Saulės sistemos susidarymas ir evoliucija

Saulės sistemos susidarymas prasidėjo prieš 4,6 milijardo metų. Šiuo metu paprastai sutariama, kad Saulės sistema susidarė iš šalto ir tankaus tarpžvaigždinės medžiagos debesies, sudaryto daugiausia iš helio ir vandenilio – labiausiai Visatoje paplitusių elementų. Šiame debesyje taip pat galėjo būti vandens, ledo kristalų pavidalu. Šis debesis, po to kai įgavo pastovią formą (tikriausiai disko), sukdamasis pradėjo diferencijuotis: didžioji dalis centre sudarė prožvaigždę, būsimąją Saulę. Iš išorinių sluoksnių veikiant gravitacijos jėgoms susiformavo ir aplink ją pradėjo suktis planetos, palydovai ir asteroidai. Planetų orbitos stabilizavosi, pradėjo formuotis atmosferos, susidarė palydovai.

 Susidarymas 

 Proplanetinio disko susidarymas 
Dabartinė hipotezė teigia, jog Saulės sistema susiformavo iš kelių šviesmečių pločio molekulinio debesies, kuris prieš maždaug 4570 mln. m. buvo sutrikdytas netoliese sprogusios supernovos. Šį faktą patvirtina meteoritų studijos. Juose randama geležies-60 izotopo, kuris būdingas tik sprogstančioms, trumpos gyvavimo trukmės žvaigždėms. Taigi supernovos smūginė banga tarpžvaigždiniame molekuliniame debesyje sukūrė sutankėjimą, gravitacijos jėgos viršijo slėgio jėgas, ir šis pradėjo trauktis (žr. Džinso nestabilumas).

Šio debesies cheminė sudėtis buvo labai panaši į šiandieninės Saulės cheminę sudėtį, kur 98 % sudaro vandenilis, helis ir litis, o likusieji 2 % yra sunkieji cheminiai elementai, susiformavę branduolių sintezės būdu seniausiose žvaigždėse. Vėliau šie sunkieji elementai buvo išmesti į tarpžvaigždinę erdvę.

Dėl judesio kiekio momento tvermės dėsnio proplanetinis diskas sukosi vis greičiau, nes traukėsi dėl gravitacinio kolapso. Pastarasis privertė atomus atsimušinėti į juos supančius atomus, o tai pradėjo šildyti debesį. Taigi centras tapo daug karštesnis dėl savo žymiai didesnio tankio už išorinius sluoksnius. Po maždaug 100000 metų gravitacijos, dujų slėgio, magnetinio lauko jėgos ir sukimasis privertė besitraukiantį ūką susitraukti į besisukantį proplanetinį diską, kurio viduryje gimė prožvaigždė.

Manoma, kad šiuo evoliucijos metu Saulė buvo Tauro T tipo žvaigždė, o jos diskas turėjo 0,001 – 0,1 jos dabartinės masės (žr. Saulės masė). Disko plotis buvo keli šimtai astronominių vienetų. Po maždaug 50 milijonų metų Saulės branduolys tiek įkaito, kad jame įsižiebė termobranduolinės reakcijos, taip pat įsigalėjo hidrostatinė pusiausvyra. Taip Saulė tapo pagrindinės sekos žvaigžde.

 Planetų susidarymas 

 Vidinių planetų susidarymas 

Manoma, jog planetos formavosi iš medžiagos, kuri nebuvo sunaudota gimstant prožvaigždei. Planetos formavosi akrecijos būdu, kuriame jos prasidėjo iš dulkių grūdelių, kurie skriejo apie centrinę prožvaigždę. Tiesioginių susidūrimų metu šie grūdeliai formavo 1-10 kilometrų diametro grupes, kurios susidurdamos formavo dar didesnius objektus – planetesimales, kurių diametras siekė apie 5 kilometrus. Planetesimalės toliau augo apie kelis centimetrus per metus, taip tęsėsi kelis milijonus metų.

Vidinėje Saulės sistemos dalyje, iki 4 a.v. nuo Saulės, buvo per šilta vandens ir metano molekulėms kondensuotis, todėl čia susiformavusios planetesimalės buvo tik iš aukštą lydymosi temperatūrą turinčių elementų kaip geležis, nikelis, aliuminis ir uolingi silikatai. Šie akmeningi kūnai taps vidinėmis planetomis (Merkurijus (planeta)|Merkurijus, Venera, Žemė ir Marsas). Šie elementai yra reti Visatoje, sudarantys tik apie 0,6 % ūko masės, todėl Žemės tipo planetos negalėjo susidaryti labai didelės.

 Išorinių planetų susidarymas 

Planetos dujų milžinės (Jupiteris, Saturnas, Uranas ir Neptūnas) susiformavo už šerkšno ribos (t. y. užšalimo ribos) – taško tarp Marso ir Jupiterio orbitų, kur esančios medžiagos yra pakankamai vėsios, kad išliktų kietos būsenos. Medžiagos iš kurios susiformavo Jupiterio tipo planetos buvo gausu, todėl šios planetos išaugo labai masyvios, kad galėtų pritraukti aplink esantį vandenilį ir helį, kurių buvo apstu.

Tauro T žvaigždės, kaip jauna Saulė, turi daug stipresnį žvaigždžių vėją nei dauguma stabilių, senesnių žvaigždžių. Manoma, jog Uranas ir Neptūnas susiformavo po Jupiterio ir Saturno, kuomet stiprus Saulės vėjas nupūtė didžiąją dalį proplanetinio disko medžiagos. Dėl to šios planetos pagavo šiek tiek vandenilio ir helio – ne daugiau nei po viena Žemės masę kiekviena. Pagrindinė šių planetų formavimosi teorijos problema yra jų formavimosi trukmė. Dabartinėse jų orbitose būtų prireikę šimtų milijonų metų jų branduoliams sulipti. Tai reiškia, kad Uranas ir Neptūnas turbūt susiformavo arčiau Saulės – galbūt net tarp Jupiterio ir Saturno, o vėliau migravo išorėn.

Po maždaug 3–10 milijonų metų jaunos Saulės vėjas išvalė visas dujas ir dulkes proplanetiniame diske, išpūsdamas viską į tarpžvaigždinė erdvę, taip pabaigdamas planetų augimą.

 Alternatyvus planetų formavimosi modelis 

Tyrinėdami egzoplanetas, mokslininkai aptiko jas tokiuose artimuose atstumuose nuo žvaigždžių, kur jos tikrai negalėtų susiformuoti. O ir Saulės sistemos vidinių planetų susidarymui disko medžiagos tankis būtų per mažas. Sergei Nayashkin iš Lesterio universiteto 2010 metais pasiūlė alternatyvų planetų formavimosi modelį. Anot jo, Žemės grupės planetos iš tiesų susidarė išorinėje Saulės sistemos dalyje, gerokai toliau nei dabartinis jų nuotolis nuo Saulės, už šiuolaikinės Jupiterio orbitos. Susiformavus dideliems medžiagos gniužulams jie iš lėto traukėsi, šilo. Sunkesnės medžiagos sėdo ir kaupėsi centrinėje gniužulo dalyje. Tokios užuomazgos (tarp jų ir Žemė, tuo metu buvusi maždaug Saturno-Jupiterio masės dydžio) turėjo gana ištęstas orbitas. Gniužulus taip pat veikė disko medžiagos klampos jėgos, jie migravo į centrinę sistemos dalį. Atsidūrus arčiau Saulės, jos spinduliuotė ir potvyninės jėgos nuplėšė bei išgarino didžiąją dalį tokių dujinių milžinių atmosferų. Liko tik mažiau lakios medžiagos centrinės dalys. Dabar jas mes vadiname vidinėmis planetomis, tai – Merkurijus, Venera, Žemė ir Marsas.

 Chronologija 
Saulės sistemos susidarymo laikas nustatomas naudojantis radiometriniu datavimu. Mokslininkai nustatė, kad Saulės sistemos amžius yra apie 4,6 milijardo metų. Seniausias akmuo Žemėje yra apytiksliai 4,4 milijardo metų senumo. Tačiau tokio amžiaus akmenys Žemėje yra reti, nes Žemės paviršius nuolat kinta dėl erozijos, vulkanizmo ir plokščių tektonikos. Saulės sistemos amžiaus nustatymui mokslininkai naudoja meteoritus, kurie buvo suformuoti per ankstyvąją proplanetinio debesies kondensaciją. Beveik visi randami meteoritai yra 4,6 milijardo metų amžiaus, todėl yra manoma, kad Saulės sistema yra ne mažesnio nei šis amžiaus.

Kitų žvaigždžių proplanetinių diskų tyrimai taip pat padėjo įvertinant Saulės sistemos susidarymo laiką. Žvaigždės, kurių amžius yra tarp vieno ir trijų milijonų metų, turi diskus, kuriuose yra gausu dujų. Diskai aplink žvaigždes senesnes nei 10 milijonų metų turi mažai arba išvis nebeturi dujų, o tai reikštų, kad planetos dujų milžinės šiuose proplanetiniuose diskuose jau nustojo formuotis.

 Saulės sistemos evoliucijos etapai 
Pastaba: Visos datos ir laikai šioje chronologinėje lentelėje yra apytikriai ir skirti tik suprasti kurios eilės dydį lyginant tarpusavyje.

   Fazė  Laikas nuo Saulės formavimosi pradžios  Įvykis
    Prieš Saulės sistemą
  Milijardai metų prieš Saulės sistemos formavimąsi
  Praeities žvaigždžių kartos gimsta ir miršta, gamindamos sunkiuosius elementuos ir įterpdamos juos į tarpžvaigždinę medžiagą iš kurios Saulės sistema pradeda formuotis. 
    ~5 metų prieš Saulės Sistemos formavimąsi
  Kaimynystėje masyviausios žvaigždės sprogsta kaip supernovos. Viena iš supernovų galimai sutrikdo molekulinį debesį iš kurio pradeda formuotis Saulės sistema. 
   Saulės formavimasis
  0–1 metų
  Susidaro didesnis sutankėjimas, prasideda gravitacinis kolapsas. 
   1–5 metų
  Saulė yra prožvaigždė, vėliau Tauro T žvaigždė.
   1 metų
  Formuojasi išorinės planetos. Ties 107 metais dujos proplanetiniame diske nupučiamos ir išorinės planetos susiformuoja. 
   1 metų
  Susiformuoja Žemės tipo planetos ir Mėnulis. Įvyksta didysis susidūrimas. Vanduo atnešamas į Žemę. 
    Pagrindinė seka
  5 metų
  Saulė tampa pagrindinės sekos žvaigžde. 
    2 metų
  Suformuojami seniausi Žemės akmenys.
   5–6 metų
  Rezonansas Jupiterio ir Saturno orbitose išmeta Neptūną į Koiperio žiedą. Vėlyvieji bombardavimai vyksta vidinėje Saulės sistemos dalyje. 
       8 metų
  Seniausia žinoma gyvybė Žemėje. 
   4.6 metų
  Šiandiena. Saulė išlieka pagrindinės sekos žvaigžde, tapdama šiltesne ir šviesesne ~10 % kas kiekvienus 109 metų.
    6 metų
  Saulės gyvybės zona juda už Žemės orbitos, galbūt net užlipdama ant Marso orbitos. 
    7 metų
  Paukščių Takas ir Andromedos galaktika susiduria. 
   Po pagrindinės sekos
  10–12 metų
  Saulė pradeda deginti vandenilį branduolį supančiame sluoksnyje, taip pabaigdama savo pagrindinės sekos gyvenimą ir pradeda keliauti į raudonųjų milžinių seką HR diagramoje. Tapdama 2700 kartų šviesesne, 250 kartų didesne, bet vėsesne (2600K). Saulė tampa raudonąja milžine. Merkurijus ir tikėtina Venera, bei Žemė patenka į Saulę.
   ~12 metų
  Saulė pereina helio degimo horizontalioje sekoje ir asimptotinėje milžinių sekoje fazes, prarasdama ~30 % savo masės, lyginant su pagrindinės sekos faze. Asimptotinė milžinių sekos fazė pasibaigia su planetiškojo ūko numetimu, paliekant tik Saulės branduolį kaip baltąją nykštukę.
   Saulės mirtis
  >12 metų
  Baltoji nykštukė Saulė, daugiau nebegaminanti energijos, pradeda vėsti ir temti, kol pasiekia juodosios nykštukės būseną.
   1015 metų
  Saulė atvėsta iki 5 K. Praskriejančių žvaigždžių gravitacija išplėšia planetas iš jų orbitų. Saulės sistema nustoja egzistuoti. 


 Taip pat skaitykite 
 Saulės sistema
 Žemės amžius
 Žvaigždžių evoliucija
 Gyvybės zona

Kategorija:Saulės sistema

lv:Saules sistēmas veidošanās un evolūcija
sr:Formiranje planeta