منظومه شمسی چگونه شکل گرفت. چگونه منظومه شمسی متولد شد تشکیل منظومه شمسی از فروپاشی گرانشی

بازگویی تاریخ تولد منظومه شمسی ما برای چندین سال بسیار یکنواخت بوده است. همه چیز میلیاردها سال پیش با یک ابر تاریک و به آرامی در حال چرخش از گاز و غبار آغاز شد. ابر منقبض شد و خورشید را در مرکز آن تشکیل داد. با گذشت زمان، هشت سیاره و بسیاری از اجرام کوچکتر، مانند . از آن زمان، سیارات به دور خورشید می چرخند و حرکات آنها مانند ساعت، دقیق و قابل پیش بینی است.

اخیراً ستاره شناسان حقایقی را کشف کرده اند که این داستان قدیمی را رد می کند. در مقایسه با آرایش هزاران منظومه فراسیاره‌ای که اخیراً کشف شده‌اند، برجسته‌ترین ویژگی‌های منظومه شمسی - سیارات صخره‌ای درونی، غول‌های گازی بیرونی، و عدم وجود سیارات در مدار عطارد - نسبتاً عجیب به نظر می‌رسند. با الگوبرداری از گذشته از رایانه، می بینیم که این مدها محصول یک جوان پرتلاطم شده است. تاریخ منظومه شمسی باید بازنویسی شود تا درام و هرج و مرج بسیار بیشتر از آنچه بسیاری از ما انتظار داشتیم را شامل شود.

نسخه جدید داستان از سیارات سرگردان رانده شده از خانه های خود، از جهان های گمشده ای می گوید که مدت ها پیش در جهنم آتشین خورشید از بین رفتند، و از غول های تنها رها شده در اعماق سرد در لبه فضای بین ستاره ای. اخترشناسان با مطالعه این رویدادهای باستانی و "زخم های" به جا مانده پس از آنها - مانند سیاره نهم ادعایی که ممکن است در پشت مدار پلوتون پنهان شده باشد - تصویری منسجم از مهمترین دوره های شکل دهی منظومه شمسی در پس زمینه درک جدیدی از فرآیندهای کیهانی

منظومه شمسی کلاسیک

سیارات محصول جانبی تشکیل ستاره‌ها هستند که در اعماق ابرهای مولکولی غول‌پیکری که 10000 برابر خورشید ما جرم دارند، اتفاق می‌افتد. مهر و موم های جداگانه در ابر تحت تأثیر گرانش فشرده می شوند و یک پیش ستاره درخشان را در مرکز آن تشکیل می دهند که توسط یک حلقه مات گسترده از گاز و غبار احاطه شده است - یک دیسک پیش سیاره ای.

برای دهه‌های متمادی، نظریه‌پردازان قرص پیش سیاره‌ای خورشید ما را مدل‌سازی کرده‌اند و تلاش می‌کنند یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های منظومه شمسی را توضیح دهند: تقسیم آن به گروه‌های سیارات سنگی و گازی. دوره های مداری چهار سیاره زمین مانند بین عطارد 88 روزه و مریخ 687 روزه است. در مقابل، غول های گازی شناخته شده در مدارهای بسیار دورتری با دوره های زمانی بین 12 تا 165 سال قرار دارند و مجموعاً بیش از 150 برابر سیارات زمینی جرم دارند.

اعتقاد بر این است که هر دو نوع سیاره در یک فرآیند شکل‌گیری منفرد متولد شده‌اند که در آن دانه‌های غبار جامد، که در گرداب متلاطم یک دیسک گازی می‌شتابند، با هم برخورد کرده و به هم چسبیده‌اند و اجسامی در مقیاس کیلومتری تشکیل می‌دهند - سیاره‌های کوچک (مشابه جریان هوا و نیروهای الکترواستاتیک ذرات گرد و غبار را روی یک کف آشپزخانه جارو نشده می چرخاند). بزرگ‌ترین سیاره‌های کوچک بیشترین جاذبه گرانشی را داشتند و سریع‌تر از بقیه رشد کردند و جذب شدند ذرات کوچکبه مدارش احتمالاً برای یک میلیون سال در فرآیند فشرده سازی از ابر، قرص پیش سیاره ای منظومه شمسی ما، مانند هر دیگر در جهان، مملو از جنین های سیاره ای به اندازه ماه بود.

بزرگترین جنین درست فراتر از کمربند سیارکی مدرن، به اندازه کافی دور از نور و گرمای خورشید تازه متولد شده قرار داشت، جایی که یخ در دیسک پیش سیاره ای حفظ شده بود. فراتر از این «مرز یخ»، جنین‌ها می‌توانند روی یخ‌های فراوان سیاره‌ساز بنشینند و به اندازه‌های عظیمی رشد کنند. طبق معمول، "ثروتمندان ثروتمندتر می شوند": بزرگترین جنین سریعتر از دیگران رشد کرد و بیشتر جنین را از بین برد. یخ موجود، گاز و گرد و غبار از دیسک اطراف. تنها در حدود یک میلیون سال، این جنین حریص رشد کرد و به سیاره مشتری تبدیل شد. نظریه پردازان فکر می کردند که این لحظه تعیین کننده ای بود که معماری منظومه شمسی به دو قسمت تقسیم شد. با عقب ماندن از مشتری، سایر سیارات غول پیکر در منظومه شمسی کوچکتر شدند، زیرا آنها آهسته تر رشد کردند و با گرانش خود تنها گازی را گرفتند که مشتری زمان برای گرفتن آن نداشت. و سیارات درونی حتی بسیار کوچکتر بودند، زیرا آنها در داخل مرز یخی متولد شدند، جایی که دیسک تقریباً فاقد گاز و یخ بود.

انقلاب سیارات فراخورشیدی

زمانی که ستاره شناسان دو دهه پیش شروع به کشف سیارات فراخورشیدی کردند، آزمایش نظریه تشکیل منظومه شمسی را در مقیاس کهکشانی آغاز کردند. بسیاری از اولین سیارات فراخورشیدی کشف شده "مشتری های داغ" بودند، یعنی غول های گازی که به سرعت به دور ستارگان خود می چرخند و تنها با دوره های چند روزه می چرخند. وجود سیارات غول پیکر بسیار نزدیک به سطح شعله ور یک ستاره، جایی که یخ کاملاً وجود ندارد، کاملاً با تصویر کلاسیک تشکیل سیاره در تناقض است. برای توضیح این پارادوکس، نظریه پردازان پیشنهاد کرده اند که مشتری های داغ در دوردست ها شکل می گیرند و سپس به نوعی به داخل مهاجرت می کنند.

علاوه بر این، بر اساس هزاران سیاره فراخورشیدی که در بررسی هایی مانند تلسکوپ فضایی کپلر ناسا یافت شده اند، اخترشناسان به این نتیجه نگران کننده رسیده اند که دوقلوهای منظومه شمسی نادر هستند. منظومه سیاره ای متوسط شامل یک یا چند ابر زمین (سیارات چندین برابر بزرگتر از زمین) با دوره مداری کمتر از حدود 100 روز است. و سیارات غول پیکری مانند مشتری و زحل تنها در 10 درصد از ستارگان یافت می شوند و حتی به ندرت در مدارهای تقریباً دایره ای حرکت می کنند.

نظریه پردازان که در انتظارات خود فریب خورده بودند دریافتند که "چند جزئیات مهم" نظریه کلاسیک شکل گیری منظومه سیاره ای ما نیاز به توضیح بهتری دارد. چرا ناحیه درونی منظومه شمسی در مقایسه با همتایان فراسیاره ای خود بسیار کم جرم است؟ به جای ابر زمین ها، سیارات سنگی کوچکی دارد و هیچ سیاره ای در مدار 88 روزه عطارد وجود ندارد. و چرا مدار سیارات غول پیکر به دور خورشید گرد و گسترده است؟

بدیهی است که پاسخ به این سؤالات در کاستی های نظریه کلاسیک تشکیل سیاره نهفته است، که تغییرپذیری دیسک های پیش سیاره ای را در نظر نمی گیرد. به نظر می رسد که یک سیاره تازه متولد شده، مانند یک قایق نجات در اقیانوس، می تواند از محل تولد خود دور شود. پس از رشد سیاره، گرانش آن شروع به تأثیرگذاری بر دیسک اطراف می کند، امواج مارپیچی هیجان انگیز در آن، که گرانش آن از قبل بر حرکت خود سیاره تأثیر می گذارد و مثبت و منفی قدرتمند ایجاد می کند. بازخوردبین سیاره و دیسک در نتیجه، یک تبادل برگشت ناپذیر حرکت و انرژی می تواند رخ دهد و به سیارات جوان اجازه می دهد تا سفری حماسی را در سراسر دیسک مادر آغاز کنند.

اگر روند مهاجرت سیاره ها را در نظر بگیریم، آنگاه مرزهای یخی درون دیسک ها دیگر نقش خاصی در شکل گیری ساختار منظومه های سیاره ای ندارند. به عنوان مثال، سیارات غول پیکری که خارج از یخ متولد می شوند، می توانند به مشتری های داغ تبدیل شوند و به سمت مرکز قرص حرکت کنند، یعنی همراه با گاز و غبار به صورت مارپیچی به سمت ستاره حرکت کنند. مشکل اینجاست که این فرآیند خیلی خوب کار می کند و به نظر می رسد که در همه دیسک های پیش سیاره ای اتفاق می افتد. سپس چگونه می توان مدارهای دور مشتری و زحل به دور خورشید را توضیح داد؟

تغییر تاک

اولین اشاره به توضیح قانع کننده در سال 2001 توسط دکتر ارائه شد. مدل کامپیوتریفردریک ماست و مارک اسنلگرو از دانشگاه کوئین مری لندن. آنها تکامل همزمان مدارهای زحل و مشتری را در قرص پیش سیاره ای خورشید مدل کردند. به دلیل جرم کوچکتر زحل، مهاجرت آن به مرکز سریعتر از مشتری است و در نتیجه مدارهای این دو سیاره به هم نزدیک می شوند. مدارها در نهایت به پیکربندی خاصی می رسند که به عنوان رزونانس حرکتی متوسط شناخته می شود، که در آن مشتری به ازای هر دو دوره مداری زحل، سه دور به دور خورشید می چرخد.

دو سیاره که با رزونانس حرکات متوسط به هم متصل می شوند، می توانند حرکت و انرژی را با یکدیگر به عقب و جلو مبادله کنند، مانند یک بازی بین سیاره ای پرتاب کردن یک سیب زمینی داغ. به دلیل ماهیت هماهنگ آشفتگی‌های تشدید، هر دو سیاره تأثیر گرانشی بیشتری بر یکدیگر و محیط اطراف خود اعمال می‌کنند. در مورد مشتری و زحل، این "انباشتگی" به آنها اجازه داد تا به طور جمعی با جرم خود روی قرص پیش سیاره ای عمل کنند و شکاف بزرگی در آن با مشتری در داخل و زحل در خارج ایجاد کنند. علاوه بر این، مشتری به دلیل جرم بیشتر، دیسک درونی را قوی‌تر از زحل بیرونی جذب کرد. به طور متناقضی، این باعث شد که هر دو سیاره حرکت خود را تغییر دهند و شروع به دور شدن از خورشید کنند. چنین تغییر ناگهانی در جهت مهاجرت به دلیل شباهت به حرکت یک قایق بادبانی که در برابر باد حرکت می کند، اغلب به عنوان تغییر تکه (Grand Tack) نامیده می شود.

در سال 2011، ده سال پس از تولد مفهوم تاکینگ، یک مدل کامپیوتری توسط کوین جی والش و همکارانش در رصدخانه کوت دازور در نیس (فرانسه) نشان داد که این ایده نه تنها تاریخ پویای مشتری و زحل را به خوبی توضیح می دهد. ، اما همچنین توزیع سیارک های سنگی و یخی و همچنین توده کوچک مریخ. همانطور که مشتری به سمت داخل مهاجرت می کرد، نفوذ گرانشی آن سیارات کوچک را در مسیر خود از طریق قرص گرفته و به حرکت در می آورد و آنها را مانند بولدوزر به جلوی خود می برد. اگر فرض کنیم مشتری قبل از بازگشت به سمت خورشید تا فاصله مدار فعلی مریخ به سمت خورشید مهاجرت کرده است، می تواند بلوک های یخی با جرم کل بیش از ده جرم زمین را به منطقه زمین بکشاند. مانند سیارات در منظومه شمسی، آن را با آب و سایر مواد فرار غنی می کند. همین فرآیند می‌توانست مرز بیرونی واضحی را در قسمت داخلی قرص پیش سیاره‌ای ایجاد کند و رشد نزدیک‌ترین جنین سیاره‌ای را متوقف کند، که در نتیجه به چیزی تبدیل شد که ما امروز آن را مریخ می‌نامیم.

حمله مشتری

در حالی که سناریوی 2011 بسیار محتمل به نظر می رسید، رابطه آن با دیگر اسرار حل نشده در منظومه شمسی، مانند غیبت کامل سیارات در مدار عطارد، نامشخص بود. در مقایسه با دیگر منظومه‌های سیاره‌ای که در آن ابرزمین‌ها به‌طور متراکم پر شده‌اند، سیستم ما تقریباً خالی به نظر می‌رسد. آیا منظومه شمسی ما گذشته است نقطه عطفتشکیل سیاراتی که در همه جای کیهان می بینیم؟ در سال 2015، دو نفر از ما (کنستانتین باتیگین و گرگوری لافلین) به این موضوع نگاه کردیم که چگونه تغییر تکه‌ها می‌تواند بر گروه فرضی ابرزمین‌های نزدیک به خورشید تأثیر بگذارد. نتیجه‌گیری ما شگفت‌انگیز بود: ابر زمین‌ها از تغییر تاک جان سالم به در نمی‌بردند. قابل توجه است که مهاجرت های درونی و بیرونی مشتری می تواند بسیاری از ویژگی های سیارات شناخته شده و ناشناخته را توضیح دهد.

همانطور که مشتری به درون منظومه شمسی فرو رفت، تأثیر "بولدوزر" آن بر سیارات کوچک باید مدارهای دایره ای منظم آنها را مختل می کرد و آنها را به یک درهم پیچیده از مسیرهای متقاطع تبدیل می کرد. برخی از سیاره‌های کوچک مجبور بودند با نیروی زیادی برخورد کنند و به تکه‌هایی متلاشی شوند که ناگزیر باعث برخورد و تخریب بیشتر شد. بنابراین، مهاجرت به داخل مشتری احتمالاً باعث ایجاد یک آبشار از برخوردها می شود که سیارات کوچک را در هم می شکند و آنها را به اندازه تخته سنگ، سنگریزه و شن خرد می کند.

تحت تأثیر اصطکاک برخورد و کشش آیرودینامیکی در ناحیه داخلی گاز گرفته شده دیسک پیش سیاره ای، سیارات کوچک نابود شده به سرعت انرژی خود را از دست دادند و به خورشید نزدیک تر شدند. در طول این سقوط، آنها به راحتی می‌توانستند در طنین‌های جدید مرتبط با هر یک از ابرزمین‌های نزدیک به آن‌ها ثبت شوند.

بنابراین، بازپس گیری مشتری و زحل ممکن است باعث حمله قدرتمندی به جمعیت سیارات اولیه درونی منظومه شمسی شده باشد. زمانی که ابرزمین‌های پیشین به درون خورشید افتادند، باید منطقه‌ای متروک در سحابی پیش سیاره‌ای را پشت سر گذاشته‌اند که تا دوره‌های مداری حدود 100 روز ادامه دارد. در نتیجه، مانور سریع مشتری از طریق منظومه شمسی جوان منجر به ظهور یک حلقه نسبتاً باریک از بقایای سنگی شد که صدها میلیون سال بعد سیارات زمینی از آن شکل گرفتند. تلاقی رویدادهای تصادفی که منجر به این رقص ظریف شد، نشان می دهد که سیارات سنگی کوچکی مانند زمین - و احتمالاً خود حیات روی آنها - باید در جهان نادر باشند.

مدل نیس

زمانی که مشتری و زحل از حمله خود به درون منظومه شمسی برگشتند، دیسک پیش سیاره ای گاز و غبار به شدت تخلیه شده بود. در نهایت این جفت تشدید کننده - مشتری و زحل - به اورانوس و نپتون تازه تشکیل شده و احتمالاً جسم دیگری با اندازه مشابه نزدیک شدند. با کمک اثرات کشش گرانشی در گاز، این دو پویا این غول‌های کوچک‌تر را نیز به شکل تشدید درآوردند. بنابراین، زمانی که بیشتر گاز از دیسک خارج شد، معماری داخلی منظومه شمسی احتمالاً شامل حلقه‌ای از بقایای سنگی در مجاورت مدار فعلی زمین بود.

در ناحیه بیرونی منظومه، یک گروه تشدید فشرده متشکل از حداقل چهار سیاره غول پیکر وجود داشت که در مدارهای تقریباً دایره ای بین مدار فعلی مشتری و تقریباً نیمی از فاصله تا مدار فعلی نپتون حرکت می کردند. در قسمت بیرونی دیسک، فراتر از مدار بیرونی ترین سیاره غول پیکر، در لبه بسیار سرد منظومه شمسی، سیارات کوچک یخی حرکت کردند. در طی صدها میلیون سال، سیارات زمینی شکل گرفتند و سیارات بیرونی زمانی متلاطم به حالتی رسیدند که می توان آن را پایدار نامید. با این حال، این هنوز آخرین مرحله در تکامل منظومه شمسی نبود.

تغییر مسیر و حمله مشتری باعث آخرین انفجار بین سیاره‌ای در تاریخ منظومه شمسی شد، و آخرین ضربه‌ای را که همراهان سیاره‌ای خورشید ما را در بسیاری از پیکربندی‌هایی که امروز می‌بینیم، قرار داد. این آخرین قسمت که بمباران سنگین دیرهنگام نامیده می شود، بین 4.1 تا 3.8 میلیارد سال پیش رخ داد، زمانی که منظومه شمسی به طور موقت به میدان تیراندازی تبدیل شد. پر از سیاره های کوچک در حال برخورد است. امروزه زخم های ناشی از برخورد به صورت دهانه در سطح ماه قابل مشاهده است.

یکی از ما (الساندرو موربیدلی) با همکاری چندین همکار در رصدخانه کوت دازور در نیس در سال 2005، مدل نایس نامیده می‌شود تا توضیح دهد که چگونه تعامل بین سیارات غول‌پیکر می‌تواند باعث بمباران سنگین اواخر شود. جایی که تغییر تاک به پایان می رسد، مدل نیس آغاز می شود.

سیارات غول پیکر نزدیک به یکدیگر همچنان در رزونانس متقابل حرکت می کردند و هنوز تأثیر گرانشی ضعیف سیاره های حاشیه ای یخی را احساس می کردند. در واقع، آنها در آستانه بی ثباتی قرار گرفتند. انباشته شدن بیش از میلیون ها چرخش مداری در طول صدها میلیون سال، که هر یک به تنهایی تأثیر ناچیزی دارد. سیارات بیرونی esimal ها به تدریج حرکت غول ها را تغییر دادند و به آرامی آنها را از تعادل ظریف تشدیدهایی که آنها را به یکدیگر مرتبط می کرد بیرون کشیدند. نقطه عطف زمانی بود که یکی از غول ها از رزونانس با دیگری خارج شد و در نتیجه تعادل را به هم زد و یک سری آشفتگی های متقابل هرج و مرج سیارات را آغاز کرد که مشتری را اندکی به سمت داخل و بقیه غول ها را به بیرون حرکت داد. در یک زمان کیهانی کوتاه چند میلیون ساله، منظومه شمسی بیرونی یک انتقال شدید از یک مدار متراکم، با مدارهای تقریباً دایره‌ای، به یک پیکربندی پراکنده و بی‌نظم همراه با حرکت سیارات در مدارهای گسترده و کشیده را تجربه کرد. تعامل بین سیارات غول پیکر به حدی قوی بود که ممکن است یک یا حتی چند تا از آنها بسیار فراتر از منظومه شمسی به فضای بین ستاره ای پرتاب شده باشند.

اگر تکامل دینامیکی در آنجا متوقف شود، ساختار نواحی بیرونی منظومه شمسی با تصویری مطابقت دارد که در بسیاری از منظومه‌های فراسیاره‌ای می‌بینیم، جایی که غول‌ها در مدارهای غیرمرکز به دور ستاره‌های خود حرکت می‌کنند. خوشبختانه، قرص سیارات کوچک یخی که قبلاً باعث آشفتگی در حرکت سیارات غول پیکر شده بود، بعداً با تعامل با مدارهای کشیده آنها به از بین بردن آن کمک کرد. سیارات کوچک با عبور از نزدیکی مشتری و دیگر سیارات غول پیکر، به تدریج انرژی حرکت مداری خود را از بین بردند و در نتیجه مدارهای خود را گرد کردند. در این فرآیند، بیشتر سیاره‌های کوچک از تأثیر گرانشی خورشید به بیرون پرتاب شدند، اما برخی از آنها در مدارهای محدود باقی ماندند و دیسکی از زباله‌های یخی را تشکیل دادند که اکنون آن را کمربند کویپر می‌نامیم.

سیاره نهم: نظریه نهایی

مشاهدات مداوم بر روی بزرگترین تلسکوپ ها به تدریج وسعت کمربند کویپر را برای ما آشکار می کند و ساختار غیرمنتظره آن را نشان می دهد. به طور خاص، ستاره شناسان متوجه توزیع عجیبی از دورترین حرکت در لبه های بیرونی میدان دید شدند. با وجود تفاوت زیاد در فواصل از خورشید، مدارهای این اجرام به طور متراکم گروه بندی شده اند، به گونه ای که گویی همه آنها یک آشفتگی مشترک و بسیار قوی را تجربه می کنند. شبیه سازی های کامپیوتری انجام شده توسط Batygin و Michael E. Brawn از موسسه فناوری کالیفرنیا نشان داد که چنین تصویری می تواند توسط یک جرم تا به حال کشف نشده با جرمی ده برابر زمین ایجاد شود که در مداری بسیار غیرعادی به دور خورشید با یک دوره حرکت می کند. در حدود 20 هزار سال چنین سیاره‌ای به سختی می‌توانست تا این اندازه شکل گرفته باشد، اما اگر در دوران جوانی منظومه شمسی به آنجا پرتاب شده باشد، می‌توان ظاهر آن را درک کرد.

اگر وجود سیاره نهم تایید شود، این به شدت محدودیت ها را در تصویر تکامل عجیب ما - با یک "سوراخ" در مرکز - منظومه شمسی افزایش می دهد و الزامات جدیدی را برای نظریه ای مطرح می کند که می تواند همه چیز را توضیح دهد. ویژگی های آن ستاره شناسان اکنون از بزرگترین تلسکوپ های زمین برای یافتن این سیاره مرموز استفاده می کنند. کشف او فصل ماقبل آخر را در یک داستان طولانی و پیچیده تکمیل می کند که چگونه ما سعی کرده ایم جایگاه خود را در جهان درک کنیم. و این داستان تنها زمانی به پایان می رسد که در نهایت سیاره هایی را پیدا کنیم که حیات در اطراف ستاره های دیگر می چرخد.

همانطور که توالی یابی DNA تاریخچه مهاجرت انسان های باستانی را در سطح سیاره کوچک ما نشان می دهد، شبیه سازی های کامپیوتری نیز به ستاره شناسان اجازه می دهد تا تاریخ باشکوه سفر سیاره ای را در طول میلیاردها سال از عمر منظومه شمسی بازسازی کنند. از لحظه ای که در یک ابر مولکولی تیره به دنیا آمدید، تا شکل گیری اولین سیارات، تا حوادث ویرانگر ضربه زدن، حمله مشتری و مدل نیس، تا ظهور حیات و آگاهی در نزدیکی حداقل یکی از ستارگان در گسترده راه شیریبیوگرافی کامل منظومه شمسی یکی از مهمترین دستاوردها خواهد بود علم مدرن- و بدون شک یکی از بزرگترین داستان هایی که تاکنون گفته شده است.

مطالب از ویکی پدیا و ویدئو (فیلم توسط USA Flight 33 Productions و Workaholic Productions).

مطابق با ایده های مدرن, تشکیل منظومه شمسیحدود 4.6 میلیارد سال پیش با فروپاشی گرانشی بخش کوچکی از یک ابر مولکولی بین‌ستاره‌ای غول‌پیکر آغاز شد. بیشتر ماده به مرکز گرانشی فروپاشی ختم شد و به دنبال آن ستاره خورشید تشکیل شد. ماده ای که در مرکز نیفتاده یک دیسک پیش سیاره ای را تشکیل می دهد که در اطراف آن می چرخد، که متعاقباً از آن سیارات، ماهواره های آنها، سیارک ها و سایر اجرام کوچک منظومه شمسی تشکیل شده است.

فرضیه تشکیل منظومه شمسی از یک ابر گاز و غبار - فرضیه سحابی - در ابتدا در قرن 18 توسط امانوئل سوئدنبورگ، ایمانوئل کانت و پیر سیمون لاپلاس ارائه شد. در آینده توسعه آن با مشارکت بسیاری از رشته های علمی از جمله نجوم، فیزیک، زمین شناسی و علوم سیاره ای صورت گرفت. با ظهور عصر فضا در دهه 1950 و با کشف سیارات خارج از منظومه شمسی (سیارات فراخورشیدی) در دهه 1990، این مدل برای توضیح داده ها و مشاهدات جدید تحت آزمایشات و بهبودهای متعدد قرار گرفت.

به طور کلی، روند شکل گیری سیستم ما را می توان به شرح زیر توصیف کرد:
مکانیسم ماشه ای برای فروپاشی گرانشی، تراکم کوچک (خود به خودی) ماده ابر گاز و غبار بود. دلایل ممکنچه چیزی می تواند دینامیک طبیعی ابر و عبور از ماده ابر موج شوک ناشی از یک انفجار ابرنواختر و غیره باشد) که به مرکز جاذبه گرانشی ماده اطراف تبدیل شد - مرکز فروپاشی گرانشی. این ابر قبلاً نه تنها حاوی هیدروژن و هلیوم اولیه، بلکه عناصر سنگین (فلزی) متعددی بود که از ستارگان نسل‌های گذشته باقی مانده بود. علاوه بر این، ابر در حال فروپاشی مقداری تکانه زاویه ای اولیه داشت.
در فرآیند فشرده سازی گرانشی، اندازه ابر گاز و غبار کاهش یافته و به دلیل قانون بقای تکانه زاویه ای، سرعت چرخش ابر افزایش یافته است. به دلیل چرخش، نرخ تراکم ابرهای موازی و عمود بر محور چرخش متفاوت بود که منجر به صاف شدن ابر و تشکیل یک دیسک مشخصه شد.
در نتیجه تراکم، چگالی و شدت برخورد ذرات ماده با یکدیگر افزایش می‌یابد که در نتیجه دمای ماده با فشرده شدن پیوسته افزایش می‌یابد. نواحی مرکزی دیسک به شدت گرم شدند.
با رسیدن به دمای چند هزار کلوین، ناحیه مرکزی دیسک شروع به درخشش کرد - یک پیش ستاره تشکیل شد. ماده ابر همچنان بر روی پیش ستاره سقوط می کند و فشار و دما را در مرکز افزایش می دهد. نواحی بیرونی دیسک نسبتا سرد باقی ماندند. به دلیل ناپایداری های هیدرودینامیکی، مهر و موم های جداگانه ای در آنها شروع به توسعه کردند که به مراکز گرانشی محلی برای تشکیل سیارات از ماده دیسک پیش سیاره ای تبدیل شدند.

سیارات زمینی

برخورد غول پیکر دو جرم آسمانی که احتمالاً باعث پیدایش ماه اقماری زمین می شود
در پایان دوران سیاره‌ای، منظومه شمسی درونی توسط 50 تا 100 پیش سیاره با اندازه‌های مختلف از قمری تا مریخی زندگی می‌کرد. رشد بیشتر در اندازه اجرام آسمانی به دلیل برخورد و ادغام این پیش سیاره ها با یکدیگر بود. بنابراین، برای مثال، در نتیجه یکی از برخوردها، عطارد بیشتر گوشته خود را از دست داد، در حالی که در نتیجه دیگری، ماهواره زمین، ماه، متولد شد. این مرحله از برخوردها برای حدود 100 میلیون سال ادامه یافت تا اینکه 4 جرم آسمانی عظیم که امروزه شناخته شده اند در مدار باقی ماندند.

یکی از مشکلات حل نشده این مدل این واقعیت است که نمی تواند توضیح دهد که چگونه مدارهای اولیه اجرام پیش سیاره ای، که برای برخورد با یکدیگر باید دارای گریز از مرکز بالا باشند، می توانند در نتیجه مدارهای پایدار و نزدیک به دایره ای ایجاد کنند. مدارهای چهار سیاره باقی مانده بر اساس یک فرضیه، این سیارات در زمانی شکل گرفتند که فضای بین سیاره ای هنوز حاوی مقدار قابل توجهی گاز و غبار بود که به دلیل اصطکاک، انرژی سیارات کاهش پیدا کرد و مدار آنها صاف تر شد. با این حال، همین گاز قرار بود از وقوع یک کشیدگی بزرگ در مدارهای اولیه سیارات اولیه جلوگیری کند. فرضیه دیگری حاکی از آن است که تصحیح مدار سیارات درونی نه به دلیل برهمکنش با گاز، بلکه به دلیل تعامل با اجسام کوچکتر باقی مانده از منظومه رخ داده است. هنگامی که اجسام بزرگ از میان ابری از اجرام کوچک عبور می کردند، این اجسام به دلیل تأثیر گرانشی به مناطقی با چگالی بالاتر کشیده می شدند و بنابراین "برآمدگی های گرانشی" در مسیر سیارات بزرگ ایجاد می کردند. بر اساس این فرضیه، افزایش نفوذ گرانشی این «برآمدگی‌ها» باعث کاهش سرعت سیارات و وارد شدن به مداری گردتر شده است.

بمباران سنگین دیرهنگام

فروپاشی گرانشی کمربند سیارکی باستانی احتمالاً دوره بمباران سنگین را حدود 4 میلیارد سال پیش، 500 تا 600 میلیون سال پس از تشکیل منظومه شمسی آغاز کرد. این دوره چند صد میلیون سال به طول انجامید و عواقب آن هنوز در سطح اجرام زمین شناسی غیرفعال منظومه شمسی مانند ماه یا عطارد به شکل دهانه های برخوردی متعدد قابل مشاهده است. و قدیمی ترین شواهد وجود حیات روی زمین به 3.8 میلیارد سال پیش - تقریباً بلافاصله پس از پایان دوره بمباران سنگین اواخر - برمی گردد.

برخوردهای غول پیکر بخشی طبیعی (البته اخیراً نادر) از تکامل منظومه شمسی است. شاهد این امر برخورد دنباله دار شومیکر-لوی با مشتری در سال 1994، سقوط یک جرم آسمانی بر روی مشتری در سال 2009 و یک دهانه شهاب سنگ در آریزونا است. این نشان می‌دهد که فرآیند برافزایش در منظومه شمسی هنوز کامل نشده است، و بنابراین خطری برای حیات روی زمین است.

تشکیل ماهواره ها
ماهواره های طبیعی در اطراف بیشتر سیارات منظومه شمسی و همچنین بسیاری از اجسام دیگر شکل گرفته اند. سه مکانیسم اصلی برای تشکیل آنها وجود دارد:

تشکیل از یک دیسک دور سیاره ای (در مورد غول های گازی)
تشکیل از قطعات برخورد (در صورت برخورد به اندازه کافی بزرگ در زاویه کوچک)
گرفتن یک شی پرنده
مشتری و زحل دارای ماهواره‌های زیادی مانند آیو، اروپا، گانیمد و تیتان هستند که احتمالاً از دیسک‌های اطراف این سیارات غول‌پیکر تشکیل شده‌اند، همانطور که خود این سیارات از یک قرص به دور خورشید جوان تشکیل شده‌اند. این را با اندازه بزرگ و نزدیکی آنها به سیاره نشان می دهد. این ویژگی‌ها برای ماهواره‌هایی که از طریق گرفتن به دست می‌آیند غیرممکن است و ساختار گازی سیارات، فرضیه تشکیل قمرها در اثر برخورد یک سیاره با جسم دیگر را غیرممکن می‌کند.

سخنرانی 6.3 | تکامل سیستم های سیاره ای. منشا سیارات و ماهواره های آنها | Vladimir Surdin Lectorium تاریخ انتشار: 31 مه 2016

سوردین - ولادیمیر جورجیویچ سوردین (زاده 1 آوریل 1953، میاس) - ستاره شناس شوروی و روسی و متداول کننده علم. دانشیار رشته علوم فیزیک و ریاضی. محقق ارشد موسسه نجوم دولتی به نام P. K. Sternberg، دانشیار دانشکده فیزیک دانشگاه دولتی مسکو. برنده جایزه بلیایف و جایزه روشنگر برای سال 2012. ولادیمیر سوردین نویسنده و ویراستار چندین کتاب علمی رایج در زمینه نجوم و اخترفیزیک، و همچنین بسیاری از مقالات، مقالات و مصاحبه های علمی رایج است. برای یک سری مقالات علمی عامه پسند جایزه Belyaev را دریافت کرد. سخنرانی های محبوب در موزه پلی تکنیک را می خواند. ، عضو هیئت تحریریه ارگان چاپی آن - بولتن آکادمی علوم روسیه "در دفاع از علم" است.

صفحه Surdin با تمام کتاب‌ها و سخنرانی‌های منتشر شده که در چندین پروژه بزرگ آموزشی تمام روسیه شرکت می‌کنند. http://lnfm1.sai.msu.ru/~surdin/

آیا مقدار بیشتری وجود دارد فیلم های مستندسلسله کائنات (2007-2012) 7 فصل.
این برنامه توسط شرکت های آمریکایی Flight 33 Productions و Workaholic Productions ایجاد شده است.
فصل 6 قسمت 3 2011 نحوه ایجاد منظومه شمسیهمه کپی‌های قبلی و پیوندهای فهرست‌های سریال‌ها از کار افتاده‌اند و مواد ویدیویی توسط دارندگان حق چاپ مسدود شده‌اند. خوب، آنها به طور قابل توجهی قدیمی هستند، اگرچه بیشتر یک فیلم کارتونی زیبا برای کودکان بود (حدود 80٪ انیمیشن شبیه سازی حرکت اجسام در منظومه شمسی وجود دارد). هر کسی که بخواهد می تواند با نام جستجو کند، من فقط از اینکه کتاب را مرور کنم و یک ویدیوی گم شده دیگر را پاک کنم خسته شده ام. به نظر می رسد از این فیلم مکانیسم ادعایی برای شکل گیری یک غول سرخ و یک کوتوله سفید در تکامل آینده خورشید ما، نماهای مربوط به زمان حدوداً 2010 از آن زمان به نظر می رسد که آنها کمی در مورد این موضوعات تغییر کرده اند.

فرضیه تشکیل منظومه شمسی از یک ابر گاز و غبار - فرضیه سحابی - در ابتدا در قرن 18 توسط امانوئل سوئدنبورگ، ایمانوئل کانت و پیر سیمون لاپلاس ارائه شد. در آینده توسعه آن با مشارکت بسیاری از رشته های علمی از جمله نجوم، فیزیک، زمین شناسی و علوم سیاره ای صورت گرفت. با ظهور عصر فضا در دهه 1950 و همچنین کشف سیارات خارج از منظومه شمسی در دهه 1990 ()، این مدل برای توضیح داده ها و مشاهدات جدید آزمایش ها و بهبودهای متعددی را پشت سر گذاشته است.

بر اساس فرضیه ای که در حال حاضر پذیرفته شده است، شکل گیری منظومه شمسی حدود 4.6 میلیارد سال پیش با فروپاشی گرانشی قسمت کوچکی از یک ابر غول پیکر گاز و غبار بین ستاره ای آغاز شد. به طور کلی، این فرآیند را می توان به شرح زیر توصیف کرد:

مکانیسم ماشه ای برای فروپاشی گرانشی، تراکم کوچک (خود به خودی) ماده ابر گاز و غبار بود (دلیل احتمالی آن می تواند هم دینامیک طبیعی ابر و هم عبور موج ضربه ای از یک انفجار از طریق آن باشد. ماده ابر و غیره)، که به مرکز جاذبه گرانشی ماده اطراف تبدیل شد - فروپاشی گرانشی مرکز. این ابر قبلاً نه تنها حاوی هیدروژن و هلیوم اولیه، بلکه عناصر سنگین (فلزی) متعددی بود که از ستارگان نسل‌های گذشته باقی مانده بود. علاوه بر این، ابر در حال فروپاشی مقداری تکانه زاویه ای اولیه داشت.
در فرآیند فشرده سازی گرانشی، اندازه ابر گاز و غبار کاهش یافته و به دلیل قانون بقای تکانه زاویه ای، سرعت چرخش ابر افزایش یافته است. به دلیل چرخش، نرخ تراکم ابرهای موازی و عمود بر محور چرخش متفاوت بود که منجر به صاف شدن ابر و تشکیل یک دیسک مشخصه شد.
در نتیجه تراکم، چگالی و شدت برخورد ذرات ماده با یکدیگر افزایش می‌یابد که در نتیجه دمای ماده با فشرده شدن پیوسته افزایش می‌یابد. نواحی مرکزی دیسک به شدت گرم شدند.
با رسیدن به دمای چند هزار کلوین، ناحیه مرکزی دیسک شروع به درخشش کرد - یک پیش ستاره تشکیل شد. ماده ابر همچنان بر روی پیش ستاره سقوط می کند و فشار و دما را در مرکز افزایش می دهد. نواحی بیرونی دیسک نسبتا سرد باقی ماندند. به دلیل ناپایداری های هیدرودینامیکی، مهر و موم های جداگانه ای در آنها شروع به توسعه کردند که به مراکز گرانشی محلی برای تشکیل سیارات از ماده دیسک پیش سیاره ای تبدیل شدند.
هنگامی که دمای مرکز پیش ستاره به میلیون ها کلوین رسید، واکنشی در ناحیه مرکزی آغاز شد همجوشی گرما هسته ایهلیوم از هیدروژن پیش ستاره به یک ستاره دنباله اصلی معمولی تکامل یافته است. در ناحیه بیرونی دیسک، خوشه‌های بزرگ سیاره‌هایی را تشکیل دادند که تقریباً در یک صفحه و در یک جهت به دور ستاره مرکزی می‌چرخند.

تکامل بعدی

قبلاً اعتقاد بر این بود که همه سیارات تقریباً در مدارهایی که اکنون هستند تشکیل شده اند ، اما در پایان قرن بیستم - اوایل XXIقرن، این دیدگاه به طور اساسی تغییر کرده است. اکنون اعتقاد بر این است که منظومه شمسی در ابتدای پیدایش خود کاملاً متفاوت از آنچه اکنون به نظر می رسد به نظر می رسید. بر اساس مفاهیم مدرن، منظومه شمسی بیرونی از نظر اندازه بسیار فشرده تر از الان بود، به خورشید بسیار نزدیکتر بود و در منظومه شمسی درونی، علاوه بر اجرام آسمانی که تا به امروز باقی مانده اند، وجود داشته است. اشیاء دیگر کوچکتر از .

سیارات زمینی

برخورد غول پیکر دو جرم آسمانی که احتمالاً باعث پیدایش ماه اقماری زمین می شود

در پایان دوران سیاره‌ای، منظومه شمسی درونی توسط 50 تا 100 پیش سیاره با اندازه‌های مختلف از قمری تا مریخی زندگی می‌کرد. رشد بیشتر در اندازه اجرام آسمانی به دلیل برخورد و ادغام این پیش سیاره ها با یکدیگر بود. بنابراین، برای مثال، در نتیجه یکی از برخوردها، عطارد بیشتر گوشته خود را از دست داد، در حالی که در نتیجه دیگری، به اصطلاح. برخورد غول پیکر (احتمالا با سیاره فرضی Theia)، یک ماهواره متولد شد. این مرحله از برخوردها برای حدود 100 میلیون سال ادامه یافت تا اینکه 4 جرم آسمانی عظیم که امروزه شناخته شده اند در مدار باقی ماندند.

کمربند سیارکی

مرز بیرونی منظومه شمسی درونی بین 2 تا 4 واحد نجومی قرار دارد. از خورشید و نمایانگر . فرضیه هایی در مورد وجود یک سیاره بین و (مثلا سیاره فرضی فایتون) مطرح شد، اما در نهایت تایید نشد، که در مراحل اولیه شکل گیری منظومه شمسی فروریخت به طوری که سیارک هایی که سیارک را تشکیل دادند. کمربند تکه های آن شد. بر اساس دیدگاه های مدرن، هیچ منبع تک سیاره ای از سیارک ها وجود نداشت. کمربند سیارکی در ابتدا حاوی ماده کافی برای تشکیل 2-3 سیاره به اندازه زمین بود. این منطقه شامل تعداد زیادی ازسیاره‌ای که به هم چسبیده‌اند و اجرام بزرگ‌تری را تشکیل می‌دهند. در نتیجه این ادغام ها، حدود 20-30 پیش سیاره با اندازه های از ماه تا مریخ در کمربند سیارک ها تشکیل شد. با این حال، از زمانی که سیاره مشتری در مجاورت نسبی کمربند شکل گرفت، سیر تکاملی این منطقه مسیر دیگری را طی کرد. رزونانس‌های مداری قدرتمند با مشتری و همچنین برهم‌کنش‌های گرانشی با پیش‌سیاره‌های عظیم‌تر در این ناحیه، سیاره‌های شکل‌گرفته را نابود کردند. سیاره‌واره‌ها با ورود به ناحیه تشدید هنگام عبور از نزدیکی یک سیاره غول‌پیکر، شتاب بیشتری دریافت کردند، به اجرام آسمانی همسایه برخورد کردند و به‌جای ادغام هموار، خرد شدند.

همانطور که مشتری به مرکز منظومه مهاجرت کرد، آشفتگی های حاصل بیشتر و بیشتر آشکار شد. در نتیجه این رزونانس‌ها، سیاره‌زیم‌ها گریز از مرکز و تمایل مدارهای خود را تغییر دادند و حتی از کمربند سیارک‌ها به بیرون پرتاب شدند. برخی از پیش سیاره های عظیم نیز توسط مشتری از کمربند سیارک ها پرتاب شدند، در حالی که سایر پیش سیاره ها احتمالاً به درون منظومه شمسی مهاجرت کردند، جایی که آنها نقش نهایی را در افزایش جرم چند سیاره زمینی باقی مانده داشتند. در طول این دوره کاهش، نفوذ سیارات غول پیکر و پیش سیاره های عظیم باعث شد که کمربند سیارکی تنها به 1% جرم زمین، که عمدتاً سیاره های کوچک کوچک بودند، "نازک" کند. این مقدار، با این حال، 10-20 برابر بیشتر است معنای معاصرجرم کمربند سیارکی که اکنون 1/2000 جرم زمین است. اعتقاد بر این است که دوره دوم تخلیه، که جرم کمربند سیارکی را به مقادیر فعلی خود رساند، زمانی آغاز شد که مشتری و زحل وارد یک تشدید مداری 2:1 شدند.

این احتمال وجود دارد که دوره برخوردهای غول پیکر در تاریخ منظومه شمسی داخلی نقش مهمی در به دست آوردن ذخایر آبی زمین (~6·10 21 کیلوگرم) داشته باشد. واقعیت این است که آب بسیار فرار ماده ای است که به طور طبیعی در طول شکل گیری زمین رخ نمی دهد. به احتمال زیاد، از نواحی بیرونی و سردتر منظومه شمسی به زمین آورده شده است. شاید این پیش سیاره ها و سیاره های سیاره ای بودند که توسط مشتری به بیرون از کمربند سیارک ها پرتاب شدند که آب را به زمین آوردند. نامزدهای دیگر برای نقش تأمین‌کننده‌های اصلی آب نیز کمربند اصلی سیارک‌ها هستند که در سال 2006 کشف شد، در حالی که ستاره‌های دنباله‌دار کمربند کویپر و سایر مناطق دورافتاده ظاهراً بیش از 6 درصد آب را به زمین آورده‌اند.

مهاجرت سیاره ای

بر اساس فرضیه سحابی، دو سیاره بیرونی منظومه شمسی در مکان "اشتباهی" قرار دارند. و "غول های یخی" منظومه شمسی، در منطقه ای قرار دارند که چگالی کاهش یافته مواد سحابی و دوره های مداری طولانی، تشکیل چنین سیاراتی را به یک رویداد بسیار بعید تبدیل کرده است. اعتقاد بر این است که این دو سیاره در ابتدا در مدارهای نزدیک مشتری و زحل، جایی که مصالح ساختمانی بسیار بیشتری وجود داشت، شکل گرفتند و تنها پس از صدها میلیون سال به موقعیت های مدرن خود مهاجرت کردند.

شبیه سازی موقعیت سیارات بیرونی و کمربند کویپر: الف) قبل از تشدید مداری 2:1 مشتری و زحل، ب) پراکندگی اجرام کمربند کویپر باستانی در اطراف منظومه شمسی پس از جابجایی مداری نپتون، ج) پس از اینکه مشتری اجرام کمربند کویپر را به بیرون پرتاب کرد. خارج از سیستم

مهاجرت سیاره ای قادر است وجود و ویژگی های مناطق بیرونی منظومه شمسی را توضیح دهد. فراتر از نپتون، منظومه شمسی شامل کمربند کویپر و شمسی است که خوشه های باز اجرام یخی کوچک هستند و بیشتر دنباله دارهای مشاهده شده در منظومه شمسی را به وجود می آورند. اکنون کمربند کویپر در فاصله 30-55 AU قرار دارد. از خورشید، دیسک پراکنده در 100 AU شروع می شود. از خورشید، و ابر اورت 50000 AU است. از نور مرکزی با این حال، در گذشته، کمربند کویپر بسیار متراکم تر و نزدیک تر به خورشید بود. لبه بیرونی آن در حدود 30 AU بود. از خورشید، در حالی که لبه داخلی آن مستقیماً در پشت مدارهای اورانوس و نپتون قرار داشت، که به نوبه خود به خورشید نزدیکتر بودند (تقریباً 15-20 AU) و علاوه بر این، در جهت مخالف قرار داشتند: اورانوس دورتر از خورشید بود. خورشید از نپتون

پس از شکل گیری منظومه شمسی، مدار تمام سیارات غول پیکر تحت تأثیر برهمکنش با تعداد زیادی از سیارات شمسی به آرامی تغییر کرد. پس از 500-600 میلیون سال (4 میلیارد سال پیش)، مشتری و زحل وارد یک تشدید مداری 2:1 شدند. زحل دقیقاً در زمانی که مشتری 2 دور چرخید، یک دور به دور خورشید چرخید. این تشدید یک فشار گرانشی بر روی سیارات بیرونی ایجاد کرد و باعث شد نپتون از مدار اورانوس فرار کند و به کمربند کویپر باستانی برخورد کند. به همین دلیل، سیارات شروع به پرتاب سیاره های یخی اطراف خود به داخل منظومه شمسی کردند، در حالی که خودشان شروع به دور شدن به سمت بیرون کردند. این روند به روش مشابهی ادامه یافت: تحت تأثیر تشدید، سیاره های بعدی که در مسیر خود ملاقات می کردند به داخل سیستم پرتاب می شدند و مدار خود سیارات دورتر و دورتر می شدند. این روند تا زمانی ادامه یافت که سیاره‌ها وارد منطقه نفوذ مستقیم مشتری شدند و پس از آن گرانش عظیم این سیاره آنها را به مدارهای بسیار بیضی‌شکل فرستاد و یا حتی آنها را از منظومه شمسی به بیرون پرتاب کرد. این کار به نوبه خود کمی مدار مشتری را به سمت داخل تغییر داد. اجرام پرتاب شده توسط مشتری به مدارهای بسیار بیضی شکل ابر اورت را تشکیل دادند، در حالی که اجسامی که توسط مهاجرت نپتون به بیرون پرتاب شدند کمربند کویپر و دیسک پراکنده مدرن را تشکیل دادند. این سناریو توضیح می دهد که چرا دیسک پراکنده و کمربند کویپر جرم کم دارند. برخی از اجرام پرتاب شده، از جمله، در نهایت با مدار نپتون وارد تشدید گرانشی شدند. اصطکاک تدریجی با دیسک پراکنده، مدارهای نپتون و اورانوس را دوباره صاف کرد.

همچنین فرضیه ای در مورد پنجمین غول گازی وجود دارد که تحت مهاجرت رادیکال قرار گرفت و در طول شکل گیری تصویر مدرن منظومه شمسی به حومه های دور آن (که تبدیل به سیاره فرضی Tyukhe یا "سیاره X" دیگری شد) یا حتی رانده شد. فراتر از آن (سیاره یتیم شدن).

تایید نظریه سیاره ای عظیم فراتر از مدار نپتون توسط کنستانتین باتیگین و مایکل براون در 20 ژانویه 2016 بر اساس مدار شش جرم فرا نپتونی یافت شد. جرم مورد استفاده در محاسبات تقریباً 10 جرم زمین بود و احتمالاً چرخش به دور خورشید بین 10000 تا 20000 سال زمینی به طول انجامید.

اعتقاد بر این است که برخلاف سیارات بیرونی، اجسام درونی سیستم تحت مهاجرت قابل توجهی قرار نگرفتند، زیرا پس از یک دوره برخوردهای غول پیکر، مدار آنها ثابت ماند.

بمباران سنگین دیرهنگام

فروپاشی گرانشی کمربند سیارکی باستانی احتمالاً دوره بمباران سنگین را حدود 4 میلیارد سال پیش، 500 تا 600 میلیون سال پس از تشکیل منظومه شمسی آغاز کرد. این دوره چند صد میلیون سال به طول انجامید و عواقب آن هنوز در سطح اجرام زمین شناسی غیرفعال منظومه شمسی مانند ماه یا عطارد به شکل دهانه های برخوردی متعدد قابل مشاهده است. و قدیمی ترین شواهد وجود حیات روی زمین به 3.8 میلیارد سال پیش - تقریباً بلافاصله پس از پایان دوره بمباران سنگین اواخر - برمی گردد.

تشکیل ماهواره ها

ماهواره های طبیعی در اطراف بیشتر سیارات منظومه شمسی و همچنین بسیاری از اجسام دیگر شکل گرفته اند. سه مکانیسم اصلی برای تشکیل آنها وجود دارد:

تشکیل از یک دیسک دور سیاره ای (در مورد غول های گازی)
تشکیل از قطعات برخورد (در صورت برخورد به اندازه کافی بزرگ در زاویه کوچک)
گرفتن یک شی پرنده

مشتری و زحل دارای ماهواره‌های زیادی هستند، مانند، و، که احتمالاً از دیسک‌های اطراف این سیارات غول‌پیکر تشکیل شده‌اند، به همان شکلی که خود این سیارات از یک قرص به دور خورشید جوان تشکیل شده‌اند. این را با اندازه بزرگ و نزدیکی آنها به سیاره نشان می دهد. این ویژگی‌ها برای ماهواره‌هایی که از طریق گرفتن به دست می‌آیند غیرممکن است و ساختار گازی سیارات، فرضیه تشکیل قمرها در اثر برخورد یک سیاره با جسم دیگر را غیرممکن می‌کند.

آینده

ستاره شناسان تخمین می زنند که منظومه شمسی تا زمانی که سوخت هیدروژنی خورشید تمام نشود، دستخوش تغییرات شدید نخواهد شد. این نقطه عطف، انتقال خورشید از دنباله اصلی نمودار هرتسسپرونگ-راسل به فاز را آغاز می کند. با این حال، حتی در فاز دنباله اصلی یک ستاره، منظومه شمسی به تکامل خود ادامه می دهد.

پایداری بلند مدت

منظومه شمسی یک منظومه پر هرج و مرج است که در آن گردش سیارات در یک دوره زمانی بسیار طولانی غیرقابل پیش بینی است. یکی از نمونه های این غیرقابل پیش بینی بودن منظومه نپتون-پلوتون است که در رزونانس مداری 3:2 قرار دارد. با وجود این واقعیت که خود تشدید پایدار خواهد ماند، نمی توان با هر تقریبی موقعیت پلوتون را در مدار خود برای بیش از 10-20 میلیون سال پیش بینی کرد (زمان لیاپانوف). مثال دیگر انحراف محور چرخش زمین است که به دلیل اصطکاک درون گوشته زمین که در اثر فعل و انفعالات جزر و مدی با ماه ایجاد می شود، نمی توان آن را از نقطه ای بین 1.5 تا 4.5 میلیارد سال آینده محاسبه کرد.

مدار سیارات بیرونی در مقیاس های زمانی بزرگ آشفته است: زمان لیاپانوف آنها 2-230 میلیون سال است. این نه تنها به این معنی است که موقعیت سیاره در مدار از این نقطه در آینده را نمی توان با هیچ تقریبی تعیین کرد، بلکه خود مدارها نیز می توانند به روش های شدید تغییر کنند. هرج و مرج سیستم می تواند خود را به شدت در تغییر در گریز از مرکز مدار نشان دهد، که در آن مدار سیارات کم و بیش بیضوی می شود.

منظومه شمسی پایدار است به این معنا که هیچ سیاره ای نمی تواند با سیاره دیگری برخورد کند یا در چند میلیارد سال آینده از منظومه پرتاب شود. با این حال، فراتر از این بازه زمانی، برای مثال، در عرض 5 میلیارد سال، گریز از مرکز مدار مریخ می تواند به مقدار 0.2 برسد که منجر به تقاطع مدارهای مریخ و زمین و در نتیجه به یک واقعی می شود. خطر برخورد در همان بازه زمانی، گریز از مرکز مدار عطارد ممکن است حتی بیشتر شود و متعاقباً یک گذر نزدیک ممکن است عطارد را از منظومه شمسی به بیرون پرتاب کند یا آن را در مسیر برخورد با خود زهره یا زمین قرار دهد.

ماهواره ها و حلقه های سیارات

تکامل سیستم های قمری سیارات توسط فعل و انفعالات جزر و مدی بین بدنه های منظومه تعیین می شود. با توجه به تفاوت نیروی گرانشی وارد بر سیاره از سمت ماهواره، در مناطق مختلف آن (مناطق دورتر ضعیف تر جذب می شوند، در حالی که مناطق نزدیک تر قوی تر هستند)، شکل سیاره تغییر می کند - به نظر می رسد کمی باشد. در جهت ماهواره کشیده شده است. اگر جهت چرخش ماهواره به دور سیاره با جهت چرخش سیاره منطبق باشد و در عین حال سیاره سریعتر از ماهواره بچرخد، این "تپه جزر و مدی" سیاره دائماً در رابطه به جلو "فرار" خواهد کرد. به ماهواره در این شرایط تکانه زاویه ای چرخش سیاره به ماهواره منتقل می شود. این منجر به این واقعیت می شود که ماهواره انرژی دریافت می کند و به تدریج از سیاره دور می شود، در حالی که سیاره انرژی خود را از دست می دهد و بیشتر و آهسته تر می چرخد.

زمین و ماه نمونه ای از چنین پیکربندی هستند. چرخش ماه به صورت جزر و مدی نسبت به زمین ثابت است: دوره چرخش ماه به دور زمین (در حال حاضر حدود 29 روز) مصادف با دوره چرخش ماه به دور محور خود است و بنابراین ماه همیشه به سمت چرخش ماه می چرخد. زمین در همان سمت. ماه به تدریج از زمین دور می شود، در حالی که چرخش زمین به تدریج کاهش می یابد. در 50 میلیارد سال، اگر آنها از انبساط خورشید جان سالم به در ببرند، زمین و ماه به طور جزر و مدی به یکدیگر قفل می شوند. آنها وارد تشدید به اصطلاح مدار چرخشی می شوند که در آن ماه در 47 روز به دور زمین می چرخد، دوره چرخش هر دو جسم حول محور آن یکسان خواهد بود و هر یک از اجرام آسمانی همیشه قابل مشاهده خواهند بود. فقط از یک طرف برای شریک خود.

نمونه‌های دیگر این پیکربندی، سیستم‌های ماهواره‌های گالیله مشتری و همچنین بیشتر قمرهای بزرگ زحل هستند.

نپتون و قمر آن تریتون، در حین پرواز ماموریت وویجر 2 عکس گرفته شده است. در آینده، این ماهواره احتمالاً توسط نیروهای جزر و مدی پاره می شود و حلقه جدیدی در اطراف سیاره ایجاد می کند.

سناریوی متفاوتی در انتظار سیستم‌هایی است که در آن‌ها ماهواره سریع‌تر از چرخش به دور خود در اطراف سیاره حرکت می‌کند یا در آن ماهواره در جهت مخالف چرخش سیاره حرکت می‌کند. در چنین مواردی، تغییر شکل جزر و مدی سیاره دائماً از موقعیت ماهواره عقب می ماند. این امر جهت انتقال تکانه زاویه ای بین اجسام را معکوس می کند. که به نوبه خود منجر به تسریع چرخش سیاره و کاهش مدار ماهواره خواهد شد. با گذشت زمان، ماهواره به سمت سیاره مارپیچ خواهد رفت تا زمانی که در یک نقطه یا به سطح یا جو سیاره بیفتد یا توسط نیروهای جزر و مدی از هم بپاشد و در نتیجه یک حلقه سیاره ای ایجاد شود. چنین سرنوشتی در انتظار قمر مریخ (در 30-50 میلیون سال)، قمر نپتون (در 3.6 میلیارد سال) و مشتری و حداقل 16 قمر کوچک اورانوس و نپتون است. حتی ممکن است ماهواره اورانوس با قمر همسایه برخورد کند.

و در نهایت، در پیکربندی نوع سوم، سیاره و ماهواره نسبت به یکدیگر به صورت جزر و مد ثابت هستند. در این حالت ، "تپه جزر و مد" همیشه دقیقاً در زیر ماهواره قرار دارد ، هیچ انتقال حرکت زاویه ای وجود ندارد و در نتیجه دوره مداری تغییر نمی کند. نمونه ای از چنین پیکربندی پلوتون و.

هیچ یک از مدل های مختلف پیدایش و توسعه منظومه شمسی رتبه یک نظریه عمومی پذیرفته نشده را کسب نکرده است.

مطابق با فرضیه کانت لاپلاسمنظومه سیارات به دور خورشید در نتیجه عمل نیروهای جاذبه و دافعه بین ذرات ماده پراکنده در چرخش به دور خورشید شکل گرفته است.

اولین فیزیکدان و اخترفیزیکدان انگلیسی J.H. شلوار جین(1877-1946) پیشنهاد کرد که یک بار خورشید با ستاره دیگری برخورد کرد، در نتیجه یک جت گاز از آن پاره شد، که با غلیظ شدن، به سیاره تبدیل شد. با توجه به فاصله زیاد بین ستاره ها، چنین برخوردی باورنکردنی به نظر می رسد.

از میان فرضیه های مدرن منشا منظومه شمسی، مشهورترین فرضیه الکترومغناطیسی اخترفیزیکدان سوئدی است. H. Alfvena (1908-1995)و انگلیسی F. Hoyle (1915-2001). بر اساس این نظریه، ابر گازی اولیه که هم خورشید و هم سیارات از آن تشکیل شده‌اند، از گاز یونیزه شده تحت تأثیر نیروهای الکترومغناطیسی تشکیل شده است. پس از اینکه خورشید از یک ابر گازی عظیم از طریق غلظت تشکیل شد، بخش‌های کوچکی از این ابر در فاصله بسیار زیادی از آن باقی ماندند. نیروی گرانش شروع به جذب گاز باقیمانده به سمت ستاره تشکیل شده - خورشید کرد، اما میدان مغناطیسی آن گاز متحرک را در فواصل مختلف متوقف کرد - درست در جایی که سیارات هستند. نیروهای گرانشی و مغناطیسی بر غلظت و غلیظ شدن این گاز تأثیر گذاشتند. در نتیجه سیارات شکل گرفتند. هنگامی که بزرگترین سیارات به وجود آمدند، همین روند در مقیاس کوچکتر تکرار شد و در نتیجه سیستم هایی از ماهواره ها ایجاد شد.

همچنین فرضیه تشکیل منظومه شمسی از یک ابر گاز سرد و غباری که خورشید را احاطه کرده است، توسط یک دانشمند شوروی مطرح شده است. O.Yu. اشمیت (1891-1956).

بر اساس فرضیه ای که در حال حاضر پذیرفته شده است، شکل گیری منظومه شمسی حدود 4.6 میلیارد سال پیش با فروپاشی گرانشی قسمت کوچکی از یک ابر غول پیکر گاز و غبار بین ستاره ای آغاز شد. این ابر اولیه احتمالاً سال نوری وسعت داشت و والد چندین ستاره بود.

در فرآیند فشرده سازی گرانشی، اندازه ابر گاز و غبار کاهش یافت و به دلیل قانون بقای تکانه زاویه ای، سرعت چرخش ابر افزایش یافت. مرکز، جایی که بیشتر توده ها در آن جمع شده بودند، گرمتر و داغتر از دیسک اطراف شد. به دلیل چرخش، نرخ تراکم ابرها به موازات و عمود بر محور چرخش متفاوت بود که منجر به صاف شدن ابر و تشکیل یک دیسک پیش سیاره ای مشخص با قطر تقریباً 200 AU شد. و یک پیش ستاره داغ و متراکم در مرکز. تصور می شود که خورشید در این مرحله از تکامل خود یک ستاره T Tauri بوده است. مطالعه چنین ستارگانی نشان می دهد که آنها اغلب با دیسک های پیش سیاره ای با جرم 0.001-0.1 خورشیدی همراه هستند که اکثریت قریب به اتفاق جرم سحابی مستقیماً در ستاره متمرکز شده است. سیارات از برافزایش این قرص تشکیل شده اند (شکل 26).

برنج. 26. تکامل خورشید

در عرض 50 میلیون سال، فشار و چگالی هیدروژن در مرکز پیش ستاره به اندازه ای بزرگ شد که واکنش های گرما هسته ای را آغاز کرد. دما، سرعت واکنش، فشار و چگالی تا رسیدن به تعادل هیدرواستاتیک افزایش یافت و انرژی حرارتی در برابر نیروی انقباض گرانشی مقاومت کرد. در این مرحله، خورشید به یک ستاره دنباله اصلی تمام عیار تبدیل شده است.

منظومه شمسی تا زمانی که خورشید شروع به تکامل خارج از دنباله اصلی نمودار هرتزسپرونگ-راسل کند که رابطه بین روشنایی ستارگان و دمای سطح آنها را نشان می دهد، ادامه خواهد داشت. ستارگان داغتر درخشان ترند.

خورشید سوخت هیدروژن خود را می سوزاند و انرژی آزاد شده به پایان می رسد و باعث کوچک شدن خورشید می شود. این باعث افزایش فشار در روده آن و گرم شدن هسته می شود و در نتیجه سوزاندن سوخت را تسریع می کند. در نتیجه، خورشید هر 1.1 میلیارد سال حدود 10 درصد روشن تر می شود.

در حدود 5 تا 6 میلیارد سال، هیدروژن موجود در هسته خورشید به طور کامل به هلیوم تبدیل می شود که فاز توالی اصلی را کامل می کند. در این زمان، لایه های بیرونی خورشید حدود 260 برابر منبسط می شوند - خورشید به یک غول قرمز تبدیل می شود. با توجه به افزایش بسیار مساحت سطح، بسیار خنک تر از زمانی است که روی دنباله اصلی (2600 K) است.

در نهایت، لایه‌های بیرونی خورشید توسط یک انفجار قوی به فضای اطراف پرتاب می‌شوند و یک سحابی سیاره‌ای را تشکیل می‌دهند که در مرکز آن فقط یک هسته ستاره‌ای کوچک وجود خواهد داشت - یک کوتوله سفید، یک جرم غیرعادی متراکم که نصف مقدار اولیه است. جرم خورشید، اما به اندازه زمین. این سحابی مقداری از مواد تشکیل دهنده خورشید را به محیط بین ستاره ای باز می گرداند.

نظریه‌های منشا منظومه شمسی ماهیتی فرضی دارند و نمی‌توان بدون ابهام موضوع قابلیت اطمینان آنها را در مرحله کنونی توسعه علم حل کرد. در تمام نظریه های موجود تناقضات و مکان های نامشخصی وجود دارد.

فقدان یک نسخه پذیرفته شده کلی از منشا منظومه سیاره ای توضیح خاص خود را دارد. اول از همه، منحصر به فرد بودن موضوع رصد استفاده از تحلیل تطبیقی را حذف می کند و ما را مجبور می کند تا کار دشوار بازسازی تاریخ را تنها بر اساس دانش وضعیت فعلی منظومه شمسی حل کنیم. به عنوان مثال، ایده هایی در مورد تکامل ستارگان از تولد تا مرگ آنها از طریق انباشت و پردازش آماری داده های مشاهده شده به دست آمده است. مدرنستاره های بسیاری از طبقات مختلف در مراحل مختلف توسعه. جای تعجب نیست که علم نجوم در مورد رشد ستارگان دور از ما بسیار بیشتر از منشا و توسعه زیستگاه ما - منظومه شمسی - می داند.

بنابراین، منظومه شمسی یک شکل طبیعی بسیار پیچیده است که تنوع عناصر تشکیل دهنده آن را با بالاترین ثبات سیستم به عنوان یک کل ترکیب می کند. با تعداد زیاد و تنوع عناصر تشکیل دهنده سیستم، با روابط پیچیده ای که بین آنها برقرار می شود، کار تعیین مکانیسم شکل گیری آن بسیار دشوار می شود.

منظومه شمسی شامل:

4 سیاره زمینی: عطارد، زهره، زمین، مریخ و ماهواره های آنها.
کمربند سیارات کوچک سیارکی که شامل سیاره کوتوله سرس می شود.
شهاب سنگ های بی شماری هم به صورت دسته جمعی و هم به صورت تکی حرکت می کنند.
4 سیاره غول پیکر: مشتری، زحل، اورانوس، نپتون و ماهواره های آنها.
صدها دنباله دار؛
قنطورس;
اجرام فرا نپتونی: کمربند کویپر، که شامل 4 سیاره کوتوله است: پلوتون، هائومیا، ماکماکی، اریس و یک دیسک پراکنده.
مناطق دورافتاده، که شامل ابرهای اورت و سدنا می شود.
مناطق مرزی

سوالات مربوط به شکل گیری و شکل گیری منظومه شمسی قبلاً اخترشناسان گذشته را نگران کرده است. اما اولین فرضیه به اندازه کافی اثبات شده در مورد تشکیل خورشید و سیارات اطراف آن برای اولین بار توسط محقق O.Yu ارائه شد. اشمیت این ستاره شناس پیشنهاد کرد که نور مرکزی که در مداری غول پیکر به دور مرکز کهکشان می چرخید، توانست ابری از غبار بین ستاره ای را به تصویر بکشد. از این تشکیل غبار سرد شده، اجسام متراکمی به وجود آمدند که بعداً به سیاره تبدیل شدند.

محاسبات کامپیوتری انجام شده توسط محققان مدرن نشان می دهد که جرم تشکیل ابر گاز و غبار اولیه فوق العاده بزرگ بوده است. اندازه ابری که از فضا سرچشمه می گیرد در ابتدا بسیار بزرگتر از اندازه منظومه شمسی فعلی بود. ظاهراً، ترکیب ماده ای که سیارات از آن تشکیل شده اند، از نظر ساختار نزدیک به ویژگی سحابی های بین ستاره ای بوده است. قسمت اصلی این ماده گاز بین ستاره ای بود.

داده های تصفیه شده نشان می دهد که شکل گیری منظومه از خورشید و سیارات در چند مرحله رخ داده است. منظومه سیاره ای همزمان با شکل گیری خود ستاره ایجاد شد. در ابتدا، بخش مرکزی ابر که هیچ ثباتی نداشت، منقبض شد و به به اصطلاح پیش ستاره تبدیل شد. توده ابر اصلی در همان زمان به چرخش در اطراف مرکز ادامه داد. به تدریج گاز متراکم شد و تبدیل به جامد شد.

تکامل خورشید و سیارات

روند شکل گیری منظومه شمسی و تکامل بعدی آن به تدریج و پیوسته صورت گرفت. ذرات جامد بزرگ روی قسمت مرکزی ابر گاز و غبار افتادند. باقی مانده " "، که با گشتاور اضافی مشخص می شد، یک دیسک گاز و گرد و غبار نسبتا نازک را تشکیل می داد که بیشتر و بیشتر فشرده می شد و صاف می شد.

لخته های سرد ماده با یکدیگر برخورد کردند و به اجسام بزرگتر متصل شدند. این فرآیند توسط گرانش تسهیل شد. تعداد اجسام جدید در منظومه شمسی آینده می تواند میلیاردها نفر باشد. از چنین اجرام مادی متراکمی بود که متعاقباً سیارات فعلی شکل گرفتند. این میلیون ها سال طول کشید.

سیارات کم جرم نزدیکتر به خورشید تشکیل شده اند. اما ذرات سنگین‌تر ماده به سمت مرکز سیستم هجوم بردند. چرخش سیارات نزدیک به ستاره - عطارد و زهره - به شدت تحت تأثیر جزر و مد خورشیدی قرار گرفت. در مرحله کنونی تکامل خود، خورشید یک ستاره دنباله اصلی معمولی است که جریان پایداری از انرژی را تابش می کند که به دلیل واکنش های هسته ای در مرکز ستاره شکل می گیرد. هشت سیاره در مدارهای مستقل به دور خورشید می چرخند که زمین سومین سیاره متوالی است.