منظومه شمسی چگونه متولد شد؟

تور کوالالامپور

شکل‌گیری منظومه شمسی حدود 5 میلیارد سال پیش، از ابری متشکل از گاز و غبار بین ستاره‌ای، آغاز شد. جاذبه باعث انقباض ابر شده و کره متراکمی از گاز در مرکز ابر به وجود آورد. جاذبه همچنین باعث دوران هر چه سریع‌ تر ابر شد. هنگام دوران، مواد موجود در ابر، پهن شده و حلقه‌ای به وجود آمد که نواحی متراکم مرکزی را در برگرفت. سرانجام در این ناحیه متراکم، گرمای لازم برای وقوع واکنش‌های هسته‌ای فراهم شد و بدین ترتیب، ستاره خورشید به وجود آمد. اعضای کوچک ‌تر منظومه شمسی از مواد موجود در این حلقه به وجود آمدند.

این اعضاء عبارتند از: سیارات، سیارک‌ها و ستاره دنباله‌دار.

منظومه شمسی، سامانه‌ای متشکل از یک ستاره به نام خورشید و اجرام آسمانی است که در مدارهایی پیرامون آن می‌گردند. سامانه خورشیدی از انفجار یک ابر نواختر و فروریزش یک ابر چرخان پدید آمد و در دوران رنسانس و با مشاهدات افرادی از جمله گالیله کشف شد. این منظومه در بازوی شکارچی، کهکشان راه شیری واقع‌شده و 25000 سال نوری از مرکز کهکشانی فاصله دارد. خورشید بیش از 99/8 درصد جرم سامانه خورشیدی را شامل می‌شود و منبع انرژی بسیار از جمله انرژی گرما و نور است. اگر خورشید نابود شود، منظومه شمسی نیز نابود می‌شود.

منظومه شمسی دارای هشت سیاره (تیر، ناهید، زمین، مریخ، هرمز، زحل، اورانوس و نپتون) و پنج سیارک ( سرس، پلوتو، هائومیا، ماکی‌ماکی و اریس) است. چهار سیاره نخست، سیارات درونی یا زمین‌ سان هستند و بیشتر از سنگ ساخته شده‌اند و چهار سیاره دیگر سیارات بیرونی یا غول‌ های گازی هستند و از گازهای مختلف ساخته شده‌اند. علاوه بر این اجرام، سامانه خورشیدی دارای اجرام دیگری از جمله ماه‌ها، سیارک‌ها، شهاب‌ وارها، شهاب‌ها، شهاب‌سنگ‌ها و دنباله‌دارهاست. سامانه خورشیدی همچنین دارای مناطق خاصی از جمله کمربند سیارک‌ها، کمربند کویپر و دیسک پراکنده است. منظومه شمسی تا جایی گسترش می‌یابد که دیگر تحت تأثیر نفوذ نور خورشید، گرانش خورشیدی، میدان مغناطیسی خورشید و بادهای خورشیدی نباشد.

نظریه برخورد نزدیک

تاكنون نظریات زیادی در مورد منشأ منظومه شمسی و زمین ارائه شده است، در میان آن‌ها، دو نظر اساسی وجود دارد. اولی فرضیه برخورد نزدیك نام گرفته است. بر این پایه است كه سیاره‌ها، از مواد جدا شده از خورشید، تشكیل شده‌اند.

بر طبق آن، كشش گرانشی یك ستاره یا دنباله‌دار به حدی بوده است كه هنگام عبور از كنار خورشید مقداری از ماده آن را بیرون كشیده است. در اوایل قرن بیستم میلادی دو اخترشناس امریكایی نظریه برخورد نزدیك را ارائه دادند كه بنا به عقیده آن‌ها، ذراتی از ماده خورشید، در اثر برخورد نزدیك یك ستاره دیگر بیرون ریخته است. بعداً این ذرات به همدیگر پیوسته و اجرام بزرگی را تشكیل می‌دهند كه از این اجرام بزرگ، سیاره‌ها به وجود آمده‌اند.

فرضیه كانت - لاپلاس

نظریه مهم دیگر در سال 1755 میلادی (1134 شمسی) به وسیله فیلسوف آلمانی، امانوئل كانت مطرح شد. نظر كانت به عقیده قابل قبول امروزی شبیه است. بر طبق آن، منظومه شمسی از یك ابر گاز و غبار در حال چرخش، شكل گرفته است. نظر كانت به وسیله ریاضیدان فرانسوی به نام پیر دو لاپلاس بسط داده شد. فرضیه كانت - لاپلاس، یك ابر بسیار بزرگ از گازهای داغ را ترسیم می‌كند كه به دور محور خود می‌چرخد. كانت و لاپلاس، این ابر بزرگ را سحابی نامیده‌اند. سرد شدن گاز سحابی، باعث انقباض آن می‌شود. با انقباض جرم اصلی، حلقه‌هایی از گاز در اطراف آن باقی می‌مانند، این جرم اصلی همان خورشید است. حلقه‌ها، در اثر نیروی گریز از مركز (نیرویی است كه اجسام در حال چرخش را به طرف بیرون از مركز چرخش می‌راند) از مركز دور می‌شوند؛ بنابراین فرضیه، حلقه ‌های جدا از هم، منقبض شده و سیاره ‌ها را به وجود آورده‌اند. دانشمندان در درستی این نظر تردید دارند، چرا كه گازهای داغ گرایشی به انقباض ندارند، بلكه در فضا گسترش می ‌یابند.

نظریه جدید ابر غبار

فیزیک ‌دان آلمانی كارل فون وایتسزیكر بنیاد اصلی تئوری جدید ابر غبار را پیشنهاد كرد. بعد از آن اخترشناس امریكایی به نام جرارد كویپر نظر وایتسزیكر را به صورت تئوری جدید منشأ منظومه شمسی تكمیل كرد. سیارات منظومه شمسی، از همان گاز و غباری شكل گرفته‌اند كه خورشید از آن پدید آمده است. ابر بزرگ با گردش خود در فضا به بخش‌های كوچك‌تری تقسیم شده است. ذرات موجود در این بخش‌ها، یکدیگر را جذب كرده‌اند و سرانجام سیاره‌ها را به وجود آورده‌اند. بیشتر مواد ابر اصلی در اثر تابش خورشید از آن دور شده‌اند، ولی پیش از آن که خورشید، حالت ستاره به خود گیرد، اندازه سیاره‌ها به حدی رسیده بود كه می‌توانستند در مداری به دور آن باقی بمانند یا گردش كنند.

شكل گیری منظومه شمسی از دید دینامیك

منظومه شمسی یك ساختار منظم را بر حسب خواص فیزیكی نشان می‌دهد، طوری كه اگر از بالای قطب شمال خورشید دیده شود، منظومه شمسی قواعد زیر را پیدا می‌كند:

1- سیارات در خلاف جهت عقربه‌های ساعت در اطراف خورشید می‌گردند، خورشید نیز در همان جهت به دور خود می‌چرخد.

2- به استثنای عطارد و پلوتون، اكثر سیارات دارای صفحات مداری هستند كه فقط به طور جزئی با صفحه دایرة‌ البروج شیب دارند، مدارها تقریباً هم صفحه هستند.

3- به استثنای عطارد و پلوتون، سیارات در مدارهایی می‌گردند كه خیلی به دایره نزدیك هستند.

4- به استثنای زهره و اورانوس، سیارات در خلاف جهت عقربه‌های ساعت (یعنی در همان جهت حركت مداریشان) به دور خود می‌چرخند.

5- اكثر قمرها در همان جهتی كه سیارات مادرشان به دور خود می‌چرخند و در نزدیكی صفحات استوایی سیارات قرار دارند.

6- ستاره‌های دنباله‌دار با دوره تناوب طولانی، مدارهایی دارند كه از همه جهات و زوایا می‌آیند، بر خلاف مدارهای هم صفحه سیارات، اقمار، سیارك‌ها و ستاره‌های دنباله‌دار با دوره تناوب كوتاه.

7- سه عدد از سیارات مشتری‌گون شناخته شده‌اند كه دارای حلقه هستند.

شكل‌گیری منظومه شمسی از دید شیمی

تشكیل یك سیاره مستلزم یك فرآیند چند مرحله‌ای است، اولاً دانه‌های جامد متعلق به سحابی خورشید متراكم می‌شوند. ثانیاً این ذرات باهم یكی شده و اجرام آسمانی بزرگ به نام ریز سیارات را شكل می‌دهند كه سپس تصادم كرده و برای تشكیل پیش سیارات با هم یكی می‌شوند و به سیارات امروزی متحول می‌گردند. تركیبات شیمیایی سیارات به وسیله فرآیندی به نام تسلسل تراكم از روی تراكم دانه‌ها تعیین می‌شوند. ایده اولیه تسلسل تراكم این است: مركز سحابی باید در دمایی برابر چندین هزار درجه كلوین بوده باشد. در اینجا دانه‌ های جامد، حتی تركیبات آهن و سیلیكات‌ ها نمی ‌توانستند متراكم شوند.

در جای دیگر كه مواد می‌توانستند به عنوان دانه‌های جدید متراكم شوند، به دما بستگی داشت:

پایین‌تر از 2000 كلوین، دانه‌های ساخته شده از مواد خاكی متراكم شدند، زیر 273 كلوین دانه‌های مواد خاكی و یخی هر دو می‌توانستند شكل بگیرند. در دمای متفاوت گازهای موجود و جامدات حاضر به طور شیمیایی برهم‌ كنش كرده و تركیبات متنوعی را تولید می‌كنند. اگر دمای سحابی به سرعت از مركز به طرف بیرون كاهش یابد، چگالی‌ها و تركیبات سیارات می‌توانند با تسلسل تراكم توضیح داده شوند.