Di wilayah ini terjadi kesenjangan pada parameter gas, dan terjadi lonjakan tekanan. Keseimbangan gaya menyebabkan gas mempercepat pergerakannya mengelilingi bintang pusat. Akibatnya, partikel yang jatuh di sini tidak dipengaruhi oleh angin sakal, melainkan oleh angin sakal, yang mendorongnya maju dan menghentikan migrasinya ke dalam piringan. Dan ketika partikel terus mengalir dari lapisan luarnya, garis es berubah menjadi kumpulan es.

Ketika partikel terakumulasi, mereka bertabrakan dan tumbuh. Beberapa dari mereka menerobos garis es dan terus bermigrasi ke dalam; Saat memanas, mereka menjadi terlapisi lumpur cair dan molekul kompleks, sehingga membuatnya lebih lengket. Beberapa area menjadi begitu penuh dengan debu sehingga saling menempel tarikan gravitasi partikel mempercepat pertumbuhannya.

Secara bertahap, butiran debu berkumpul menjadi benda berukuran satu kilometer yang disebut planetesimal, yang pada tahap terakhir pembentukan planet, mengumpulkan hampir seluruh debu purba. Sulit untuk melihat planetesimal itu sendiri dalam membentuk sistem planet, namun para astronom dapat menebak keberadaannya dari puing-puing tumbukannya (lihat: Ardila D. Sistem planet tak kasat mata // VMN, No. 7, 2004).

Hasil:“blok bangunan” sepanjang beberapa kilometer yang disebut planetesimal.

Bangkitnya kaum oligarki

Planetesimal sepanjang miliaran kilometer yang terbentuk pada tahap 2 kemudian berkumpul menjadi benda seukuran Bulan atau Bumi yang disebut embrio. Sejumlah kecil dari mereka mendominasi zona orbitnya. Para "oligarki" di antara embrio ini memperebutkan zat yang tersisa

3. Embrio planet terbentuk

Waktu: dari 1 hingga 10 juta tahun

Permukaan kawah Merkurius, Bulan, dan asteroid tidak diragukan lagi bahwa sistem planet seperti lapangan tembak selama pembentukannya. Tabrakan timbal balik antara planetesimal dapat merangsang pertumbuhan dan kehancurannya. Keseimbangan antara koagulasi dan fragmentasi menghasilkan distribusi ukuran di mana benda-benda kecil terutama menentukan luas permukaan sistem dan benda-benda besar menentukan massanya. Orbit benda-benda di sekitar bintang mungkin awalnya berbentuk elips, namun seiring berjalannya waktu, perlambatan dalam gas dan tumbukan timbal balik mengubah orbit menjadi lingkaran.

Awalnya, pertumbuhan tubuh terjadi karena benturan acak. Namun semakin besar ukuran planetesimal, semakin kuat gravitasinya, dan semakin kuat pula ia menyerap planetesimal tetangganya yang bermassa rendah. Ketika massa planetesimal sebanding dengan massa Bulan, gravitasinya meningkat sedemikian rupa sehingga mengguncang benda-benda di sekitarnya dan membelokkannya ke samping bahkan sebelum tumbukan. Hal ini membatasi pertumbuhan mereka. Beginilah cara “oligarki” muncul - embrio planet-planet dengan massa yang sebanding, bersaing satu sama lain untuk mendapatkan planetesimal yang tersisa.

Zona makan setiap embrio adalah jalur sempit di sepanjang orbitnya. Pertumbuhan berhenti ketika embrio menyerap paling planetesimal dari zonanya. Geometri dasar menunjukkan bahwa ukuran zona dan durasi penyerapan meningkat seiring dengan jarak dari bintang. Pada jarak 1 SA embrio mencapai massa 0,1 massa Bumi dalam waktu 100 ribu tahun. Pada jarak 5 SA mereka mencapai empat massa Bumi dalam beberapa juta tahun. Benihnya bisa menjadi lebih besar di dekat garis es atau di tepi pecahan piringan tempat terkonsentrasinya planetesimal.

Pertumbuhan "oligarki" mengisi sistem dengan kelebihan benda yang berupaya menjadi planet, namun hanya sedikit yang berhasil. Di tata surya kita, meskipun planet-planet tersebar di ruang yang luas, jaraknya sedekat mungkin satu sama lain. Jika antar planet tipe bumi Jika Anda menempatkan planet lain yang massanya sama dengan Bumi, maka seluruh sistem akan menjadi tidak seimbang. Hal yang sama dapat dikatakan tentang sistem planet lain yang diketahui. Jika Anda melihat secangkir kopi terisi sampai penuh, Anda bisa yakin bahwa seseorang mengisinya terlalu banyak dan menumpahkan cairan; Kecil kemungkinan Anda dapat mengisi wadah sampai penuh tanpa menumpahkan setetes pun. Kemungkinan besar sistem planet mempunyai lebih banyak materi pada awal kehidupannya dibandingkan pada akhir kehidupannya. Beberapa benda terlempar keluar sistem sebelum mencapai kesetimbangan. Para astronom telah mengamati planet-planet yang terbang bebas di gugus bintang muda.

Hasil:“oligarki” adalah cikal bakal planet dengan massa mulai dari massa Bulan hingga massa Bumi.

Sebuah lompatan besar bagi sistem planet

Pembentukan raksasa gas seperti Jupiter - momen yang paling penting dalam sejarah sistem planet. Jika planet seperti itu terbentuk, ia mulai mengendalikan seluruh sistem. Namun agar hal ini terjadi, embrio harus mengumpulkan gas lebih cepat daripada kecepatan spiralnya menuju pusat.

Pembentukan planet raksasa terhambat oleh gelombang yang ditimbulkannya pada gas di sekitarnya. Aksi gelombang ini tidak seimbang, memperlambat planet dan menyebabkan migrasi menuju bintang.

Planet ini menarik gas, namun tidak dapat mengendap sampai menjadi dingin. Dan selama ini ia bisa berputar cukup dekat dengan bintang. Planet raksasa mungkin tidak terbentuk di semua sistem

4. Raksasa gas telah lahir

Waktu: dari 1 hingga 10 juta tahun

Jupiter mungkin dimulai dengan embrio yang ukurannya sebanding dengan Bumi, dan kemudian mengumpulkan sekitar 300 massa gas lebih besar seukuran Bumi. Pertumbuhan yang mengesankan ini disebabkan oleh berbagai mekanisme yang bersaing. Gravitasi inti menarik gas dari piringan, namun gas yang berkontraksi menuju inti melepaskan energi dan harus mendingin agar dapat mengendap. Akibatnya, laju pertumbuhan dibatasi oleh kemungkinan pendinginan. Jika terjadi terlalu lambat, bintang mungkin akan meniupkan gas kembali ke piringannya sebelum inti atom terbentuk di sekelilingnya. suasana padat. Hambatan dalam pembuangan panas adalah perpindahan radiasi melalui lapisan luar atmosfer yang sedang tumbuh. Aliran panas di sana ditentukan oleh opasitas gas (terutama bergantung pada komposisinya) dan gradien suhu (bergantung pada massa awal embrio).

Model awal menunjukkan bahwa embrio planet harus memiliki massa setidaknya 10 massa Bumi agar dapat mendingin dengan cukup cepat. Spesimen sebesar itu hanya dapat tumbuh di dekat garis es, tempat banyak material sebelumnya terakumulasi. Mungkin itu sebabnya Jupiter terletak tepat di belakang garis ini. Inti yang besar dapat terbentuk di tempat lain jika cakramnya berisi lebih banyak substansi daripada yang biasanya diasumsikan oleh para ilmuwan planet. Para astronom telah mengamati banyak bintang, piringan di sekitarnya beberapa kali lebih padat dari perkiraan sebelumnya. Untuk sampel berukuran besar, perpindahan panas tampaknya tidak menjadi masalah serius.

Faktor lain yang mempersulit lahirnya raksasa gas adalah pergerakan embrio secara spiral menuju bintang. Dalam proses yang disebut migrasi Tipe I, embrio merangsang gelombang dalam piringan gas, yang pada gilirannya memberikan pengaruh gravitasi pada gerakan orbitalnya. Ombak mengikuti planet ini, seperti arusnya mengikuti perahu. Gas di sisi luar orbit berputar lebih lambat dari embrio dan menariknya mundur, memperlambat pergerakannya. Dan gas di dalam orbit berputar lebih cepat dan tertarik ke depan, sehingga mempercepatnya. Wilayah terluarnya lebih besar, sehingga memenangkan pertarungan dan menyebabkan embrio kehilangan energi dan tenggelam menuju pusat orbit sebanyak beberapa unit astronomi per juta tahun. Migrasi ini biasanya berhenti di garis es. Di sini angin gas yang datang berubah menjadi angin penarik dan mulai mendorong embrio ke depan, mengimbangi pengeremannya. Mungkin ini juga alasan mengapa Jupiter berada tepat di tempatnya.

Pertumbuhan embrio, migrasinya, dan hilangnya gas dari piringan terjadi pada kecepatan yang hampir sama. Proses mana yang menang tergantung pada keberuntungan. Ada kemungkinan beberapa generasi embrio akan melalui proses migrasi tanpa dapat menyelesaikan pertumbuhannya. Di belakangnya, kumpulan planetesimal baru bergerak dari bagian luar piringan menuju pusatnya, dan hal ini berulang hingga akhirnya terbentuklah raksasa gas, atau hingga seluruh gas larut dan raksasa gas tersebut tidak dapat terbentuk lagi. Para astronom telah menemukan planet mirip Jupiter di sekitar 10% bintang mirip Matahari yang diteliti. Inti dari planet-planet tersebut mungkin merupakan embrio langka yang bertahan dari beberapa generasi – generasi terakhir dari generasi Mohican.

Hasil dari semua proses ini bergantung pada komposisi awal zat. Sekitar sepertiga bintang yang kaya unsur berat memiliki planet seperti Jupiter. Mungkin bintang-bintang tersebut memiliki cakram padat, yang memungkinkan pembentukan embrio masif yang tidak memiliki masalah dengan pembuangan panas. Dan sebaliknya, planet jarang terbentuk di sekitar bintang yang miskin unsur berat.

Pada titik tertentu, massa planet mulai bertambah sangat cepat: dalam 1000 tahun, planet seperti Jupiter memperoleh setengah dari massa akhirnya. Pada saat yang sama, ia menghasilkan begitu banyak panas sehingga bersinar hampir seperti Matahari. Prosesnya menjadi stabil ketika planet ini menjadi begitu masif sehingga mengubah migrasi Tipe I. Alih-alih piringan mengubah orbit planet, planet itu sendiri mulai mengubah pergerakan gas di dalam piringan. Gas di dalam orbit planet berputar lebih cepat darinya, sehingga gravitasinya memperlambat gas, memaksanya jatuh ke arah bintang, yaitu menjauhi planet. Gas di luar orbit planet berputar lebih lambat, sehingga planet mempercepatnya, memaksanya bergerak keluar, lagi-lagi menjauhi planet. Dengan demikian, planet ini menciptakan retakan pada piringan dan menghancurkan pasokan bahan bangunan. Gas mencoba mengisinya, tetapi model komputer menunjukkan bahwa planet tersebut memenangkan pertempuran jika, pada jarak 5 AU. massanya melebihi massa Jupiter.

Ini massa kritis tergantung zamannya. Semakin dini sebuah planet terbentuk, semakin besar pertumbuhannya, karena masih banyak gas di dalam piringannya. Saturnus memiliki massa yang lebih kecil dibandingkan Jupiter karena ia terbentuk beberapa juta tahun kemudian. Para astronom telah menemukan kekurangan planet dengan massa berkisar antara 20 massa Bumi (massa Neptunus) hingga 100 massa Bumi (massa Saturnus). Ini bisa menjadi kunci untuk merekonstruksi gambaran evolusi.

Hasil: Sebuah planet seukuran Jupiter (atau kekurangannya).

5. Raksasa gas ini menjadi gelisah

Waktu: dari 1 hingga 3 juta tahun

Anehnya, banyak planet ekstrasurya yang ditemukan dalam sepuluh tahun terakhir mengorbit bintangnya pada jarak yang sangat dekat, jauh lebih dekat dibandingkan Merkurius yang mengorbit Matahari. Apa yang disebut “Jupiter panas” ini tidak terbentuk seperti sekarang karena zona makan orbital terlalu kecil untuk memasok material yang diperlukan. Mungkin keberadaannya memerlukan rangkaian peristiwa tiga tahap, yang karena alasan tertentu tidak terwujud di Tata Surya kita.

Pertama, raksasa gas harus terbentuk di bagian dalam sistem planet, dekat garis es, saat masih terdapat cukup gas di dalam piringan. Namun agar hal ini terjadi, disk harus berisi banyak materi padat.

Kedua, planet raksasa tersebut harus pindah ke lokasinya saat ini. Migrasi tipe I tidak dapat mencapai hal ini, karena ia bekerja pada embrio bahkan sebelum mereka mengumpulkan banyak gas. Namun migrasi tipe II juga dimungkinkan. Raksasa pembentuknya menciptakan retakan pada piringan dan membatasi aliran gas melalui orbitnya. Dalam hal ini, ia harus melawan kecenderungan gas turbulen untuk menyebar ke area sekitar disk. Gas tidak akan pernah berhenti bocor ke dalam celah tersebut, dan difusinya menuju bintang pusat akan menyebabkan planet kehilangan energi orbitalnya. Proses ini cukup lambat: dibutuhkan beberapa juta tahun bagi planet ini untuk berpindah beberapa unit astronomi. Oleh karena itu, sebuah planet harus mulai terbentuk di bagian dalam sistem jika ingin memasuki orbit dekat bintang. Saat planet ini dan planet lain bergerak ke dalam, mereka mendorong sisa planetesimal dan embrio ke depan, mungkin menciptakan "Bumi panas" yang mengorbit lebih dekat ke bintang.

Ketiga, sesuatu harus menghentikan geraknya sebelum planet tersebut jatuh ke bintang. Ini bisa jadi merupakan medan magnet bintang, yang membersihkan ruang di dekat bintang dari gas, dan tanpa gas, pergerakannya terhenti. Mungkin planet ini memicu pasang surut bintang, dan pada gilirannya, memperlambat jatuhnya planet. Namun pembatas ini mungkin tidak berfungsi di semua sistem, sehingga banyak planet yang terus bergerak menuju bintang.

Hasil: sebuah planet raksasa dalam orbit dekat (“Jupiter panas”).

Cara memeluk bintang

Di banyak sistem, sebuah planet raksasa terbentuk dan mulai berputar menuju bintang. Hal ini terjadi karena gas dalam piringan kehilangan energi akibat friksi internal dan menetap menuju bintang, membawa serta planet tersebut, yang lama kelamaan menjadi sangat dekat dengan bintang sehingga menstabilkan orbitnya

6. Munculnya planet raksasa lainnya

Waktu: dari 2 hingga 10 juta tahun

Jika salah satu raksasa gas berhasil terbentuk, maka hal ini berkontribusi pada lahirnya raksasa berikutnya. Banyak, dan mungkin sebagian besar, planet raksasa yang diketahui memiliki kembaran dengan massa yang sebanding. Di tata surya, Jupiter membantu Saturnus terbentuk lebih cepat dibandingkan tanpa bantuannya. Selain itu, ia juga “memberikan bantuan” kepada Uranus dan Neptunus, yang tanpanya mereka tidak akan mencapai massanya saat ini. Pada jaraknya dari Matahari, proses pembentukannya terjadi tanpa bantuan dari luar akan berjalan sangat lambat: piringan tersebut akan larut bahkan sebelum planet-planet sempat memperoleh massa.

Raksasa gas pertama terbukti bermanfaat karena beberapa alasan. Di tepi luar celah yang tercipta, zat terkonsentrasi, secara umum, karena alasan yang sama seperti di garis es: perbedaan tekanan menyebabkan gas berakselerasi dan bertindak sebagai angin yang menguntungkan pada butiran debu dan planetesimal, menghentikan migrasi mereka dari wilayah luar piringan. Selain itu, gravitasi raksasa gas pertama sering kali melemparkan planetesimal tetangganya ke wilayah luar sistem, tempat planet-planet baru terbentuk darinya.

Planet generasi kedua terbentuk dari bahan yang dikumpulkan oleh raksasa gas pertama. Di mana sangat penting memiliki kecepatan: penundaan waktu sekecil apa pun dapat mengubah hasil secara signifikan. Dalam kasus Uranus dan Neptunus, akumulasi planetesimal sangat berlebihan. Embrio menjadi terlalu besar, 10-20 massa Bumi, yang menunda permulaan pertambahan gas hingga hampir tidak ada lagi gas yang tersisa di piringan. Pembentukan badan-badan ini selesai ketika mereka hanya memperoleh dua massa gas Bumi. Tapi ini bukan lagi raksasa gas, melainkan raksasa es, yang mungkin merupakan jenis yang paling umum.

Medan gravitasi planet generasi kedua meningkatkan kekacauan dalam sistem. Jika benda-benda ini terbentuk terlalu dekat, interaksinya satu sama lain dan dengan piringan gas dapat melemparkannya ke orbit elips yang lebih tinggi. Di Tata Surya, planet-planet memiliki orbit yang hampir melingkar dan jarak satu sama lain cukup jauh, sehingga mengurangi pengaruh timbal baliknya. Namun di sistem planet lain, orbitnya biasanya berbentuk elips. Dalam beberapa sistem, mereka beresonansi, yaitu periode orbit terkait sebagai bilangan bulat kecil. Hal ini kecil kemungkinannya terjadi selama pembentukan, tetapi hal ini bisa saja muncul selama migrasi planet-planet, ketika secara bertahap pengaruh gravitasi timbal balik mengikat mereka satu sama lain. Perbedaan antara sistem tersebut dan Tata Surya dapat ditentukan oleh distribusi gas awal yang berbeda.

Kebanyakan bintang lahir dalam gugus, dan lebih dari separuhnya berbentuk biner. Planet mungkin terbentuk di luar bidang gerak orbit bintang; dalam hal ini, gravitasi bintang tetangga dengan cepat mengatur ulang dan mendistorsi orbit planet-planet, sehingga tidak membentuk sistem datar seperti Tata Surya kita, melainkan sistem berbentuk bola, mengingatkan pada segerombolan lebah di sekitar sarang.

Hasil: perusahaan planet raksasa.

Tambahan untuk keluarga

Raksasa gas pertama menciptakan kondisi untuk kelahiran gas berikutnya. Jalur yang dibersihkannya bertindak seperti parit benteng, yang tidak dapat diatasi oleh zat yang bergerak dari luar ke tengah piringan. Ia terkumpul di luar celah tersebut, tempat planet-planet baru terbentuk darinya.

7. Bentuk planet mirip bumi

Waktu: dari 10 hingga 100 juta tahun

Para ilmuwan planet percaya bahwa planet mirip Bumi lebih banyak ditemukan dibandingkan planet raksasa. Meskipun kelahiran raksasa gas memerlukan keseimbangan proses yang tepat, pembentukan planet berbatu harus jauh lebih kompleks.

Sebelum ditemukannya planet ekstrasurya mirip Bumi, kita hanya mengandalkan data tentang Tata Surya. Empat planet kebumian—Merkurius, Venus, Bumi, dan Mars—terutama terdiri dari zat-zat dengan titik didih tinggi seperti besi dan batuan silikat. Hal ini menunjukkan bahwa mereka terbentuk di dalam garis es dan tidak bermigrasi secara nyata. Pada jarak seperti itu dari bintang, embrio planet dapat tumbuh dalam piringan gas hingga 0,1 massa Bumi, yaitu tidak lebih besar dari Merkurius. Untuk pertumbuhan lebih lanjut, orbit embrio harus berpotongan, kemudian mereka akan bertabrakan dan bergabung. Kondisi untuk ini muncul setelah gas menguap dari piringan: di bawah pengaruh gangguan timbal balik selama beberapa juta tahun, orbit inti meregang menjadi elips dan mulai berpotongan.

Yang jauh lebih sulit untuk dijelaskan adalah bagaimana sistem tersebut kembali stabil, dan bagaimana planet-planet kebumian berakhir pada orbitnya yang hampir melingkar. Sejumlah kecil gas yang tersisa dapat menyediakan hal ini, namun gas tersebut seharusnya dapat mencegah “kelonggaran” awal orbit embrio. Mungkin, ketika planet-planet hampir terbentuk, masih terdapat segerombolan planetesimal yang cukup banyak. Selama 100 juta tahun berikutnya, planet-planet akan menyapu sebagian planetesimal ini dan membelokkan sisanya ke arah Matahari. Planet-planet memindahkan gerakannya yang tidak menentu ke planetesimal yang terkutuk dan berpindah ke orbit melingkar atau hampir melingkar.

Gagasan lain adalah bahwa pengaruh gravitasi Jupiter dalam jangka panjang menyebabkan planet-planet terestrial yang terbentuk bermigrasi, memindahkannya ke daerah dengan material segar. Pengaruh ini seharusnya lebih besar pada orbit resonansi, yang secara bertahap bergeser ke dalam seiring turunnya Jupiter menuju orbitnya saat ini. Pengukuran radioisotop menunjukkan bahwa asteroid terbentuk pertama kali (4 juta tahun setelah pembentukan Matahari), kemudian Mars (10 juta tahun kemudian), dan kemudian Bumi (50 juta tahun kemudian): seolah-olah gelombang yang ditimbulkan oleh Jupiter melewati tata surya . Jika tidak menemui hambatan, maka semua planet kebumian akan bergerak menuju orbit Merkurius. Bagaimana mereka bisa menghindari nasib menyedihkan seperti itu? Mungkin mereka sudah menjadi terlalu besar, dan Jupiter tidak bisa menggerakkan mereka terlalu banyak, atau mungkin dampak yang kuat membuat mereka keluar dari zona pengaruh Jupiter.

Perlu dicatat bahwa banyak ilmuwan planet tidak menganggap peran Jupiter sebagai penentu dalam pembentukan planet berbatu. Kebanyakan bintang mirip matahari tidak memiliki planet mirip Jupiter, namun mereka memiliki piringan berdebu di sekelilingnya. Artinya di sana terdapat planetesimal dan embrio planet yang menjadi tempat terbentuknya benda-benda seperti Bumi. Pertanyaan utama yang harus dijawab para pengamat dalam dekade mendatang adalah berapa banyak sistem yang memiliki Bumi tetapi tidak memiliki Jupiter.

Era terpenting bagi planet kita adalah periode antara 30 dan 100 juta tahun setelah pembentukan Matahari, ketika embrio seukuran Mars menabrak proto-Bumi dan menghasilkan sejumlah besar puing yang menjadi asal mula terbentuknya Bulan. Dampak yang begitu dahsyat, tentu saja, menyebarkan sejumlah besar materi ke seluruh tata surya; oleh karena itu, planet mirip Bumi di sistem lain mungkin juga memiliki satelit. Ini geser seharusnya menghilangkan atmosfer utama bumi. Atmosfernya saat ini sebagian besar muncul dari gas yang terperangkap di planetesimal. Bumi terbentuk dari mereka, dan kemudian gas ini keluar selama letusan gunung berapi.

Hasil: planet kebumian.

Penjelasan tentang gerak tidak melingkar

Di dalam wilayah dalam Di tata surya, embrio planet tidak bisa tumbuh dengan menangkap gas, sehingga harus menyatu satu sama lain. Untuk melakukan ini, orbitnya harus berpotongan, yang berarti harus ada sesuatu yang mengganggu gerakan melingkar awalnya.

Ketika embrio terbentuk, orbitnya yang melingkar atau hampir melingkar tidak berpotongan.

Interaksi gravitasi embrio satu sama lain dan dengan planet raksasa mengganggu orbitnya.

Embrio bersatu menjadi planet tipe bumi. Ia kembali ke orbit melingkar, mencampurkan sisa gas dan menghamburkan sisa planetesimal.

8. Operasi pembersihan dimulai

Waktu: dari 50 juta hingga 1 miliar tahun

Pada titik ini, sistem planet hampir terbentuk. Beberapa proses kecil terus berlanjut: disintegrasi gugus bintang di sekitarnya, yang mampu mengganggu kestabilan orbit planet-planet dengan gravitasinya; ketidakstabilan internal yang terjadi setelah sebuah bintang akhirnya menghancurkan piringan gasnya; dan akhirnya penyebaran lanjutan sisa planetesimal oleh planet raksasa. Di Tata Surya, Uranus dan Neptunus mengeluarkan planetesimal ke luar, ke sabuk Kuiper, atau menuju Matahari. Dan Jupiter, dengan gravitasinya yang kuat, mengirim mereka ke awan Oort, ke ujung wilayah tersebut pengaruh gravitasi Matahari. Awan Oort mungkin berisi sekitar 100 massa materi Bumi. Dari waktu ke waktu, planetesimal dari sabuk Kuiper atau awan Oort mendekati Matahari dan membentuk komet.

Dengan menghamburkan planetesimal, planet-planet itu sendiri bermigrasi sedikit, dan ini mungkin menjelaskan sinkronisasi orbit Pluto dan Neptunus. Ada kemungkinan bahwa orbit Saturnus dulunya lebih dekat ke Jupiter, tetapi kemudian menjauh darinya. Hal ini mungkin terkait dengan apa yang disebut zaman pemboman akhir - periode tabrakan yang sangat intens dengan Bulan (dan, tampaknya, dengan Bumi), yang dimulai 800 juta tahun setelah pembentukan Matahari. Dalam beberapa sistem, tabrakan besar-besaran dari planet-planet yang terbentuk dapat terjadi tahap akhir perkembangan.

Hasil: Berakhirnya pembentukan planet dan komet.

Utusan dari masa lalu

Meteorit bukan sekadar batuan luar angkasa, melainkan fosil luar angkasa. Menurut para ilmuwan planet, inilah satu-satunya bukti nyata lahirnya Tata Surya. Dipercayai bahwa ini adalah potongan-potongan asteroid, yang merupakan pecahan planetesimal yang tidak pernah ikut serta dalam pembentukan planet dan tetap membeku selamanya. Komposisi meteorit mencerminkan segala sesuatu yang terjadi pada tubuh induknya. Sungguh menakjubkan bahwa mereka menunjukkan jejak pengaruh gravitasi Jupiter yang sudah berlangsung lama.

Meteorit besi dan batu tersebut rupanya terbentuk pada planetesimal yang mengalami pencairan sehingga menyebabkan besi terpisah dari silikat. Besi berat tenggelam ke inti, dan silikat ringan terakumulasi di lapisan luar. Para ilmuwan yakin pemanasan ini disebabkan oleh pembusukan isotop radioaktif aluminium-26 yang memiliki waktu paruh 700 ribu tahun. Ledakan supernova atau bintang di dekatnya dapat “menginfeksi” awan protosolar dengan isotop ini, akibatnya ia masuk dalam jumlah besar ke dalam planetesimal generasi pertama Tata Surya.

Namun meteorit besi dan batu jarang ditemukan. Kebanyakan mengandung chondrules - butiran kecil berukuran milimeter. Meteorit ini - kondrit - muncul sebelum planetesimal dan tidak pernah mengalami pencairan. Tampaknya sebagian besar asteroid tidak terkait dengan planetesimal generasi pertama, yang kemungkinan besar dikeluarkan dari sistem karena pengaruh Jupiter. Ahli planet telah menghitung bahwa wilayah sabuk asteroid saat ini sebelumnya mengandung materi seribu kali lebih banyak dibandingkan sekarang. Partikel-partikel yang lolos dari cengkeraman Jupiter atau kemudian memasuki sabuk asteroid bergabung menjadi planetesimal baru, namun pada saat itu hanya tersisa sedikit aluminium-26 di dalamnya, sehingga tidak pernah meleleh. Komposisi isotop kondrit menunjukkan bahwa kondrit terbentuk sekitar 2 juta tahun setelah pembentukan Tata Surya dimulai.

Struktur kaca dari beberapa chondrules menunjukkan bahwa sebelum memasuki planetesimal, mereka dipanaskan dengan tajam, dicairkan, dan kemudian didinginkan dengan cepat. Gelombang yang mendorong migrasi awal orbit Jupiter pasti telah berubah menjadi gelombang kejut dan bisa menyebabkan pemanasan mendadak tersebut.

Tidak ada rencana tunggal

Sebelum era penemuan planet ekstrasurya, kita hanya bisa mempelajari Tata Surya. Meskipun hal ini memungkinkan kami untuk memahami mikrofisika proses yang paling penting, kami tidak tahu cara mengembangkan sistem lain. Berbagai macam planet yang menakjubkan ditemukan dekade terakhir, secara signifikan memperluas cakrawala pengetahuan kita. Kita mulai memahami bahwa planet ekstrasurya adalah generasi protoplanet terakhir yang masih hidup dan telah mengalami pembentukan, migrasi, penghancuran, dan evolusi dinamis yang berkelanjutan. Tatanan relatif tata surya kita tidak bisa mencerminkan rencana umum apa pun.

Dari mencoba mencari tahu bagaimana tata surya kita terbentuk di masa lalu, para ahli teori telah beralih ke penelitian yang memungkinkan untuk membuat prediksi tentang sifat-sifat sistem yang belum ditemukan yang mungkin ditemukan dalam waktu dekat. Hingga saat ini, para pengamat hanya memperhatikan planet-planet yang massanya setara dengan Jupiter di dekat bintang mirip Matahari. Berbekal instrumen generasi baru, mereka akan mampu mencari objek mirip Bumi, yang menurut teori akresi berturut-turut, seharusnya tersebar luas. Para ilmuwan planet baru saja mulai menyadari betapa beragamnya dunia di alam semesta.

Terjemahan: V.G.Surdin

Literatur tambahan:
1) Menuju Model Formasi Planet yang bersifat deterministik. S.Ida dan D.N.C. Lin masuk Jurnal Astrofisika, Vol. 604, Tidak. 1, halaman 388-413; Maret 2004.
2) Pembentukan Planet: Teori, Pengamatan, dan Eksperimen. Diedit oleh Hubert Klahr dan Wolfgang Brandner. Pers Universitas Cambridge, 2006.
3) Alven H., Arrhenius G. Evolusi Tata Surya. M.: Mir, 1979.
4) Vityazev A.V., Pechernikova G.V., Safronov V.S. Planet kebumian: Asal usul dan evolusi awal. M.: Nauka, 1990.

Asal usul tata surya secara langsung disebabkan oleh gaya gravitasi. Berkat merekalah alam semesta, galaksi, bintang, dan planet ada. Orang-orang yang hidup berabad-abad yang lalu berasumsi bahwa pasti ada kekuatan misterius yang secara bertahap menguasai dunia. Tapi yang pertama membuat model matematika gravitasi universal, adalah Fisikawan, matematikawan, dan astronom Inggris Isaac Newton(1642-1727). Dia meletakkan dasar-dasar mekanika angkasa.

Atas dasar karya Newton itulah hukum empiris Kepler. Sebuah teori pergerakan komet dan Bulan telah tercipta. Newton secara ilmiah menjelaskan presesi poros bumi. Semua ini masih dipertimbangkan sampai sekarang kontribusi yang sangat besar ke dalam ilmu pengetahuan. Namun filsuf Jerman Immanuel Kant (1724-1804) adalah orang pertama yang mengungkapkan pemikirannya tentang pembentukan Matahari dan planet-planet.

Pada tahun 1755, esainya “Jenderal sejarah alam dan teori langit." Di dalamnya, sang filsuf menyatakan bahwa semua benda langit dan benda termasyhur itu sendiri muncul dari nebula, yang awalnya merupakan awan gas dan debu yang sangat besar. Kant adalah orang pertama yang berbicara tentang asal usul alam semesta- asal usul dunia.

Hal ini memerlukan material primer dan gaya gravitasi. Namun campur tangan Tuhan dalam hal ini masalah ini tidak dibutuhkan. Artinya, dunia muncul sebagai hasilnya hukum fisika, dan Tuhan tidak ambil bagian dalam hal ini. Ini merupakan pernyataan yang cukup berani pada saat itu.

Tiga tahap pembentukan tata surya

Pandangan modern tentang asal usul tata surya sebagian besar sejalan dengan kesimpulan Kant. Bukan tanpa alasan, menurut Bulgakov, dia terus-menerus sarapan dengan Iblis sendiri. Oleh karena itu, sang filsuf mengetahui apa yang ia katakan, dan sebagian besar pemikiran ilmiah saat ini sependapat dengannya.

Teori utama menyatakan bahwa di lokasi tata surya saat ini 5 miliar tahun yang lalu terdapat awan gas dan debu raksasa. Ukurannya sangat besar dan membentang lebih dari 6 miliar km di ruang angkasa. Awan debu serupa juga terdapat di banyak penjuru alam semesta yang luas. Sebagian besarnya terdiri dari hidrogen. Ini adalah gas asal mula terbentuknya bintang. Kemudian, sebagai akibat dari reaksi termonuklir, gas helium inert mulai dilepaskan. Zat lain hanya menyumbang 2%.

Pada titik tertentu, awan debu menerima dorongan kuat dari luar, yang melambangkan pelepasan energi yang sangat besar. Bisa jadi itu adalah gelombang kejut yang dihasilkan oleh ledakan tersebut supernova. Atau mungkin saja tidak ada pengaruh luar. Hanya karena hukum tarik-menarik, volume awan mulai mengecil dan menjadi lebih padat.

Proses ini mendorong keruntuhan gravitasi. Artinya, terjadi kompresi massa kosmik secara cepat. Akibatnya, inti menjadi sangat panas kepadatan tinggi. Sisa massa tersebar di sepanjang tepi inti. Dan karena segala sesuatu di ruang angkasa berputar pada porosnya, massa ini berbentuk piringan.

Inti mengecil ukurannya, meningkatkan suhu dan kepadatannya. Hasilnya, itu berubah menjadi protobintang. Ini adalah nama bintang yang memiliki prasyarat untuk dimulainya reaksi termonuklir. Dan awan gas di sekitar inti menjadi semakin padat.

Akhirnya suhu dan tekanan di inti mencapai nilai kritis. Hal ini memicu dimulainya reaksi termonuklir, dan hidrogen mulai berubah menjadi helium. Protobintang tidak ada lagi, dan sebagai gantinya muncullah bintang yang disebut Matahari. Keseluruhan proses ini berlangsung sekitar satu juta tahun. Menurut standar kosmik, jumlahnya cukup banyak.

Namun kemudian proses lain dimulai. Awan gas dan debu yang mengelilingi Matahari mulai berkumpul menjadi cincin padat. Di masing-masingnya terbentuk gumpalan dengan kepadatan lebih tinggi. Selain itu, zat terberat berakhir di tengah gumpalan, dan zat ringan tercipta cangkang luar. Beginilah inti planet-planet yang dikelilingi oleh gas terbentuk.

Sederhananya, kita dapat mengatakan bahwa bintang “meledakkan” inti terdekatnya cangkang gas. Beginilah terbentuknya planet-planet kecil yang mengorbit dekat Matahari. Ini Merkurius, Venus, Bumi dan Mars. Dan planet-planet lain berada pada jarak yang sangat jauh dari bintang. Itu sebabnya mereka mempertahankan "mantel gas" mereka. Saat ini mereka dikenal sebagai planet gas raksasa: Yupiter, Saturnus, Uranus, dan Neptunus. Semua transformasi ini membutuhkan waktu 4 juta tahun lagi.

Selanjutnya, satelit muncul di sekitar planet-planet. Beginilah penampakan Bulan di dekat Bumi. Planet-planet lainnya juga memperoleh satelit. Dan pada akhirnya terbentuklah satu komunitas luar angkasa yang masih eksis hingga saat ini.

Beginilah ilmu pengetahuan menjelaskan asal usul tata surya. Omong-omong, teori ini juga melekat pada formasi bintang lain yang ada di luar angkasa himpunan tak terbatas. Siapa tahu, mungkin di suatu tempat di jurang hitam ada hal serupa sistem bintang. Ada kehidupan cerdas, dan akibatnya, ada semacam peradaban. Tidak menutup kemungkinan suatu saat nanti orang akan bertemu dengan saudara seiman. Ini akan menjadi yang terbanyak acara yang luar biasa sejarah kita.

teori Kant

Selama berabad-abad, pertanyaan tentang asal usul bumi tetap menjadi monopoli para filsuf materi faktual di daerah ini hampir tidak ada sama sekali. Hipotesis ilmiah pertama mengenai asal usul bumi dan tata surya, berdasarkan pengamatan astronomi, baru dikemukakan pada tahun 1977 abad ke-18. Sejak saat itu, semakin banyak teori baru yang bermunculan, seiring dengan berkembangnya ide-ide kosmogonik kita. Yang pertama dalam seri ini adalah teori terkenal yang dirumuskan pada tahun 1755 Filsuf Jerman Imanuel Kant. Kant percaya bahwa tata surya muncul dari materi primordial yang sebelumnya tersebar bebas di ruang angkasa. Partikel dari masalah ini dipindahkan ke berbagai arah dan, bertabrakan satu sama lain, kehilangan kecepatan. Yang terberat dan terpadat di antara mereka, di bawah pengaruh gravitasi, terhubung satu sama lain, membentuk gumpalan pusat - Matahari, yang, pada gilirannya, menarik partikel yang lebih jauh, kecil dan ringan.

Dengan demikian, sejumlah benda berputar muncul, yang lintasannya saling berpotongan. Beberapa dari benda-benda ini, yang awalnya bergerak berlawanan arah, akhirnya ditarik menjadi satu aliran dan membentuk cincin materi gas, terletak kira-kira pada bidang yang sama dan berputar mengelilingi Matahari dalam arah yang sama, tanpa saling mengganggu. Inti yang lebih padat terbentuk dalam cincin individu, di mana partikel yang lebih ringan secara bertahap tertarik, membentuk akumulasi materi berbentuk bola; Ini adalah bagaimana planet-planet terbentuk, yang terus mengelilingi Matahari pada bidang yang sama dengan cincin asli materi gas.

Teori nebular Laplace

Pada tahun 1796, ahli matematika dan astronom Perancis Pierre-Simon Laplace mengemukakan teori yang agak berbeda dari teori sebelumnya. Laplace percaya bahwa Matahari awalnya ada dalam bentuk nebula gas panas (nebula) yang sangat besar dengan kepadatan yang tidak signifikan, tetapi ukurannya sangat besar. Nebula ini, menurut Laplace, awalnya berputar perlahan di luar angkasa. Di bawah pengaruh gaya gravitasi, nebula secara bertahap berkontraksi dan kecepatan rotasinya meningkat. Gaya sentrifugal yang dihasilkan meningkat dan membuat nebula menjadi rata dan kemudian berbentuk lensa. Di bidang ekuator nebula, hubungan antara gaya tarik-menarik dan gaya sentrifugal berubah mendukung gaya sentrifugal, sehingga pada akhirnya massa materi terakumulasi di dalamnya. zona khatulistiwa nebula, terpisah dari bagian tubuh lainnya dan membentuk cincin. Dari nebula yang terus berputar, semakin banyak cincin baru yang terpisah, yang mengembun pada titik-titik tertentu, secara bertahap berubah menjadi planet dan benda lain di tata surya. Secara total, sepuluh cincin terpisah dari nebula aslinya, terpecah menjadi sembilan planet dan sabuk asteroid - benda langit kecil. Satelit masing-masing planet terbentuk dari substansi cincin sekunder, terpisah dari massa gas panas planet-planet tersebut.

Karena pemadatan materi yang terus menerus, suhu benda-benda yang baru terbentuk menjadi sangat tinggi. Saat itu, Bumi kita, menurut P. Laplace, merupakan bola gas panas yang bersinar seperti bintang. Namun lambat laun, bola ini mendingin, materinya berpindah ke dalam keadaan cair, dan kemudian, saat suhu semakin dingin, kerak keras mulai terbentuk di permukaannya. Kerak ini diselimuti oleh uap atmosfer yang berat, yang menyebabkan air mengembun saat mendingin.

Kedua teori ini saling melengkapi, sehingga dalam literatur sering disebut sebagai nama yang umum seperti hipotesis Kant-Lallas. Karena sains belum mempunyai penjelasan yang lebih dapat diterima pada saat itu, teori ini mempunyai banyak pengikut pada abad ke-19.

teori jeans.

Sebuah teori baru yang diajukan pada tahun 1916 oleh James Jeans, yang menyatakan bahwa sebuah bintang melintas di dekat Matahari dan daya tariknya menyebabkan keluarnya materi matahari, yang kemudian membentuk planet, seharusnya menjelaskan paradoks distribusi momentum sudut. Namun, para ahli saat ini tidak mendukung teori tersebut. Pada tahun 1935, Russell mengusulkan bahwa Matahari adalah bintang ganda. Bintang kedua terkoyak oleh gaya gravitasi saat mendekati bintang ketiga lainnya. Sembilan tahun kemudian, Hoyle mengajukan teori bahwa Matahari adalah bintang ganda, dengan bintang kedua mengalami evolusi dan meledak sebagai supernova, melepaskan seluruh selubungnya. Dari sisa-sisa cangkang inilah sistem planet terbentuk. Pada empat puluhan abad kedua puluh, astronom Soviet Otto Schmidt menyatakan bahwa Matahari ditangkap oleh awan debu saat mengorbit Galaksi. Dari substansi awan debu dingin yang sangat besar ini, benda-benda praplanet padat dan dingin - planetesimal - terbentuk. Elemen dari banyak teori yang tercantum di atas digunakan oleh kosmogoni modern.

teori Schmidt.

Pada tahun 1944, ilmuwan Soviet O. Yu.Schmidt mengajukan teorinya tentang asal usul tata surya. Menurut O. Yu.Schmidt, sistem planet kita terbentuk dari materi yang diambil dari nebula gas-debu yang pernah dilalui Matahari, yang bahkan saat itu memiliki penampilan yang hampir “modern”. Pada saat yang sama, tidak ada kesulitan torsi planet tidak muncul, karena momen awal materi di awan bisa sangat besar. Mulai tahun 1961, hipotesis ini dikembangkan oleh kosmogonis Inggris Littleton, yang membuat perbaikan signifikan terhadap hipotesis ini. Sangat mudah untuk melihat bahwa diagram blok hipotesis “akresi” Schmidt-Littleton bertepatan dengan diagram blok “hipotesis penangkapan” Jeans-Wolfson. Dalam kedua kasus tersebut, Matahari yang "hampir modern" bertabrakan dengan Matahari yang kurang lebih "longgar" benda luar angkasa, menangkap bagian dari substansinya. Namun perlu dicatat bahwa agar Matahari dapat menangkap materi dalam jumlah yang cukup besar, kecepatannya relatif terhadap nebula harus sangat kecil, sekitar seratus meter per detik. Mengingat kecepatannya gerakan internal elemen cloud tidak boleh berkurang, maka, pada dasarnya, yang sedang kita bicarakan tentang Matahari “terjebak” di awan, yang kemungkinan besar memiliki asal usul yang sama dengan awan tersebut. Dengan demikian, pembentukan planet dikaitkan dengan proses pembentukan bintang.

teori Fesenkov.

Mungkin, usia Bulan dan Bumi mendekati usia Matahari, menurut Akademisi V. Fesenkov pada tahun 50-60an. Dan materi yang terkandung di dalamnya muncul dari nebula gas-debu sirkumsolar, dan bukan dari gugus antarbintang. Menurut Fesenkov, Bulan dan Bumi adalah “anak-anak Matahari muda”, yang berputar dan mengembun secara bertahap, melahirkan kondensasi pusaran di sekelilingnya - planet masa depan dan satelitnya. Mengenai Bulan, ilmuwan tersebut ternyata benar, asal usulnya memang ada kaitannya dengan ledakan Matahari muda.

Tata surya terdiri dari benda langit pusat - bintang Matahari, 9 planet besar yang mengorbit di sekitarnya, satelitnya, banyak planet kecil - asteroid, banyak komet, dan medium antarplanet. Planet-planet besar disusun menurut jaraknya dari Matahari sebagai berikut: Merkurius, Venus, Bumi, Mars, Jupiter, Saturnus, Uranus, Neptunus, Pluto. Tiga planet terakhir hanya bisa diamati dari Bumi melalui teleskop. Sisanya terlihat seperti lingkaran terang dan telah dikenal orang sejak zaman kuno.

Satu dari masalah penting yang berkaitan dengan kajian sistem planet kita adalah masalah asal usulnya. Pemecahan masalah ini bersifat ilmiah alami, pandangan dunia dan makna filosofis. Selama berabad-abad dan bahkan ribuan tahun, para ilmuwan telah mencoba mencari tahu masa lalu, masa kini, dan masa depan Alam Semesta, termasuk Tata Surya. Namun, kemungkinan kosmologi planet hingga saat ini masih sangat terbatas - saat ini hanya meteorit dan sampel batuan bulan yang tersedia untuk eksperimen laboratorium. Kemungkinannya terbatas metode komparatif penelitian: struktur dan pola sistem planet lain belum dipelajari secara memadai.

Saat ini, banyak hipotesis yang diketahui tentang asal usul tata surya, termasuk hipotesis yang diajukan secara independen oleh filsuf Jerman I. Kant (1724–1804) dan ahli matematika dan fisikawan Prancis P. Laplace (1749–1827). Sudut pandang Immanuel Kant adalah perkembangan evolusioner nebula debu dingin, di pintu masuknya benda masif pusat - Matahari - pertama kali muncul, dan kemudian planet-planet lahir. P. Laplace menganggap nebula aslinya berbentuk gas dan sangat panas, dalam keadaan berputar cepat. Terkompresi di bawah pengaruh gravitasi universal, nebula, karena hukum kekekalan momentum sudut, berputar semakin cepat. Di bawah pengaruh besar kekuatan sentrifugal, yang timbul selama rotasi cepat di sabuk khatulistiwa, cincin-cincin dipisahkan secara berurutan, berubah menjadi planet sebagai akibat dari pendinginan dan kondensasi. Jadi, menurut teori P. Laplace, planet-planet terbentuk sebelum Matahari. Terlepas dari perbedaan antara dua hipotesis yang sedang dipertimbangkan, keduanya berasal dari gagasan yang sama - tata surya muncul sebagai hasilnya. perkembangan alami nebula. Oleh karena itu gagasan ini kadang-kadang disebut hipotesis Kant-Laplace.

Berdasarkan ide-ide modern, planet-planet tata surya terbentuk dari gas dingin dan awan debu, mengelilingi Matahari miliaran tahun yang lalu. Sudut pandang ini paling konsisten tercermin dalam hipotesis ilmuwan Rusia, akademisi O.Yu. Schmidt (1891–1956), yang menunjukkan bahwa permasalahan kosmologi dapat diselesaikan melalui upaya bersama dari astronomi dan ilmu bumi, terutama geografi, geologi, dan geokimia. Hipotesis ini didasarkan pada O.Yu. Schmidt terletak pada gagasan pembentukan planet melalui penggabungan padatan dan partikel debu. Awan gas dan debu yang muncul di dekat Matahari awalnya terdiri dari 98% hidrogen dan helium. Unsur-unsur yang tersisa mengembun menjadi partikel debu. Pergerakan acak gas di awan dengan cepat berhenti: digantikan oleh pergerakan tenang awan mengelilingi Matahari.

Partikel debu terkonsentrasi di bidang tengah, membentuk lapisan peningkatan kepadatan. Ketika kepadatan lapisan mencapai nilai kritis tertentu, gravitasinya sendiri mulai “bersaing” dengan gravitasi Matahari. Lapisan debu tersebut ternyata tidak stabil dan pecah menjadi gumpalan debu tersendiri. Bertabrakan satu sama lain, mereka membentuk banyak benda padat padat. Yang terbesar dari mereka memperoleh orbit yang hampir melingkar dan mulai menyalip benda lain dalam pertumbuhannya, menjadi calon embrio planet masa depan. Sebagai benda yang lebih masif, formasi baru tersebut menyerap sisa materi gas dan awan debu. Akhirnya, sembilan planet besar terbentuk dan orbitnya tetap stabil selama miliaran tahun.

Berdasarkan ciri fisiknya, semua planet dibagi menjadi dua kelompok. Salah satunya terdiri dari yang relatif kecil planet kebumian– Merkurius, Venus, Bumi dan Mapca. Zatnya mempunyai massa jenis yang relatif tinggi: rata-rata sekitar 5,5 g/cm 3, yaitu 5,5 kali massa jenis air. Kelompok lain terdiri planet raksasa: Yupiter, Saturnus, Uranus, dan Neptunus. Planet-planet ini mempunyai massa yang sangat besar. Jadi, massa Uranus sama dengan 15 massa bumi, dan Jupiter – 318. Planet-planet raksasa sebagian besar terdiri dari hidrogen dan helium, dan massa jenis rata-rata materinya mendekati massa jenis air. Rupanya planet-planet tersebut tidak memiliki permukaan padat seperti permukaan planet kebumian. Tempat spesial Planet kesembilan adalah Pluto, ditemukan pada Maret 1930. Secara ukuran, ia mendekati planet kebumian. Baru-baru ini diketahui bahwa Pluto adalah planet ganda: terdiri dari badan pusat dan satelit yang sangat besar. Keduanya benda langit berputar mengelilingi pusat massa yang sama.

Dalam proses pembentukan planet, pembagiannya menjadi dua kelompok disebabkan oleh fakta bahwa di bagian awan yang jauh dari Matahari suhunya rendah dan semua zat, kecuali hidrogen dan helium, terbentuk. materi partikulat. Diantaranya didominasi metana, amonia dan air, yang menentukan komposisi Uranus dan Neptunus. Planet paling masif, Jupiter dan Saturnus, juga mengandung sejumlah besar gas. Di wilayah planet kebumian, suhunya jauh lebih tinggi, dan semua zat yang mudah menguap (termasuk metana dan amonia) tetap dalam bentuk gas, dan oleh karena itu, tidak termasuk dalam komposisi planet. Planet-planet dalam kelompok ini terbentuk terutama dari silikat dan logam.

Proses pembentukan Tata Surya tidak dapat dianggap dipelajari secara menyeluruh, dan hipotesis yang diajukan tidak dapat dianggap sempurna. Misalnya, hipotesis yang dipertimbangkan tidak memperhitungkan pengaruhnya interaksi elektromagnetik selama pembentukan planet. Klarifikasi mengenai hal ini dan masalah lainnya adalah masalah yang harus diselesaikan di masa depan.

Matahari

Badan pusat sistem planet kita adalah Matahari- bintang terdekat dengan Bumi, yaitu bola plasma panas. Ini adalah sumber energi yang sangat besar: kekuatan radiasinya sangat tinggi - sekitar 3,86·10 23 kW. Setiap detik Matahari mengeluarkan panas dalam jumlah yang cukup untuk melelehkan lapisan es di sekitarnya Bumi, tebalnya seribu kilometer. Matahari memainkan peran luar biasa dalam kemunculan dan perkembangan kehidupan di Bumi. Sebagian kecilnya mencapai Bumi energi matahari, berkat dukungannya keadaan gas atmosfer bumi, permukaan tanah dan badan air terus-menerus memanas, memastikan aktivitas vital hewan dan tumbuhan. Sebagian energi matahari disimpan di perut bumi dalam bentuk batu bara, minyak, gas alam.

Sekarang diterima secara umum bahwa di kedalaman Matahari, pada suhu yang sangat besar - sekitar 15 juta derajat - dan tekanan yang sangat besar, reaksi termonuklir terjadi, yang disertai dengan pelepasan jumlah yang besar energi. Salah satu reaksi tersebut adalah fusi inti hidrogen, yang menghasilkan inti atom helium. Diperkirakan setiap detik di kedalaman Matahari, 564 juta ton hidrogen diubah menjadi 560 juta ton helium, dan sisanya 4 juta ton hidrogen diubah menjadi radiasi. Reaksi termonuklir akan terus berlanjut sampai pasokan hidrogen habis. Mereka saat ini membentuk sekitar 60% massa Matahari. Cadangan tersebut seharusnya cukup untuk setidaknya beberapa miliar tahun.

Hampir seluruh energi matahari dihasilkan di dalamnya wilayah tengah, dari mana ia berpindah secara radiasi, dan kemudian di lapisan terluar dipindahkan secara konveksi. Suhu efektif permukaan Matahari - fotosfer - sekitar 6000 K.

Matahari kita tidak hanya merupakan sumber cahaya dan panas: permukaannya memancarkan aliran sinar ultraviolet dan sinar-X yang tidak terlihat, serta partikel elementer. Meskipun jumlah panas dan cahaya yang dikirim ke Bumi oleh Matahari tetap konstan selama ratusan miliar tahun, intensitas radiasi tak terlihatnya sangat bervariasi: bergantung pada tingkatnya. aktivitas matahari.

Ada siklus-siklus yang terjadi selama itu Aktivitas matahari mencapai nilai maksimumnya. Frekuensinya adalah 11 tahun. Selama tahun-tahun aktivitas terbesar, jumlah bintik matahari dan suar meningkat. permukaan matahari, muncul di Bumi badai magnet, ionisasi lapisan atas atmosfer meningkat, dll.

Matahari memiliki pengaruh yang nyata tidak hanya pada hal tersebut proses alami, bagaimana cuacanya, magnetisme terestrial, tetapi juga aktif lingkungan– hewan dan dunia sayur-sayuran Tanah, termasuk per orang.

Diasumsikan bahwa usia Matahari setidaknya 5 miliar tahun. Asumsi ini didasarkan pada fakta bahwa menurut data geologi, planet kita telah ada setidaknya selama 5 miliar tahun, dan Matahari terbentuk lebih awal.

Bulan

Sama seperti Bumi kita yang berputar mengelilingi Matahari, Bumi juga bergerak mengelilinginya Bulan- satelit alami planet kita. Bulan lebih kecil dari Bumi, diameternya sekitar seperempat diameter Bumi, dan massanya 81 kali lipat massa yang lebih sedikit Bumi. Oleh karena itu, gravitasi di Bulan 6 kali lebih kecil dibandingkan di planet kita. Lemahnya gaya gravitasi tidak memungkinkan Bulan mempertahankan atmosfernya; karena alasan yang sama, tidak mungkin ada air di permukaannya. Perairan terbuka akan cepat menguap, dan uap air akan keluar ke angkasa.

Permukaan Bulan sangat tidak rata: ditutupi dengan barisan pegunungan, pegunungan cincin - kawah dan punggung gelap di daerah datar yang disebut laut, di mana terdapat kawah-kawah kecil. Diasumsikan bahwa kawah tersebut berasal dari meteorit, yaitu terbentuk di tempat jatuhnya meteorit raksasa.

Sejak tahun 1959, ketika stasiun otomatis Soviet “Luna-2” pertama kali mencapai permukaan Bulan, dan hingga saat ini, pesawat luar angkasa telah membawa banyak informasi tentang planet kita. satelit alami. Secara khusus, usia batuan bulan yang dikirim ke Bumi oleh pesawat ruang angkasa telah ditentukan. Umur batuan termuda sekitar 2,6 miliar tahun, dan umur batuan tua tidak melebihi 4 miliar tahun.

Lapisan lepas telah terbentuk di permukaan Bulan, menutupi batuan utama - ragolit, yang terdiri dari pecahan-pecahan batu magma dingin, partikel seperti terak dan tetesan magma cair yang membeku. Diperkirakan sekitar 95% batuan yang menutupi permukaan bulan berada dalam kondisi beku.

Suhu permukaan bulan adalah 100–400 K. Bulan berada pada jarak rata-rata dari Bumi 384.400 km. Setelah menempuh jarak seperti itu, pada tanggal 21 Juli 1969, astronot Amerika N. Armstrong menginjakkan kaki di permukaan Bulan untuk pertama kalinya - impian dongeng lama tentang penerbangan manusia ke Bulan menjadi kenyataan.

Planet kebumian

Planet-planet yang digabungkan menjadi satu kelompok: Merkurius, Venus, Bumi, Mars, meskipun memiliki beberapa ciri yang mirip, namun masing-masing memiliki ciri khasnya masing-masing. Beberapa parameter karakteristik planet kebumian disajikan pada Tabel. 5.1.

Tabel 5.1

Jarak rata-rata dalam tabel. 5.1 diberikan dalam satuan astronomi (AU); 1 a.u. sama dengan jarak rata-rata Bumi dari Matahari (1 AU = 1,5 · 10 8 km.). Planet yang paling masif adalah Bumi: massanya 5,89 · 10 24 kg.

Planet-planet dan komposisi atmosfernya sangat berbeda, seperti dapat dilihat dari Tabel. 5.2, jika diberikan komposisi kimia atmosfer Bumi, Venus, dan Mars.

Tabel 5.2

Air raksa- yang paling planet kecil V kelompok bumi. Planet ini tidak mampu mempertahankan komposisi atmosfer yang menjadi ciri khas Bumi, Venus, dan Mars. Atmosfernya sangat tipis dan mengandung Ar, Ne, He. Dari meja 5.2 terlihat bahwa atmosfer bumi memiliki kandungan oksigen dan uap air yang relatif tinggi, sehingga menjamin keberadaan biosfer. Pada Venus Dan Mars atmosfer mengandung sejumlah besar karbon dioksida dengan kandungan oksigen dan uap air yang sangat rendah - semua ini merupakan ciri khas tidak adanya kehidupan di planet ini. Tidak ada kehidupan Air raksa: kekurangan oksigen, air dan suhu siang hari yang tinggi (620 K) menghambat perkembangan sistem kehidupan. Pertanyaannya tetap terbuka tentang keberadaan beberapa bentuk kehidupan di Mars di masa lalu.

Planet Merkurius dan Venus tidak mempunyai satelit. Satelit alami Mars - Fobo Dan Deimos.

Planet raksasa

Jupiter, Saturnus, Uranus, dan Neptunus dianggap sebagai planet raksasa. Jupiter- jarak kelima dari Matahari dan terjauh planet besar Tata Surya - terletak pada jarak rata-rata dari Matahari sebesar 5,2 AU. Jupiter adalah sumber emisi radio termal yang kuat, memiliki sabuk radiasi dan magnetosfer yang luas. Planet ini memiliki 16 satelit dan dikelilingi oleh cincin selebar sekitar 6 ribu km.

Saturnus- planet terbesar kedua di tata surya. Saturnus dikelilingi oleh cincin (lihat Gambar 5.4), yang terlihat jelas melalui teleskop. Mereka pertama kali diamati pada tahun 1610 oleh Galileo menggunakan teleskop yang ia ciptakan. Cincin adalah sistem datar dari banyak satelit kecil di planet ini. Saturnus memiliki 17 bulan dan memiliki sabuk radiasi.

Uranus- planet ketujuh dalam urutan jarak dari Matahari di Tata Surya. Terdapat 15 satelit yang mengorbit Uranus: 5 di antaranya ditemukan dari Bumi, dan 10 diamati menggunakan pesawat ruang angkasa Voyager 2. Uranus juga memiliki sistem cincin.

Neptunus- salah satu planet terjauh dari Matahari - terletak pada jarak sekitar 30 AU. Periode orbitnya adalah 164,8 tahun. Neptunus memiliki enam bulan. Keterpencilannya dari Bumi membatasi kemungkinan penelitiannya.

Planet Pluto tidak termasuk dalam kelompok terestrial atau planet raksasa. Ini adalah planet yang relatif kecil: diameternya sekitar 3000 km. Pluto dianggap sebagai planet ganda. Satelitnya, yang diameternya kira-kira 3 kali lebih kecil, bergerak pada jarak hanya sekitar 20.000 km dari pusat planet, melakukan satu revolusi dalam 4,6 hari.

Bumi, satu-satunya planet yang hidup, menempati tempat khusus di tata surya.

5.7. Bumi - planet tata surya