CALM/arwiki huggingface dataset:
يُعتقد أنَّ أقدم الشوائب التي وجدت في النيازك هي أثرٌ لأول مادة صلبة تشكلت في سديم الشمس الأولي، ويبلغ عمرها 4568.2 مليون سنة، ويُعد هذا من بين المؤشرات المحددة لعمر المجموعة الشمسيّة. تكشف الدراسات التي أجريت على النيازك القديمة عن آثار نوىً مُستقرةٍ من النظائر قصيرة العمر، مثل الحديد -60، والتي لا تتشكل إلا في النجوم المتفجرة قصيرة العمر فقط، ويشير هذا إلى حدوث مستعر أعظم واحدٍ أو أكثر في مكان قريب. ربما تكون موجة صادمة من المستعر الأعظم حفزت تكوين الشمس عن طريق إنشاء مناطق كثيفة نسبيًّا داخل السحابة مما تسبب في انهيار هذه المناطق، نظرًا لأنّ النّجوم الضخمة قصيرة العمر هي فقط التي تُنتج المستعرات العظمى، فلا بُدَّ أن تكون الشمس قد تكونت في منطقة تكوّن نجوم نشأت فيها نجومٌ ضخمة على نحوٍ مُماثل لـسديم الجبار. تشير الدراسات التي أجريت على بنية حزام كايبر والمواد الشاذة الموجودة فيه إلى أن الشمس تشكلت داخل مجموعة تتألف من 1000 إلى 10,000 نجم بقطر يتراوح بين 6.5 و19.5 سنة ضوئية ومجموع كتلةٍ قدرها . بدأت هذه المجموعة في التفكك خلال فترة تتراوح بين 135 مليون و535 مليون سنة بعد تكوّنها. وعندما أجرى العلماء عدة عمليات مُحاكاةٍ لشمسنا الفتيّة في تفاعلها مع النّجوم القريبة على مدار مائة المليون سنةٍ الأولى من حياتها، نتجت مدارات شاذة لُوحظت في المجموعة الشّمسيّة الخارجيّة، مثل الأجرام المنفصلة.
بسبب الحفاظ على الزخم الزاوي كان السديم يدور بشكل أسرع أثناء انهياره. عندما تكثفت المادة الموجودة داخل السديم بدأت الذرات بداخله في الاصطدام بتكرارٍ متزايدٍ مُحوّلةً طاقتها الحركيّة إلى حرارة، وأصبح المركز -حيث تتجمع معظم الكتلة- أكثر سخونةً من القرص المحيط. وعلى مدار حوالي 100.000 عام، تسببت القوى المتنافسة لكلٍّ من الجاذبيّة وضغط الغاز والمجالات المغناطيسيّة و[عزم] الدوران في تسطيح السديم المُتقلّص إلى قرص كوكبي أولي دوّار يبلغ قطره حوالي 200 وحدة فلكية، ومن ثمّ تشكّل نجم أوليّ ساخن كثيف (نجم لم يبدأ فيه اندماج الهيدروجين بعد) في المركز.
يُعتقد في هذه المرحلة من تطورالشمس أنها كانت نجمًا من نوع نجوم تي الثور، وتُظهر الدراسات التي أجريت على نجوم تي الثور أنها غالبًا ما تكون مصحوبةً بأقراص من مادةٍ كوكبيّةٍ أوليّةٍ كتلتها ، وتمتد هذه الأقراص إلى عدة مئاتٍ من الوحدات الفلكيّة -رصد مقراب (تلسكوب) هابل الفضائي أقراصًا كوكبيّة أوليّة تصل إلى 1000 وحدة فلكيّة في مناطق تكوّن النُّجوم مثل سديم الجبار- وهي باردة نوعًا ما، حيث تصل درجة حرارة سطحها إلى حوالي 1000 درجة كلفن في أعلى درجات حرارتها. في غضون 50 مليون سنةٍ أضحت درجة الحرارة والضغط في نواة الشمس كبيرين جدًا لدرجة أن الهيدروجين فيها بدأ بالاندماج مُكوّنًا مصدرًا داخليًّا للطاقة يقاوم التقلص الثقالي (تقلص الحجم بسبب قوة الجاذبية للمادة) حتى يتحقق التوازن الهيدروستاتيكي، وكان هذا بمثابة دخول الشمس إلى المرحلة الأوليّة من حياتها، والمعروفة باسم النسق الأساسي. تستمد النجوم ذات الترتيب الرئيس طاقتها من اندماج الهيدروجين الذي يُكوّن الهيليوم في نواتها، ولا تزال الشّمس اليّوم نجمًا أساسيًّا من النجوم ذات النسق الأساسي. مع استمرار تطور المجموعة الشمسية قديمًا انجرفت بعيدًا عن نظيراتها في الحاضنة النجمية، واستمرت في الدوران حول مركز درب التبانة وحدها.
تكوين الكواكب.
يُعتقد أن الكواكب المختلفة قد تشكلت من السديم الشمسي، وهو سحابة على شكل قرص من الغاز والغبار المتبقي من تكوين الشمس. حيث بدأت الكواكب كحبيبات غبارٍ في مدار حول النجم الأولي المركزي، ومن خلال الاحتكاك المباشر والتنظيم الذاتي تشكلت هذه الحبيبات في كتلٍ يصل قطرها إلى 200 (660 قدمًا)، والتي اصطدمت ببعضها بعضاً لتشكل أجرامًا أكبر «الكويكبات» بحجم ~10 كم (6.2 ميل)، وزاد حجم هذه الكويكبات تدريجيًّا بفعل المزيد من الاصطدامات، ونمت بمعدل سنتيمتراتٍ في السنة على مدار ملايين السنين القادمة.
كانت المجموعة الشمسية الداخلية -وهي المنطقة داخل المجموعة الشمسيّة في نطاق 4 وحدات فلكيّة- دافئًة للغاية بشكلٍ يحول دون تكاثف الجُزيئات المُتطايرة -كالماء والميثان- لذلك لا يمكن أن تتشكل الكُويكبات التي تشكلت هُناك إلا من مركباتٍ ذات نقاط انصهار عالية مثل المعادن ك«الحديد والنيكل والألمنيوم» «والسيليكات الصخرية». أصبحت هذه الأجرام الصخرية هي الكواكب الأرضية؛ (عطارد والزهرة والأرض والمريخ). هذه المركبات نادرة جدًا في الكون، حيث تشكل 0.6% فقط من كتلة السديم، لذلك لا يمكن للكواكب الأرضية أن تنمو بشكل كبير جدًا. نمت الأجنّة الأرضية إلى حوالي 0.05 كتلة أرضية()، وتوقف تراكم المواد فيها بعد حوالي 100.000 سنة من تكوين الشمس؛ وبفعل التصادمات والاندماجات اللاحقة بين هذه الأجرام الكبيرة في مثل حجم الكواكب، نمت الكواكب الأرضية إلى أحجامها الحاليّة.
عندما كانت الكواكب الأرضية تتشكل بقيت مغمورة في قرص من الغاز والغبار، وكان الغاز مدعومًا جزئيًّا بالضغط وبالتالي لم يدُرْ حول الشمس بالسرعة نفسها التي كانت تدور بها الكواكب، ونتج عن ذلك عمليات سحب ولا سيّما تفاعلات جاذبيّة (ثقالية) مع المواد المحيطة، الأمر الذي أدى بدوره إلى انتقال الزخم الزاوي، ونتيجةً لذلك هاجرت الكواكب تدريجيًّا إلى مدارات جديدة، وتُظهر النماذج أن التغيرات في الكثافة ودرجة الحرارة في القرص قد تحكمت بمعدل الهجرة هذا، ولكن الاتجاه الشبكي للكواكب الداخلية كان محبِّذًا للهجرة إلى الداخل مع تشتيت أجزاء القرص، وإبقاء الكواكب في مداراتها الحاليّة.
تشكلت الكواكب العملاقة (كوكب المشتري وزحل وأورانوس ونبتون) أبعد من خط الصقيع، وهي نقطة بين مداري المريخ والمشتري حيث تكون المادة باردة بدرجة كافية لتبقى المركبات الجليدية المتطايرة صلبة. كان الجليد الذي شكل كواكب جوفيان أكثر وفرة من المعادن والسيليكات التي شكلت الكواكب الأرضية، مما سمح للكواكب العملاقة بالنمو بشكل كبير بما يكفي لالتقاط الهيدروجين والهيليوم، التي هي أخف العناصر وأكثرها وفرة. وتنامت الكويكبات وراء خط الصقيع لتبلغ ما يصل في غضون حوالي 3 ملايين سنة، أما اليوم فتُشكل الكواكب الأربعة العملاقة أقل بقليل من 99% من الكتلة التي تدور حول الشمس، ويعتقد المنظرون أنه ليس من قبيل المصادفة أن كوكب المشتري يقع خلف خط الصقيع، فنظرًا لأنّ خط الصقيع تسبب في تراكم كميات كبيرة من الماء عن طريق التبخر من المواد الجليدية المتساقطة، فقد أنشاَ منطقة ذات ضغط منخفض أدت إلى زيادة سرعة دوران جزيئات الغبار وأوقفت حركتها نحو الشمس. في الواقع كان خط الصقيع بمثابة حاجز تسبب في تراكم المواد بسرعة على بعد ~ 5 وحدات فلكية من الشمس، واندمجت هذه المادة الزائدة في جنين كوكبي كبير (أو النواة) بشكل مُتناسق يبلغ ، الذي بدأ في تجميع غلافٍ عبر تنامي الغازات من القرص المحيط بمعدل متزايد باستمرار. وبمجرد أن أصبحت كتلة الغلاف مساوية للكتلة الأساسية الصلبة استمر النمو بسرعة كبيرة ووصل إلى حوالي 150 كتلة أرضية ~ 105 بعد ذلك بسنواتٍ وصل في النهاية إلى . وربما كانتِ الكُتلة المُنخفضة إلى حدٍّ كبيرٍ لكوكب زحل ترجع إلى أنّه تشكل بعد كوكب المشتري ببضعة ملايين من السنين عندما كانت هناك كمية أقل من الغاز المُتاح للاستهلاك.
لدى نجوم تي الثور -مثل الشمس الفتية- رياحٌ نجميّة أقوى بكثير من النّجوم الأكبر سنًّا والأكثر استقرارًا، ويُعتقد أن أورانوس ونبتون قد تكوّنا بعد تكوّن كوكب المشتري وزحل عندما دمرتِ الرياح الشمسيّة القويّة الكثير من مادة القرص. ونتيجةً لذلك تراكم في تلك الكواكب القليل من الهيدروجين والهيليوم، ما لا يزيد عن لكل منهما. يُشار إلى أورانوس ونبتون أحيانًا باسم النواتين الفاشلتين، وتتمثل المُعضلة الرئيسية في نظريات تكوين هذين الكوكبين في الجدول الزمنيّ لتكوينها، ففي مواقعهما الحالية كان الأمر سيستغرق ملايين السنين حتى تتنامى نواتيهما. وهذا يعني أن أورانوس ونبتون ربما يكونان قد تشكلا في موقع أقرب من الشمس -بالقرب من المشتري وزحل أو بينهما- ثم هاجرا لاحقًا أو قُذفا إلى الخارج (انظر «هجرة الكواكب» أدناه). لم تكن الحركة في العصر الكوكبي كلها داخليةً نحو الشمس، فقد اقترحتِ العينة التي عادت بها المركبة الفضائيّة «ستارداست» من المُذنب ويلد 2 أن المواد من التكوين المبكر للمجموعة الشمسيّة هاجرت من الجزء الداخلي الأكثرِ دِفئًا إلى منطقة حزام كايبر.
بعد مرور فترةٍ تراوحت ما بين 3 إلى 10 ملايين سنة كانت الرياح الشمسيّة للشمس الفتية قد أزالت كل الغازات والغبار في قرص الكواكب الأولية، وأطلقته في الفضاء بين النجمي، وبالتالي توقف نمو حجم الكواكب.
اعتُقد في الأصل أن الكواكب تشكّلت في مداراتها الحاليّة أو بالقرب منها، ثم جرى التشكيك في هذا الاعتقاد في السنوات العشرين الماضية. حاليًا يعتقد العديد من علماء الكواكب أن المجموعة الشمسيّة رُبّما بدت مُختلفةً تمامًا بعد تكوينها الأولي: عدة أجرام على الأقل بحجم عطارد كانت موجودة في المجموعة الشمسيّة الداخليّة، وكانت المجموعة الشمسيّة الخارجيّة أكثر إحكامًا مما هي عليه الآن، وكان حزام كايبر أقرب بكثير إلى الشّمس.
الكواكب الأرضية.
في نهاية فترة تكوين الكواكب كانت المجموعة الشمسية الداخلية مأهولةً بـ50-100 من الأجنة الكوكبية التي حجمها كحجم القمر بالنسبة للمريخ. كان المزيد من النمو ممكنًا فقط لأن هذه الأجرام اصطدمت واندمجت، الأمر الذي استغرق أقل من 100 مليون سنة، ومن المتوقع حدوث تفاعل جاذبيةٍ بين هذه الأجرام مما أدى إلى تجاذبها إلى مدارات بعضها بعضًا حتى اصطدمت، ثم نمت لتُشكل بذلك الكواكب الأرضية الأربعة التي نعرفها اليوم وهي عطارد والزهرة والأرض والمريخ. كما يُعتقد أيضًا أنّ أحد هذه الاصطدامات العملاقة قد شكل القمر، بينما أزال اصطدام آخر الغلاف الخارجي لعطارد.
إحدى المُعضلات الّتي لم تُحلَّ مع هذا النّموذج هي عدم تمكّنه من تفسير كيف أنّ المدارات الأوليَّة للكواكب الأرضيَّة البدائيَّة -التي كان من الضروري أن يكون مسارها شديد اللامركزية لتصطدم- أنتجت مداراتٍ مُستقرَّةٍ بشكلٍ ملحوظٍ وشبهِ دائريةٍ مثل تلك التي تُحيط بها اليوم. إحدى الفرضيات لهذا «الإغراق اللامركزي» هو أن الأرض تكوّنت في قرص غازٍ لم تطرده الشمس بعد، وكان من الممكن أن تؤدي «قوة سحب الجاذبية أو السحب بتأثير الثقالة» لهذا الغاز المتبقي في النهاية إلى خفض طاقة الكواكب، وصقل مداراتها. ومع ذلك فإن مثل هذا الغاز -اللهم إِن وُجدَ في الأصل- كان سيمنع مدارات الكواكب الأرضيّة من أن تُصبح فوضويّة في المقام الأول. وهُناك فرضيّة أخرى مفادها أنَّ سحب الجاذبية لم يحدث بين الكواكب والغازات المتبقيّة، ولكن بين الكواكب والأجرام الصغيرة المتبقية، ومع تحرك الأجرام الكبيرة عبر حشد الأجرام الأصغر حجمًا، شكّلتِ الأجرام الأصغر حجمًا -التي تُؤثر فيها جاذبيّة الكواكب الكبيرة- منطقةً ذات كثافةٍ أعلى -«أثر الجاذبية»- في مسار الأجرام الأكبر، ونتيجةً لذلك أدت الجاذبيّة المتزايدة لهذا الأثر الجاري إلى إبطاء الأجرام الأكبر حجمًا لتتخذَ مداراتٍ أكثر انتظامًا.
يُطلق على الحافة الخارجيّة للمنطقة الأرضيّة التي تَبعُد عن الشمس مسافةً تتراوح بين 2 و4 وحداتٍ فلكيةٍ مُسمى حزام الكويكبات. احتوى حزام الكويكبات في البداية على أكثر من مادةٍ كافيةٍ لتكوين 2-3 كواكبَ شبيهةٍ بالأرض، وفي الواقع تشكّل عددٌ كبيرٌ من الكويكبات هناك. كما هو الحال مع الأرض اندمجت الكويكبات في هذه المنطقة فيما بعد، وشكلت 20-30 جنينًا كوكبيًّا حجمها ما بين حجم القمر إلى المريخ. ومع ذلك فإن قرب المشتري يعني أنه بعد تشكل هذا الكوكب -عقب 3 ملايين سنة من تشكّل الشّمس- تغير تاريخ المنطقة بشكل كبير. يتسم الرنين المداري الناتج عن تفاعل المشتري وزحل بقوةٍ كبيرةٍ خاصةً في حزام الكويكبات، ومع حدوث تفاعلات الجاذبيّة بين الأجنّة الكوكبية الأكثر ضخامةً تبعثرت العديد من الكويكبات في هذه المنطقة التي يظهر فيها الرنين المداري، وقد زادت جاذبية المشتري من سرعة الأجرام داخل هذا الرنين مما تسبب في تحطيمها عند الاصطدام بأجرام أخرى، بدلاً من أن تتنامى معًا.
عندما هاجر كوكب المشتري إلى الداخل بعد تشكله كان من الممكن أن يجتاح الرنين المداري حزامَ الكويكبات مما يثير ديناميكية الكويكبات ويزيد سرعاتها المتجهة بالنسبة إلى بعضها بعضًا، وفي ظل وجود الأثر التراكمي لهذا الرنين وتفاعلات الأجنّة الكوكبية تناثرت الكويكبات بعيدًا عن حزام الكويكبات أو آثار ميولها المدارية ومسارها اللامركزي. طرد المشتري بعض هذه الأجنة الضخمة أيضًا، بينما قد يكون البعض الآخر هاجر إلى المجموعة الشمسية الداخلية ولعب دورًا في التنامي النهائي للكواكب الأرضية.
خِلال فترة النضوب الأوليّة هذه تركت تأثيرات الكواكب العملاقة والأجنّة الكوكبية حزام الكويكبات بكتلةٍ إجماليّةٍ تعادل أقل من 1% من كتلة الأرض، وتتكون أساسًا من كويكباتٍ صغيرة. لا يزال هذا أكبر من 10 إلى 20 مرة من الكتلة الحاليّة في الحزام الرئيسي التي تبلغ الآن حوالي . يُعتقد أنّه أتت فترة نضوبٍ ثانويّةٍ عندما دخل كوكبا المشتري وزحل في رنين مداري مؤقت 2:1 (انظر أدناه)، الأمر الذي أدى إلى تقلص حزام الكويكبات ليقترب من كتلته الحاليّة.
رُبَّمَا لعبت فترة الاصطدامات العملاقة للمجموعة الشمسية الداخلية دورًا في حصول الأرض على محتواها المائي الحالي (~ 6 كجم) من حزام الكويكبات المبكر. الماء متقلب جدًا بشكلٍ يجعل من المُستبعد [افتراض] أنه كان موجودًا عند تكوين الأرض، ولا بُدَّ أنها قد اكتسبته لاحقًا من الأجزاء الخارجية الأكثر برودةً من المجموعة الشمسية، ومن المحتمل [أيضًا] أن الماء وصل إلى الأرض عن طريق أجنةٍ كوكبيةٍ وكويكباتٍ صغيرةٍ ألقيت بفعل كوكب المشتري من حزام الكويكبات. واقترح العُلماء أيضًا أنَّ هُناك مصدرًا مُحتملًا للماء موجودًا في مجموعةٍ من مذنبات الحزام الرئيسي التي اكتُشفت في عام 2006. رُغم ذلك لايمكن أن تكون تنتج المذنبات من حزام كايبر أو مناطق أبعد قد قدمت أكثر من 6% من مياه الأرض. تنص فرضية التبذر الشامل على أنّ الحياة نفسها رُبَّمَا ترسبت على الأرض بهذه الطّريقة. على الرغم من أنّ هذه الفكرة لم تلقَ قَبولًا على نطاقٍ واسع.
هجرة الكواكب.
وفقًا لفرضية السديم فقد يكون الكوكبان الخارجيان أورانوس ونبتون في «المكان الخطأ». يوجد هذان الكوكبان المعروفان باسم «العملاقين الجليديين» في منطقة يبدو مُستبعدًا تكونهما فيها بسبب الكثافة المنخفضة للسّديم الشّمسي وطول الأزمنة المداريّة. وعِوضًا عن ذلك يُعتقد أنّ الكوكبين تكّونا في مداراتٍ بالقرب من كوكبي المُشتري وزحل -المعروفين باسم «العملاقين الغازيين»- حيث كان يتوفر المزيد من المواد، وقد هاجرا خارجًا إلى موقعيهما الحاليين على مدى مئات الملايين من السنين.
تُعدّ هجرة الكواكب الخارجية ضروريّة أيضًا للكشف عن وجود المناطق الخارجيّة للمجموعة الشّمسيّة وخواصها. تستمر المجموعة الشمسية بعد نبتون لتشمل حزام كايبر والقرص المُبعثر وسحابة أورط، وهي ثلاث مجموعاتٍ متفرقةٍ من الأجرام الجليدية الصغيرة يُعتقد أنها نقاط الأصل لمعظم المذنبات المرصودة. على مسافة بعيدة من الشمس كان التنامي بطيئًا جدًا ليسمح للكواكب بالتشكّل قبل أن يتشتت السديم الشمسي، وبالتالي افتقر القرص الأولي إلى كثافة الكتلة الكافية للاندماج مُشكلًا كوكبًا. يبعد حزام كايبر عن الشمس مسافة تتراوح ما بين 30 و55 وحدةٍ فلكيةٍ، بينما يبعد القرص المبعثر بمسافة تفوق 100 وحدةٍ فلكيةٍ، وتبعد سحابة أورط بحوالي 50,000 وحدةٍ فلكية. كان حزام كايبر في الأصل أكثر كثافةً وأقرب إلى الشمس مع وجود حافته الخارجية على بُعد 30 وحدة فلكية تقريبًا. كان من الممكن أن تكون حافته الداخلية وراء مداري أورانوس ونبتون مباشرة، اللذين كانا بدورهما أقرب بكثير إلى الشمس عندما تشكلا (على الأرجح في نطاق 15-20 وحدة فلكية)، وفي 50% من عمليات المحاكاة انتهى بهما الأمر في مواقعَ متقابلةٍ، حيث كان أورانوس أبعدً عن الشمس من نبتون.
وفقًا لنموذج نيس -بعد تكوين المجموعة الشمسية- استمرت مدارات جميع الكواكب العملاقة في التغير ببطءٍ متأثرةً بتفاعلها مع العدد الكبير من الكويكبات المتبقية. بعد 500-600 مليون سنة (منذ حوالي 4 مليارات سنة) تراجع الرنين المداري لكوكبيْ المشتري وزحل ليبلغ 2 : 1 حيث كان كوكب زحل يُكمل دورةً واحدةً حول الشمس مُقابل دورتين لكوكب المشتري. تسبب هذا الرنين في إحداث دفع جاذبية مُقابل الكواكب الخارجية، مما تسبب في اندفاع نبتون مُتجاوزًا أورانوس ومُتراجعًا إلى حزام كايبر القديم. نثرت الكواكب غالبية الأجرام الجليدية الصغيرة إلى الداخل، بينما كانت تتحرك هي إلى الخارج، ثم تبعثرت هذه الكويكبات بعيدًا عن الكوكب التالي الذي صادفته بطريقةٍ مماثلةٍ حيث كانت تحرك مدارات الكواكب إلى الخارج أثناء تحركها إلى الداخل. استمرت هذه العملية حتى تفاعلت الكويكبات مع كوكب المشتري، حيث دفعت جاذبيته الهائلة هذه الكويكبات إلى مدارات إهليلجية للغاية أو حتى طردتها تمامًا من المجموعة الشمسية، تسبب هذا في تحرك المشتري إلى الداخل قليلاً، تلك الأجرام التي نثرها المشتري في مدارات إهليلجية عالية للغاية شكلت سحابة أورط، والأجرام المبعثرة بدرجةٍ أقل بواسطة كوكب نبتون المهاجر شكلت حزام كايبر الحالي والقرص المبعثر. يفسر هذا السيناريو الكتلة المنخفضة الحالية لحزام كايبر والقرص المبعثر. أضحت بعض الأجرام المتناثرة -بما في ذلك كوكب بلوتو- مرتبطةً بالتجاذب مع مدار نبتون مما أجبرها على إحداث رنينٍ ذي حركةٍ متوسطةٍ. في النهاية أدى الاحتكاك داخل القرص الكوكبي إلى جعل مدارَيْ أورانوس ونبتون دائرييْن مرةً أُخرى.
على عكس الكواكب الخارجية لا يُعتقد أن الكواكب الداخلية قد هاجرت بشكل كبير على مدى عمر المجموعة الشمسية، لأن مداراتها ظلت مستقرة بعد فترة التأثيرات العملاقة.
نشأ سؤال آخر عن السبب وراء صغر حجم كوكب المريخ بالمقارنة مع كوكب الأرض، تقترح دراسة في هذا الصدد أجراها معهد ساوث ويست للأبحاث الكائن في مدينة سان أنطونيو بولاية تكساس، ونُشرت في 6 يونيو 2011 تحت اسم «فرضية تغير الاتجاه الكبرى» أنَّ كوكب المشتري قد هاجر إلى الداخل لمسافة 1.5 وحدة فلكية، وبعدما تشكل زحل وهاجر إلى الداخل، وتموضع على مدى رنين ذي حركة متوسطة نسبته 2: 3 مع كوكب المشتري تفترض الدراسة أن كلا الكوكبين قد هاجرا إلى موقعيهما الحاليين. وبالتالي فإن كوكب المشتري قد استهلك الكثير من المواد التي كانت ستوجد كوكبًا أكبر من المريخ عن طريق كويكبات جافة وأجرام غنية بالمياه شبيهة بالمذنبات. ومع ذلك فمن غير الواضح ما إذا كانت الظروف في السديم الشمسي ستسمح لكوكبي المشتري وزحل بالعودة إلى موقعيهما الحاليين، فوفقًا للتقديرات الحالية يبدو أن هذا الاحتمال غير مرجح، علاوةً على ذلك توجد تفسيرات أخرى لكتلة المريخ الصغيرة.
فترة القصف الشديد المتأخر وما بعدها.
يُعتقد أن اضطراب الجاذبية الناتج عن هجرة الكواكب الخارجية أدى إلى إرسال أعداد كبيرة من الكويكبات إلى المجموعة الشمسية الداخلية، متسببًا في استنفاد الحزام الأصلي بشدةٍ حتى وصل إلى كتلته المنخفضة للغاية التي يمتلكها اليوم. قد يكون هذا الحدث هو سبب ظهور فترة القصف الشديد المتأخر الذي وقع منذ حوالي 4 مليارات سنةٍ، بعد 500-600 مليون سنةٍ من تكوّن المجموعة الشمسية. استمرت هذه الفترة من القصف الشديد عدة مئاتٍ من ملايين السنين، وهي واضحة في الحفر التي لا تزال مرئيةً على الأجرام غير النشطة جيولوجيًّا في المجموعة الشمسية الداخلية مثل القمر وعطارد. يعود أقدم دليلٍ معروفٍ للحياة على الأرض إلى ما قبل 3.8 مليار سنة تقريبًا بعد نهاية فترة القصف الشديد المتأخر مُباشرةً.
يعتقد العلماء أن الاصطدامات كانت جزءًا منتظمًا -وإن كان نادرًا حاليًّا- من تطور المجموعة الشمسية يتضح استمرار حدوثها من خلال اصطدام المذنب شوميكر- ليفي 9 بالمشتري في عام 1994، وحدوث اصطدام كوكب المشتري لعام 2009 وانفجار تونغوسكا ونيزك تشيليابنسك، والاصطدام الذي أحدث فوهة بارينجر في أريزونا (قبل حوالي 50 ألف سنةٍ)، وبالتالي فإن عملية التنامي لم تنتهِ بعد، وربما لا تزال تشكل تهديدًا للحياة على الأرض.
على مدار تطور المجموعة الشمسية طُردت المذنبات من المجموعة الشمسية الداخلية بفعل جاذبية الكواكب العملاقة لتبتعد بآلاف الوحدات الفلكيّة إلى الخارج لتشكل سحابة أورط، وهي تجمع خارجي كروي من نوى المذنبات يقع على أبعد مسافةٍ لقوة سحب الجاذبية الخاصة بالشمس. في النهاية -بعد حوالي 800 مليون سنة- بدأ اضطراب الجاذبية الناجم عن المدّ المجرّي والنجوم العابرة والسحب الجزيئية العملاقة في استنفاد السحابة، وإرسال المذنبات إلى المجموعة الشمسية الداخلية. يبدو أيضًا أن تطور المجموعة الشمسية الخارجية قد تأثر بالتجوية الفضائية بفعل الرياح الشمسية والنيازك الدقيقة والمكونات المحايدة للوسط بين النجمي.
كان تطور حزام الكويكبات بعد القصف الشديد المتأخر محكومًا بشكل أساسي بالاصطدامات. تمتلك الأجرام ذات الكتلة الكبيرة جاذبيةً كافيةً للاحتفاظ بأي مادةٍ مقذوفةٍ عن طريق الاصطدام العنيف، ولكن في حزام الكويكبات ليس هذا هو الحال عادة، ونتيجةً لذلك تحطم العديد من الأجرام الكبيرة، وأحيانًا تشكّلت أجرام جديدة من بقايا اصطداماتٍ أقلَّ عُنفًا. لا يمكن تفسير وجود الأقمار حول بعض الكويكبات حاليًّا إلا على أنها كتلة متماسكة من المواد المنطلقة بعيدًا عن الجرم الأصلي والتي تفتقر إلى الطاقة الكافية للهروب تمامًا من جاذبيته.
ظهرت الأقمار حول معظم الكواكب والعديد من أجرام المجموعة الشمسية الأخرى. ونشأت هذه الأقمار الطبيعية وفقًا لواحدة من ثلاث آلياتٍ ممكنة:
تدور حول كوكبي المشتري وزحل عدة أقمارٍ ضخمةٍ مثل آيو أوروبا وغانيميد وتيتان، والتي من الممكن أن تكون قد نشأت من الأقراص المحيطة بكل كوكب عملاق بالطريقة نفسها التي تشكلت بها هذه الكواكب من القرص المحيط بالشمس، ويُستدل على هذه الآلية من خلال الحجم الضخم للأقمار وقربها من الكوكب التابعة له. يستحيل تحقق هاتين الصفتين بآلية الأسر بالجاذبية، بالإضافة إلى أن الطبيعة الغازية للكواكب السيارة تجعل تشكيل الحطام ناتجًا عن الاصطدامات أمرًا غير محتمل.
أما الأقمار الخارجية لهذه الكواكب فتتسم بصغر الحجم، وأن لها مساراتٍ مداريةً لا مركزيةً مع عشوائية ميلها المداري، وتُشير هذه الصفات إلى كون هذه الأقمار أجرامًا مأسورةً بالجاذبية. تدور أغلب هذه الأقمار حول كواكبها في اتجاهٍ معاكسٍ لاتجاه دوران الكواكب التي تتبعها. يعتبر القمر ترايتون التابع لكوكب نبتون أضخم هذه الأقمار المختلفة، والذي يُعتقد أنه جرم مأسور من حزام كايبر.
نشأت الأقمار التابعة للأجرام الصلبة في المجموعة الشمسية من خلال آلية الاصطدمات بالإضافة أيضًا إلى آلية الأسر بالجاذبية. يدور حول كوكب المريخ قمران صغيران هما ديموس وفوبوس، ويُعتقد أنهما كويكبان مأسوران. يتكهن العلماء أن قمر كوكب الأرض تشكل نتيجة اصطدام عملاق مباشر فردي. من المحتمل أنه كانت لهذا الجرم المصطدم بالأرض كتلة مقاربة لكتلة كوكب المريخ، ويُعتقد أن الاصطدام حدث عند نهاية فترة الاصطدامات العملاقة. أطلق هذا الاصطدام بعض الكتل من وشاح الجرم المصطدم إلى مدارٍ حول الأرض، وهذه الكتل التحمت وتجمعت لتشكل القمر. يحتمل أن يكون هذا الاصطدام آخر حدثٍ اندماجيٍّ في سلسلة الاندماجات التي ساهمت في تشكل كوكب الأرض.
وضع العلماء أيضًا فرضيةً تقترح تشكل جرمٍ بحجم كوكب المريخ عند إحدى نقاط لاغرانج الثابتة بين الشمس والأرض، عند النقطة (L4) أو عند نقطة (L5) قبل أن ينجرف بعيدًا عن موقعه. يُعتقد أن بعض الأقمار التابعة للأجرام ما وراء النبتونية -مثل قمر شارون التابع لكوكب بلوتو وقمر فانث التابع لكوكب أوركوس- تكونت بفعل الاصطدامات العملاقة. تُعدُّ الأنظمة القمرية «بلوتو-شارون» و«أوركوس-فانث» و«الأرض-القمر» أنظمةً غير عاديةٍ في المجموعة الشمسية والتي تبلغ فيها كتلة القمر نحو 1% على الأقل من كتلة الجرم الأكبر.
يُقدِّر علماء الفلك أن الحالة الحالية للمجموعة الشمسية لن تتغير بشكل جذري حتى تستهلك الشمس كل وقود الهيدروجين لديها تقريبًا والموجود في نواتها عبر التفاعل الاندماجي مكونةَ الهيليوم، لتبدأ تطورها من النسق الأساسي لمخطط هرتزبرونغ-راسل إلى طور العملاق الأحمر. وستستمر المجموعة الشمسية في التطور حتى ذلك الحين.
ثبات طويل الأمد.
اتّسم النّظام الشمسيّ بالفوضى على مدى نطاقاتٍ زمنيةٍ تُقدَّر بملايين السنين وملياراتها، ويرجع ذلك إلى قابلية مدارات الكواكب للتغيرات طويلة المدى. أحد الأمثلة البارزة على هذه الفوضى هو نظام نبتون – بلوتو الذي يقع في رنين مداري 2:3، فعلى الرغم من أن الرنين نفسه سيظل مستقرًا، إلا أنه من المستحيل التنبؤ بموضع بلوتو بأي درجة من الدقة تزيد على 10-20 مليون سنة «زمن ليابونوف» في المستقبل. مثال آخر هو الميل المحوري للأرض الذي بسبب الاحتكاك المتزايد داخل وشاح الأرض بفعل تفاعلات المد والجزر مع القمر إذ لا يمكن حسابه من نقطةٍ ما بين 1.5 و4.5 مليار سنةٍ من الآن.
تُعدُّ مدارات الكواكب الخارجية فوضويةً على نطاقات زمنية طويلة للغاية، ويتراوح زمن ليابونوف بين 2 و230 مليون سنة. وفي جميع الحالات يعني هذا أن موضع كوكبٍ على طول مداره يستحيل التنبؤ به بأي درجة من درجات اليقين (لذلك على سبيل المثال يصبح توقيت الشتاء والصيف غير مؤكد)، ولكن في بعض الحالات قد تتغير المدارات نفسها بشكل كبير. تتجلى مثل هذه الفوضى بقوة باعتبارها تغيرات لا مركزية حيث تصبح مدارات بعض الكواكب أكثر أو أقل بيضاوية.
المجموعة الشمسيّة مستقرة نسبيًّا من حيث إن من غير المحتمل أن يصطدم أي من الكواكب مع بعضها بعضًا، أو يُطرد أحدها من المجموعة الشمسية في بضعة ملياراتٍ من السنين القادمة. أما أبعد من ذلك في غضون خمسة مليارات سنةٍ أو نحوها، فقد تزداد اللامركزية لكوكب المريخ إلى حوالي 0.2، بحيث يقع على مدارٍ مارٍّ بالأرض، مما يؤدي إلى تصادم محتمل. في النطاق الزمني نفسه قد تزداد لامركزية كوكب عطارد، ويمكن أن يؤدي اقترابه الشديد من كوكب الزهرة نظريًا إلى طرده من المجموعة الشمسية تمامًا، أو إرساله في مسار تصادم مع كوكب الزهرة أو الأرض. يمكن أن يحدث هذا في غضون مليار سنةٍ وفقًا لعمليات المحاكاة العددية التي يكون مدار عطارد فيها مضطربًا.
القمر والحلقات الكوكبية.
تطور النظام القمري مدفوع إلى حد كبير بقوى المد والجزر. يُحدِث القمر تحدبًا مدّيًا في الكوكب الذي يدور حوله (الكوكب الأولي) بسبب اختلاف قوى الجذب عبر قطر الكوكب الأولي. إذا كان القمر يدور في الاتجاه نفسه الذي يدور فيه الكوكب، وكان الكوكب يدور بشكل أسرع من الدورة المدارية للقمر، فإن التحدب المدّي سيظل مستمرًا في السحب في اتجاه القمر. وفي هذه الحالة ينتقل الزخم الزاوي المستمد من دوران الكوكب الأولي حول محوره إلى القمر التابع ليدور حول هذا الكوكب. لذا يكتسب القمر الطاقة ويبدأ في الدوران بشكلٍ حلزونيٍّ تدريجيًا نحو الخارج، بينما يتباطأ دوران الكوكب الأولي تدريجيًا.
تُعدُّ الأرض والقمر التابع لها أحد الأمثلة على هذا التكوين. فالقمر حاليًا مُقيد مدّيًا بالدوران حول الأرض. وتساوي الدورة الواحدة حول هذا الكوكب (تستغرق حاليًا حوالي 29 يومًا أرضيًا) دورة واحدة حول محوره، لذا فهو يُظهر دائمًا وجهًا واحدًا للأرض. سيستمر القمر في التراجع عن الأرض، وسيستمر تباطؤ دوران الأرض تدريجيًا. ومن الأمثلة الأخرى أقمار غاليليو لكوكب المشتري (بالإضافة إلى العديد من أقمار المشتري الأصغر) ومعظم أقمار زحل الكبيرة.
يحدث سيناريو مختلف عندما يكون القمر إما يدور حول الكوكب الأولي بشكل أسرع من دوران الكوكب الأولي، أو عندما يدور في الاتجاه المعاكس لدوران الكوكب. في هاتين الحالتين يتباطأ التحدب المدّي خلف القمر في مداره. ففي الحالة الأولى ينعكس اتجاه نقل الزخم الزاوي، وبناءً عليه يزيد دوران الكوكب الأولي بينما يتقلص مدار القمر التابع. وفي الحالة الأخيرة يكون للزخم الزاوي لدوران الكوكب حول محوره ودوران القمر حول الكوكب إشارة معاكسة، لذلك يؤدي النقل إلى انخفاضٍ في حجم كلٍّ منهما (يلغي كلٌّ منهما الآخر). في كلتا الحالتين يتسبب التسارع المدّي في أن يدور القمر في مسار حلزوني نحو الكوكب الأولي حتى يتفكك بسبب الضغوط المدية، مما قد يؤدي إلى إنشاء نظام حلقة كوكبية، أو اصطدامه بسطح الكوكب أو الغلاف الجوي. مثل هذا المصير ينتظر أقمار فوبوس التابعة للمريخ (في حدود 30 إلى 50 مليون سنة)، وقمر ترايتون التابع لنبتون (في حدود 3.6 مليار سنة)، وما لا يقل عن 16 قمرًا صناعيًا صغيرًا خاصًا بكوكبي أورانوس ونبتون، وقد يصطدم قمر ديسديمونا التابع لأورانوس بأحد الأقمار المجاورة له.
الاحتمال الثالث هو المكان الذي يُقيّد القمر والكوكب الأولي مع بعضهما بعضًا. في هذه الحالة يبقى التحدب المدّي تحت القمر مباشرةً، ولا يحدث انتقال للزخم الزاوي، ولا تتغير الفترة المدارية، ويُعدّ بلوتو وقمره شارون مثالاً على هذا النوع من التكوين.
لا يوجد إجماع على آلية تشكل حلقات زحل، على الرغم من أن النماذج النظرية تشير إلى أن هذه الحلقات من المحتمل أن تكون قد تشكلت في وقت مبكر من تاريخ المجموعة الشمسية، إن البيانات التي حُصلَ عليها من المركبة الفضائية كاسيني-هويجنز تقترح أنها تشكلت في وقت متأخر نسبيًا.
الشمس وبيئات الكواكب.