Настанок и развој на Сончевиот Систем

Настанокот и развојот на Сончевиот Систем започнал пред околу 4,5 милијарди години со гравитацискиот колапс на мал дел од џиновски молекуларен облак. Поголемиот дел од масата што се распаднала се собрала во центарот, образувајќи го Сонцето, додека остатокот се срамнил во протопланетарен диск од кој се образувале планетите, месечините, астероидите и другите мали тела на Сончевиот Систем.
Овој модел, познат како маглинска хипотеза, првпат бил развиен во XVIII век од Емануел Сведенборг, Имануел Кант и Пјер Симон Лаплас. Неговиот последователен развој испреплетува различни научни дисциплини вклучувајќи астрономија, хемија, геологија, физика и планетарна наука. Од почетокот на вселенската ера во 1950-тите и откривањето на вонсончевите планети во 1990-тите, моделот бил и предизвик и рафиниран за да ги објасни новите набљудувања.
Сончевиот Систем значително се развил од неговиот првичен настанок. Многу месечини се образувале од кружни дискови со гас и прашина околу нивните матични планети, додека другите месечини се смета дека настанале независно и подоцна биле заробени од нивните планети. Други, како што е Месечината на Земјата, може да бидат резултат на џиновски судири. Судирите меѓу телата постојано се случувале до денес и биле централни за развојот на Сончевиот Систем. Положбите на планетите можеби се смениле поради гравитациските интеракции. Оваа планетарна преселба сега се смета дека е одговорна за голем дел од раниот развој на Сончевиот Систем.
Околу 5 милијарди години, Сонцето се ладило и се проширило нанадвор многукратно од неговиот сегашен пречник (станувајќи црвен џин), пред да ги отфрли своите надворешни слоеви како планетарна маглина и да остави зад себе ѕвезден остаток познат како бело џуџе. Во далечната иднина, гравитацијата на ѕвездите кои поминуваат постепено ќе ја намалува дружината на планетите на Сонцето. Некои планети ќе бидат уништени, други исфрлени во вселенскиот простор. На крајот, во текот на десетици милијарди години, веројатно е дека Сонцето нема да остане со ниту едно од првобитните тела во орбитата околу него.
1 Историја
Идеите за потеклото и судбината на светот потекнуваат од најраните познати списи; сепак, речиси целото тоа време, немало обид да се поврзат таквите теории со постоењето на „''Сончев Систем''“, едноставно затоа што генерално не се мислело дека постои Сончевиот Систем, во смисла што денес го разбираме. Првиот чекор кон теоријата за настанок и развој на Сончевиот Систем било општото прифаќање на хелиоцентризмот, кој го поставил Сонцето во центарот на системот, а Земјата во орбитата околу него. Овој концепт се развивал со милениуми (Аристарх од Самос го предложил уште во 250 п.н.е.), но не бил широко прифатен до крајот на XVII век. Првата забележана употреба на терминот „''Сончев Систем''“ датира од 1704 година.
Тековната стандардна теорија за настанокот на Сончевиот Систем, хипотезата за маглина, започнала да се користи од Емануел Сведенборг, Имануел Кант и Пјер Симон Лаплас во XVIII век. Најзначајната критика на хипотезата била нејзината очигледна неспособност да го објасни релативниот недостаток на аголен момент на Сонцето во споредба со планетите. Сепак, од раните 1980-ти студии на млади ѕвезди покажале дека се опкружени со ладни дискови од прашина и гас, токму како што предвидува хипотезата за маглината, што довело до нејзино повторно прифаќање.
Разбирањето за тоа како се очекува Сонцето да продолжи да еволуира барало разбирање на изворот на неговата моќ. Потврдата на Артур Стенли Едингтон за теоријата за релативноста на Алберт Ајнштајн довела до негово сознание дека енергијата на Сонцето доаѓа од реакции на јадрено соединување во неговото јадро, спојувајќи го водородот во хелиум. Во 1935 година, Едингтон отидел подалеку и сугерирал дека и други елементи може да се образуваат во ѕвездите. Фред Хојл ја елаборирал оваа премиса тврдејќи дека еволуираните ѕвезди наречени црвени џинови создале многу елементи потешки од водородот и хелиумот во нивните јадра. Според него, кога црвениот џин конечно ќе ги отфрли своите надворешни слоеви, овие елементи потоа ќе се рециклираат за да образуваат други ѕвездени системи.
2 Настанок
2.1 Пресоларна маглина
Маглинската хипотеза вели дека Сончевиот Систем настанал од гравитацискиот колапс на фрагмент од џиновски молекуларен облак. Облакот бил околу 20 парсек (65 светлосни години) во широчина, додека фрагментите биле приближно 1 парсек (три и четвртина светлосни години) во широчина. Понатамошниот колапс на фрагментите довел до образување на густи јадра 0,01-0,1 парсек (2.000-20.000 ае) во големина. Еден од овие фрагменти што се уриваат (познати како ''претсончева маглина'') го образувале она што станало Сончев Систем. Во составот на овој регион со маса нешто повеќе од онаа на Сонцето (M ☉) е приближно иста како онаа со денешнното Сонце, со водород, заедно со хелиум и траги од литиум, сочнувајќи околу 98% од неговата маса. Останатите 2% од масата се состоеле од потешки елементи кои биле создадени со нуклеосинтеза во претходните генерации на ѕвезди. Доцна во животот на овие ѕвезди, тие исфрлиле потешки елементи во меѓуѕвездената средина.
Најстарите подмножества пронајдени во метеорити, за кои се смета дека го следат првиот цврст материјал што се образувал во претсоларната маглина, се 4568,2милиони години, што е една дефиниција за староста на Сончевиот Систем. Студиите на древните метеорити откриваат траги од стабилни јадра на краткотрајни изотопи, како што е железо-60, кои се образуваат само во експлодирани, краткотрајни ѕвезди. Ова покажува дека една или повеќе супернови се случиле во близина. Ударниот бран од супернова можеби ја активирал образбата на Сонцето со создавање релативно густи области во облакот, предизвикувајќи колапс на овие региони. Бидејќи само масивните, краткотрајни ѕвезди произведуваат супернови, Сонцето мора да настанало во голема ѕвездообразбена област што создал масивни ѕвезди, веројатно слични на маглината Орион. Студиите за структурата на Кајперовиот Појас и за аномалните материјали во него сугерираат дека Сонцето се образувало во грозд од помеѓу 1.000 и 10.000 ѕвезди со пречник помеѓу 6,5 и 19,5 светлосни години и колективна маса од . Овој кластер почнал да се распаѓа помеѓу 135 и 535 милиони години по настанокот. Неколку симулации на нашето младо Сонце кое комуницира со ѕвезди кои поминуваат блиску во текот на првите 100 милиони години од неговиот живот, создаваат аномални орбити забележани во надворешниот Сончев Систем, како што се одвоените објекти.
Поради зачувувањето на аголниот моментум, маглината се вртела побрзо додека се рушела. Како што се кондензирал материјалот во маглината, атомите во неа почнале да се судираат со зголемена честота, претворајќи ја нивната кинетичка енергија во топлина. Центарот, каде што се собирал најголемиот дел од масата, станувал сè потопол од околниот диск. Во текот на околу 100.000 години, конкурентните сили на гравитацијата, притисокот на гасот, магнетните полиња и ротацијата предизвикале маглината да се израмни во ротирачки протопланетарен диск со периметар од околу 200 AU и да образуваат жешка, густа протоѕвезда (ѕвезда во која водородното спојување сè уште не започнало) во центарот.
Во овој момент од неговиот развој, се смета дека Сонцето било ѕвезда од типот Т Бик. Студиите на ѕвездите Т Бик покажуваат дека тие често се придружени со дискови од предпланетарна материја со маса од . Овие дискови се протегаат на неколку стотициастрономски единици — вселенскиот телескоп Хабл забележал протопланетарни дискови до 1000 AU во пречник во областите што образуваат ѕвезди како што е маглината Орион - и се прилично ладни, достигнувајќи температура на површината од само околу 1,000 К (730 °C; 1.340 °F) во нивната најжешка. Во рок од 50 милиони години, температурата и притисокот во јадрото на Сонцето станале толку големи што неговиот водород почнал да се спојува, создавајќи внатрешен извор на енергија што се спротивставува на гравитациското контракција додека не се постигне хидростатичка рамнотежа. Ова го означило влегувањето на Сонцето во главната фаза од неговиот живот, познато како главна низа. Ѕвездите од главната низа добиваат енергија од соединување на водород во хелиум во нивните јадра. Сонцето и денес останува ѕвезда од главната низа. Како што раниот Сончев Систем продолжил да се развива, тој на крајот се оддалечил од своите браќа и сестри во ѕвездениот расадник и продолжил сам да кружи околу центарот на Млечниот Пат.
2.2 Настанок на планетите
Се смета дека различните планети настанале од сончевата маглина, облакот од гас и прашина во облик на диск, кој останал од образувањето на Сонцето. Моментално прифатениот метод со кој настанале планетите е акреција, во која планетите започнале како зрна прашина во орбитата околу централната протоѕвезда. Преку директен контакт и самоорганизирање, овие зрна се образувале во грутки до 200 м во пречник, кој пак се судрил за да образува поголеми тела (планетезимали) од ~ 10 км (6,2 ми) во големина. Тие постепено се зголемувале преку понатамошни судири, растејќи со брзина од сантиметри годишно во текот на следните неколку милиони години.
Внатрешниот Сончев Систем, регионот на Сончевиот Систем внатре на 4 AU, бил премногу топол за испарливите молекули како вода и метан да се кондензираат, така што планезималите што се образувале таму можеле да се образуваат само од соединенија со високи точки на топење, како што се метали (како железо, никел и алуминиум) и карпести силикати. Овие карпести тела станале копнени планети (Меркур, Венера, Земја и Марс). Овие соединенија се доста ретки во Универзумот, сочинуваат само 0,6% од масата на маглината, така што копнените планети не би можеле да пораснат многу големи. Земјените ембриони пораснале на околу 0,05 Земјини маси ( ) и престанале да акумулираат материја околу 100.000 години по настанокот на Сонцето; последователните судири и спојувања меѓу овие тела со големина на планети им овозможило на копнените планети да пораснат до нивната сегашна големина.
Кога настанале копнените планети, тие останале потопени во диск од гас и прашина. Гасот бил делумно поддржан од притисок и затоа не орбитирал околу Сонцето толку брзо како планетите. Резултирачкото влечење и, уште поважно, гравитациските интеракции со околниот материјал предизвикале пренос на аголниот моментум, и како резултат на тоа планетите постепено мигрирале во нови орбити. Моделите покажуваат дека густината и температурните варијации во дискот управуваат со оваа стапка на преселба, но нето трендот бил внатрешните планети да мигрираат навнатре додека дискот се распаѓа, оставајќи ги планетите во нивните сегашни орбити.
Џиновските планети (Јупитер, Сатурн, Уран и Нептун) се образувале подалеку, надвор од мразовата линија, што е точката помеѓу орбитите на Марс и Јупитер каде што материјалот е доволно ладен за испарливите ледени соединенија да останат цврсти. Мразовите што ги образувале Јовијанските планети биле пообилни од металите и силикатите што ги образувале копнените планети, дозволувајќи им на џиновските планети да пораснат доволно масивни за да го апсорбират водородот и хелиумот, најлесните и најзастапените елементи. Планетезималите надвор од линијата на мраз се акумулирале до во рок од околу 3 милиони години. Теоретичарите веруваат дека не е случајно што Јупитер лежи веднаш зад мразовата линија. Бидејќи таа акумулирала големи количества вода преку испарување од падот на леден материјал, таа создала регион со помал притисок што ја зголемил брзината на орбитирачките честички од прашина и го запрела нивното движење кон Сонцето. Всушност, линијата делувала како бариера што предизвикала материјалот брзо да се акумулира на ~ 5 ае од Сонцето. Овој вишок материјал се споил во голем ембрион (или јадро) од редот на , која почнал да акумулира обвивка преку насобирање на гас од околниот диск со постојано зголемување. Откако масата на обвивката станала приближно еднаква на масата на цврстото јадро, растот продолжил многу брзо, достигнувајќи околу 150 Земјини маси ~ 10 <sup>5</sup> години потоа и конечно се надополнува на . Сатурн може да ја должи својата значително помала маса едноставно на тоа што настанал неколку милиони години по Јупитер, кога имало помалку гас на располагање за консумирање.
Ѕвездите на Т Бик како младото Сонце имаат многу посилни ѕвездени ветрови од постабилните, постари ѕвезди. Се смета дека Уран и Нептун настанале Јупитер и Сатурн, кога силниот сончев ветер однел голем дел од материјалот на дискот. Како резултат на тоа, тие планети акумулирале малку водород и хелиум - не повеќе од секој. Уран и Нептун понекогаш се нарекуваат неуспешни јадра. Главниот проблем со теориите за настанокот на овие планети е временскиот распоред на нивниот настанок. На сегашните местоположби би биле потребни милиони години за да се насоберат нивните јадра. Ова значи дека Уран и Нептун можеби се настанале поблиску до Сонцето - блиску, па дури и помеѓу Јупитер и Сатурн - и подоцна мигрирале или биле исфрлени нанадвор (вид. Планетарна преселба подолу). Движењето во планезималната ера не била целосно навнатре кон Сонцето; враќањето на примерокот од ''Ѕвезден прав'' од кометата ''Wild 2'' сугерира дека материјалите од раното образување на Сончевиот Систем мигрирале од потоплиот внатрешен Сончев Систем во регионот на Кајперовиот Појас.
По меѓу три и десет милиони години, сончевиот ветер на младото Сонце би ги исчистил сите гасови и прашина во протопланетарниот диск, дувајќи го во меѓуѕвездениот простор, со што ќе го прекине растот на планетите.
3 Последователен развој
Првично се сметало дека планетите се образувале во близина на нивните сегашни орбити. Ова било доведено во прашање во последните 20 години. Во моментов, многу планетарни научници мислат дека Сончевиот Систем можеби изгледал многу поинаку по неговото првично образување: неколку објекти барем масивни како Меркур биле присутни во внатрешниот Сончев Систем, надворешниот Сончев Систем бил многу покомпактен отколку што е сега, и Кајперовиот Појас бил многу поблиску до Сонцето.
3.1 Копнени планети
На крајот на епохата на планетарната образба, внатрешниот Сончев Систем бил населен со 50-100 планетарни протопланети со големина од Месечината до Марс. Понатамошен раст бил возможен само затоа што овие тела се судриле и се споиле, што траело помалку од 100 милиони години. Овие објекти би имале гравитациски интеракција еден со друг, влечејќи се меѓусебните орбити додека не се судриле, растејќи сè додека четирите копнени планети што ги знаеме денес не се обликувале. Се смета дека еден таков џиновски судир ја создал Месечината, додека друг ја отстранил надворешната обвивка на младиот Меркур.
Еден нерешен проблем со овој модел е тоа што не може да објасни како првичните орбити на прото-земјените планети, кои би требало да бидат многу ексцентрични за да се судрат, ги создале извонредно стабилните и речиси кружни орбити што ги имаат денес.. „Гравитациското влечење“ на овој остаток на гас на крајот ќе ја намали енергијата на планетите, измазнувајќи ги нивните орбити. Меѓутоа, таков гас, доколку постоел, на прво место ќе ги спречил орбитите на копнените планети да станат толку ексцентрични. Друга хипотеза е дека гравитациското влечење не се случило помеѓу планетите и преостанатиот гас, туку помеѓу планетите и преостанатите мали тела. Како што големите тела се движеле низ мноштвото помали објекти, помалите објекти, привлечени од гравитацијата на поголемите планети, образувале област со поголема густина, „''гравитациско будење''“, во патеката на поголемите објекти. Како што го правеле тоа, зголемената гравитација на будењето ги забавил поголемите објекти во поредовни орбити.
3.2 Астероиден појас
Надворешниот раб на копнениот регион, помеѓу 2 и 4 AU од Сонцето, се нарекува астероиден појас. Астероидниот појас првично содржел повеќе од доволно материја за да се образуваат 2-3 планети слични на Земјата, и таму се образувале голем број планетезимали. Како и кај копнените, планетезималите во овој регион подоцна се споиле и образувале 20–30 планетарни ембриони со големина од Месечината до Марс; сепак, близината на Јупитер значела дека по образувањето на оваа планета, 3 милиони години по Сонцето, историјата на регионот драматично се променила. Орбиталните резонанции со Јупитер и Сатурн се особено силни во астероидниот појас, а гравитациските интеракции со помасивните ембриони расеале многу планетезимали во тие резонанции. Гравитацијата на Јупитер ја зголемила брзината на предметите во овие резонанции, предизвикувајќи тие да се скршат при судир со други тела, наместо да се насобират.
Како што Јупитер мигрирал навнатре по неговото образување, резонанциите би го зафатиле астероидниот појас, динамично возбудувајќи ја популацијата на регионот и зголемувајќи ги нивните брзини една во однос на друга. Кумулативното дејство на резонанциите и ембрионите или ги распрснало планезималите подалеку од астероидниот појас или ги возбудило нивните орбитални склоности и ексцентричности. Некои од тие масивни ембриони исто така биле исфрлени од Јупитер, додека други можеби мигрирале во внатрешниот Сончев Систем и одиграле улога во конечното собирање на копнените планети. Во текот на овој примарен период на исцрпување, ефектите на џиновските планети и планетарните ембриони го оставиле астероидниот појас со вкупна маса еквивалентна на помалку од 1% од онаа на Земјата, составена главно од мали планетезимали. Ова е сепак 10-20 пати повеќе од сегашната маса во главниот појас, која сега е околу . Се смета дека следел секундарен период на исцрпување што го довел астероидниот појас до неговата сегашна маса кога Јупитер и Сатурн влегле во привремена орбитална резонанца 2:1.
Периодот на џиновски удари на внатрешниот Сончев Систем веројатно одиграл улога во стекнувањето на Земјата со сегашната содржина на вода (~ 6 кг) од раниот астероиден појас. Водата е премногу испарлива за да била присутна при настанокот на Земјата и мора да била испорачана од надворешните, постудени делови на Сончевиот Систем. Водата најверојатно била испорачана од протопланети и мали планетезимали исфрлени од астероидниот појас од Јупитер. Популацијата на комети од главниот појас, откриена во 2006 година, исто така е предложена како можен извор за вода на Земјата. Спротивно на тоа, кометите од Кајперовиот Појас или подалечните региони испорачале не повеќе од околу 6% од водата на Земјата. Хипотезата за панспермија тврди дека самиот живот можеби се наталожил на Земјата на овој начин, иако оваа идеја не е широко прифатена.
3.3 Планетарна преселба
Според хипотезата за маглина, надворешните две планети можеби се на „''погрешно место''“. Уран и Нептун (познати како „ледени џинови“) постојат во регион каде намалената густина на сончевата маглина и подолгите орбитални времиња го прават нивното образување таму крајно неверојатно. Наместо тоа, се смета дека двајцата се образувале во орбитите во близина на Јупитер и Сатурн (познати како „гасовити џинови“), каде што имало повеќе материјал, и дека се преселиле нанадвор до нивните сегашни позиции во текот на стотици милиони години.
Преселбата на надворешните планети е исто така неопходна за да се земе предвид постоењето и својствата на најоддалечените региони на Сончевиот Систем. Надвор од Нептун, Сончевиот Систем продолжува во Кајперовиот Појас, расфрланиот диск и Ортовиот Облак, три ретки популации на мали ледени тела за кои се смета дека се точките на потекло за повеќето набљудувани комети. На нивното растојание од Сонцето, насобирањето било премногу бавно за да дозволи планетите да се образуваат пред да се распрсне сончевата маглина, и на тој начин на почетниот диск немало доволно густина на маса за да се консолидира во планета. Кајперовиот Појас се наоѓа помеѓу 30 и 55 AU од Сонцето, додека подалечниот расеан диск се протега на над 100 AU, и далечниот Ортов Облак започнува на околу 50.000 AU. Меѓутоа, првично, Кајперовиот Појас бил многу погуст и поблиску до Сонцето, со надворешен раб на приближно 30 AU. Неговиот внатрешен раб би бил малку подалеку од орбитите на Уран и Нептун, кои пак биле многу поблиску до Сонцето кога се образување (најверојатно во опсег од 15-20 AU), а во 50% од симулациите завршиле на спротивни локации, при што Уран е подалеку од Сонцето отколку Нептун.
Според моделот Ница, по образувањето на Сончевиот Систем, орбитите на сите џиновски планети продолжиле бавно да се менуваат, под влијание на нивната интеракција со големиот број преостанати планетезимали. По 500-600 г милиони години Јупитер и Сатурн паднале во резонанца 2:1: Сатурн кружел околу Сонцето еднаш на секои две орбити на Јупитер. Оваа резонанца создала гравитациски притисок врз надворешните планети, веројатно предизвикувајќи го Нептун да премине покрај Уран и да се упати во древниот Кајперов Појас. Планетите го расеале поголемиот дел од малите ледени тела навнатре, додека самите се движиле нанадвор. Овие планетезимали потоа се распрснале од следната планета на која наишле на сличен начин, придвижувајќи ги орбитите на планетите нанадвор додека тие се движеле навнатре. Овој процес продолжил сè додека планетезималите не стапиле во интеракција со Јупитер, чија огромна гравитација ги испратило во високо елипсовидни орбити или дури ги исфрлил директно од Сончевиот Систем. Ова предизвикало Јупитер малку да се придвижи навнатре. Оние објекти расеани од Јупитер во високо елиптични орбити го образувале Ортовиот Облак; тие објекти расеани во помал степен од преселничкиот Нептун го образувале сегашниот Кајперов Појас и расеан диск. Ова сценарио ја објаснува сегашната мала маса на Кајперовиот Појас и расфрланиот диск. Некои од расеаните објекти, вклучително и Плутон, станале гравитациски врзани за орбитата на Нептун, принудувајќи ги во резонанции со средно движење. На крајот, триењето во планезималниот диск ги направил орбитите на Уран и Нептун повторно кружни.
За разлика од надворешните планети, се смета дека внатрешните планети не мигрирале значително во текот на староста на Сончевиот Систем, бидејќи нивните орбити останале стабилни по периодот на џиновските удари.
Друго прашање е зошто Марс излегол толку мал во споредба со Земјата. Студијата на Југозападниот истражувачки институт, Сан Антонио, Тексас, објавена на 6 јуни 2011 година предлага дека Јупитер мигрирал навнатре до 1,5 AU. По настанокот на Сатурн, мигрирал навнатре и ја воспоставил средната резонанца на движењето 2:3 со Јупитер, студијата претпоставува дека двете планети мигрирале назад на нивните сегашни позиции. Така, Јупитер би потрошил голем дел од материјалот што би создал поголем Марс. Истите симулации ги репродуцираат и одликите на современиот астероиден појас, со суви астероиди и објекти богати со вода слични на комети. Сепак, не е јасно дали условите во сончевата маглина би им дозволиле на Јупитер и Сатурн да се вратат на нивните сегашни позиции, а според сегашните проценки оваа можност изгледа неверојатна. Покрај тоа, постојат алтернативни објаснувања за малата маса на Марс.
3.4 Доцно бомбардирање
Гравитациското нарушување од преселбата на надворешните планети би испратило голем број на астероиди во внатрешниот Сончев Систем, сериозно исцрпувајќи го првобитниот појас додека не ја достигне денешната екстремно мала маса. Овој настан можеби го предизвикал доцното тешко бомбардирање што се случило пред околу 4 милијарди години, 500-600 милиони години по настанокот на Сончевиот Систем. Овој период на силно бомбардирање траел неколку стотици милиони години и е евидентен во кратерот кој сè уште е видлив на геолошки мртвите тела на внатрешниот Сончев Систем како што се Месечината и Меркур. Најстариот познат доказ за живот на Земјата датира од 3.8 милијарди години - речиси веднаш по крајот на доцното тешко бомбардирање.
Се смета дека влијанијата се редовен дел од развојот на Сончевиот Систем. Дека тие продолжуваат да се случуваат сведочи судирот на кометата Шумејкер-Леви 9 со Јупитер во 1994 година, настанот на удар на Јупитер во 2009 година, настанот Тунгуска, метеорот Чељабинск и ударот што го создал кратерот во Аризона. Процесот на насобирање, според тоа, не е завршен и сè уште може да претставува закана за животот на Земјата.
Во текот на развојот на Сончевиот Систем, кометите биле исфрлени од внатрешниот Сончев Систем од гравитацијата на џиновските планети и испратиле илјадници АЕ нанадвор за да го образуваат Ортовиот Облак, сферичен надворешен рој од јадра на кометите на најоддалечениот дел од гравитациското влечење на Сонцето. На крајот, по околу 800 милиони години, гравитациското нарушување предизвикано од галактичките плими, ѕвездите што минуваат и џиновските молекуларни облаци почнале да го осиромашуваат облакот, испраќајќи комети во внатрешниот Сончев Систем. Се смета дека развојот на надворешниот Сончев Систем, исто така, била под влијание на вселенските атмосферски влијанија од сончевиот ветер, микрометеоритите и неутралните компоненти на меѓуѕвездената средина.
Развојот на астероидниот појас по доцното тешко бомбардирање главно била управувана од судири. Предметите со голема маса имаат доволно гравитација за да го задржат секој материјал исфрлен од насилен судир. Во астероидниот појас тоа обично не е случај. Како резултат на тоа, многу поголеми предмети се разбиени, а понекогаш и понови предмети се ковале од остатоците во помалку насилни судири. Месечините околу некои астероиди моментално може да се објаснат само како консолидација на материјал исфрлен од матичниот објект без доволно енергија за целосно да избега од неговата гравитација.
4 Месечини
Месечините постојат околу повеќето планети и многу други тела на Сончевиот Систем. Овие природни сателити потекнуваат од еден од трите можни механизми:
* Сообразба од околупланетарен диск (само во случаите на џиновските планети);
* Образба од ударни остатоци (со оглед на доволно голем удар под плиток агол); и
* Заробување на предмет што поминува.
Јупитер и Сатурн имаат неколку големи месечини, како што се Ија, Европа, Ганимед и Титан, кои можеби потекнуваат од дисковите околу секоја џиновска планета на ист начин како што планетите настанале од дискот околу Сонцето. На ова потекло укажуваат големите димензии на месечините и нивната близина до планетата. Овие атрибути е невозможно да се постигнат преку заробување, додека гасната природа на примарните, исто така, го прави неверојатно образување од остатоци од судир. Надворешните месечини на џиновските планети имаат тенденција да бидат мали и имаат ексцентрични орбити со произволни склоности. Ова се одликите што се очекуваат од заробените тела. Повеќето такви месечини орбитираат во насока спротивна од ротацијата на нивната примарна. Најголемата неправилна месечина е нептуновата месечина Тритон, за која се смета дека е заробен објект од Кајперовиот Појас.
Месечините од цврсти тела на Сончевиот Систем се создадени и од судири и од заробување. Се смета дека двете мали месечини на Марс, Дејмос и Фобос, се заробени астероиди. Се смета дека Земјината Месечина настанала како резултат на единечен, голем директен судир. Објектот што удира веројатно имал маса споредлива со онаа на Марс, а ударот веројатно се случил при крајот на периодот на џиновски удари. Судирот започнал во орбитата дел од обвивката на ударникот, кој потоа се споил во Месечината. Ударот веројатно бил последен во серијата спојувања што ја образувало Земјата. Понатаму се претпоставува дека објектот со големина на Марс можеби се образувал на една од стабилните Лагранжови точки Земја-Сонце (или или ) и се оддалечил од својата позиција. Месечините на заднептунските објекти на Плутон (Харон) и Орк (Вант) можеби се образувале со помош на голем судир: системите Плутон-Харон, Орк-Вант и Земја-Месечина се невообичаени во Сончевиот Систем по тоа што сателитот масата е најмалку 1% од онаа на поголемото тело.
5 Иднина
Астрономите проценуваат дека моменталната состојба на Сончевиот Систем нема драстично да се промени додека Сонцето не го спои речиси целото водородно гориво во неговото јадро во хелиум, започнувајќи го својот развој од главната низа на Херцшпрунг-Раселовиот дијаграм и во фазата на црвениот џин. Сончевиот Систем ќе продолжи да се развива дотогаш. На крајот, Сонцето веројатно ќе се прошири доволно за да ги совлада внатрешните планети (Меркур, Венера, можеби и Земјата), но не и надворешните планети, вклучувајќи ги Јупитер и Сатурн. Потоа, Сонцето би се намалило на големина на бело џуџе, а надворешните планети и нивните месечини би продолжиле да кружат околу овој минијатурен сончев остаток. Овој иден развој може да биде сличен на забележаното детектирање на MOA-2010-BLG-477L b, вонсончева планета со големина на Јупитер која кружи околу својата бела џуџеста ѕвезда MOA-2010-BLG-477L .
5.1 Долгорочна стабилност
Сончевиот Систем е хаотичен во временските размери од милион и милијарди години, со орбитите на планетите отворени за долгорочни варијации. Еден значаен пример за овој хаос е системот Нептун-Плутон, кој лежи во орбитална резонанца 3:2. Иако самата резонанца ќе остане стабилна, станува невозможно да се предвиди позицијата на Плутон со кој било степен на точност повеќе од 10-20 милиони години во иднината. Друг пример е Земјиниот осен наклон, кое поради триењето кое се подигнува во обвивката на Земјата со плимните интеракции со Месечината, е непресметливо од одреден момент помеѓу 1,5 и 4,5 милијарди години од сега.
Орбитите на надворешните планети се хаотични во подолги временски размери, со лјапуновско време во опсег од 2-230 милиони години. Во сите случаи тоа значи дека позицијата на планетата долж нејзината орбита на крајот станува невозможно да се предвиди со секаква сигурност (така, на пример, времето на зимата и летото стануваат неизвесни), но во некои случаи самите орбити може драматично да се променат. Таквиот хаос најсилно се манифестира како промени во ексцентричноста, при што орбитите на некои планети стануваат значително повеќе или помалку елипсовидни.
Сончевиот Систем е стабилен по тоа што ниту една од планетите најверојатно нема да се судри една со друга или да биде исфрлена од системот во следните неколку милијарди години. Надвор од ова, во рок од пет милијарди години или повеќе, ексцентричноста на Марс може да порасне на околу 0,2, така што тој лежи на орбитата што ја преминува Земјата, што ќе доведе до потенцијален судир. Во истиот временски период, ексцентричноста на Меркур може да порасне уште повеќе, а блиската средба со Венера теоретски би можела целосно да ја исфрли од Сончевиот Систем или да ја испрати на патека на судир со Венера или Земјата. Ова може да се случи во рок од милијарда години, според нумеричките симулации во кои орбитата на Меркур е нарушена.
5.2 Системи Месечина-прстен
Развојот на месечевите системи е водена од плимните сили. Месечината ќе подигне плимна испакнатост во објектот што орбитира (примарниот) поради диференцијалната гравитациска сила низ пречникот на примарната. Ако месечината се врти во иста насока како и ротацијата на планетата и планетата ротира побрзо од орбиталниот период на Месечината, испакнатоста постојано ќе се влече пред Месечината.
Земјата и нејзината Месечина се еден пример за оваа конфигурација. Денес, Месечината е плимно сврзана за Земјата; една од нејзините вртежи околу Земјата (во моментов околу 29 дена) е еднаква на една нејзина ротација околу нејзината оска, така што секогаш покажува едно лице кон Земјата. Месечината ќе продолжи да се повлекува од Земјата, а вртењето на Земјата ќе продолжи постепено да се забавува. Други примери се галилеевите месечини на Јупитер (како и многу помали месечини на Јупитер) и повеќето од поголемите месечини на Сатурн.
Не постои консензус за механизмот на образување на прстените на Сатурн. Иако теоретските модели покажале дека прстените најверојатно се образувале рано во историјата на Сончевиот Систем, податоците од вселенското летало ''Касини-Хајгенс'' сугерираат дека тие се образувале релативно доцна.
5.3 Сонцето и планетарните средини
На долг рок, најголемите промени во Сончевиот Систем ќе дојдат од промените на самото Сонце како што старее. Како што Сонцето гори преку снабдувањето со водородно гориво, станува пожешко и го согорува преостанатото гориво уште побрзо. Како резултат на тоа, Сонцето станува посветло со брзина од десет проценти на секои 1,1 милијарди години. За околу 600 милиони години, светлината на Сонцето ќе го наруши јаглеродниот циклус на Земјата до точка каде што дрвјата и шумите (C3 фотосинтетичкиот растителен свет) повеќе нема да можат да преживеат; и за околу 800 милиони години, Сонцето ќе го убие целиот комплексен живот на површината на Земјата и во океаните. За 1,1 милијарда години, зголеменото зрачење на Сонцето ќе предизвика нејзината околуѕвездена зона погодна за живот да се движи кон надвор, што ќе ја направи површината на Земјата премногу жешка за природно да постои течна вода. Во овој момент, целиот живот ќе се сведе на едноклеточни организми. Испарувањето на водата, моќен стакленички гас, од површината на океаните може да го забрза зголемувањето на температурата, што потенцијално ќе стави крај на целиот живот на Земјата уште порано. За тоа време, можно е со постепено зголемување на температурата на површината на Марс, јаглерод диоксид и вода моментално замрзнати под површинскиот реголит да се испуштат во атмосферата, создавајќи ефект на стаклена градина што ќе ја загрева планетата додека не постигне услови паралелни со Земјата денес, обезбедувајќи потенцијално идно живеалиште за живот. За 3,5 милијарди години од сега, условите на површината на Земјата ќе бидат слични на оние на Венера денес.
За околу 5,4 милијарди години од денес, јадрото на Сонцето ќе стане доволно жешко за да предизвика јадрено соединување на водород во неговата околна обвивка. Ова ќе предизвика надворешните слоеви на ѕвездата значително да се прошират, а ѕвездата ќе влезе во фаза од својот живот во која се нарекува црвен џин. Во рок од 7,5 милијарди години, Сонцето ќе се прошири до полупречник од 1,2 AU-256 пати поголема од нејзината сегашна големина. На врвот на гранката на црвениот џин, како резултат на значително зголемената површина, површината на Сонцето ќе биде многу поладна (околу 2600 К) од сега и неговата осветленост многу поголема - до 2.700 од сегашните сончеви осветлености. За дел од својот живот на црвениот џин, Сонцето ќе има силен ѕвезден ветер кој ќе однесе околу 33% од неговата маса. За време на овие времиња, можно е Сатурновата месечина Титан да постигне температури на површината неопходна за одржување на животот.
Како што Сонцето се шири, тоа ќе ги проголта планетите Меркур и Венера. Судбината на Земјата е помалку јасна; иако Сонцето ќе ја обвие тековната Земјина орбита, губењето на масата на ѕвездата (а со тоа и послабата гравитација) ќе предизвика орбитите на планетите да се движат подалеку. Да било само ова, Венера и Земјата веројатно ќе го избегнат согорувањето, но една студија од 2008 година сугерира дека Земјата најверојатно ќе биде проголтана како резултат на плимните интеракции со слабо врзаната надворешна обвивка на Сонцето.
По фазата на проширување, зоната погодна за живеење ќе се префрли подлабоко во надворешниот Сончев Систем и Кајперовиот Појас. Ова значи дека температурите на површината на Плутон и Харон ќе бидат доволно високи за мразот на водата да се сублимира во пареа. Површинските температури на Плутон и Харон би биле 0 °C. (Водениот мраз се сублимира при пониски атмосферски притисоци). Дотогаш Плутон веќе би ја изгубил својата обвивка на метан како резултат на сублимација. Но, Плутон ќе биде премногу мал и нема магнетно поле за да спречи јони со висока енергија да удрат во неговата атмосфера за да може да одржува густа атмосфера со оглед на тоа што сончевата активност драстично ќе се зголеми кога сонцето ќе умре. Плутон и Харон ќе ја изгубат својата дифузна водена атмосфера во вселената, оставајќи изложено карпесто јадро. И двете ќе изгубат 30%-40% од својата маса.
Постепено, водородот што гори во обвивката околу сончевото јадро ќе ја зголеми масата на јадрото додека не достигне околу 45% од сегашната сончева маса. Во овој момент густината и температурата ќе станат толку високи што ќе започне соединувањето на хелиумот во јаглерод, што ќе доведе до хелиумски блесок; Сонцето ќе се намали од околу 250 на 11 пати повеќе од неговиот сегашен полупречник (главна низа). Следствено, неговата сјајност ќе се намали од околу 3.000 на 54 пати повеќе од сегашното ниво, а температурата на површината ќе се зголеми на околу 4770 К. Сонцето ќе стане хоризонтален џин, кој согорува хелиум во неговото јадро на стабилен начин слично како што согорува водород денес. Фазата на спојување на хелиум ќе трае само 100 милиони години. На крајот, ќе мора повторно да прибегне кон резервите на водород и хелиум во неговите надворешни слоеви и ќе се прошири по втор пат, претворајќи се во она што е познато како асимптотски џин. Овде сјајноста на Сонцето повторно ќе се зголеми, достигнувајќи околу 2.090 сегашни сјајности, и ќе се олади на околу 3500 K. Оваа фаза би траела околу 30 милиони години, по што во текот на уште 100.000 години, преостанатите надворешни слоеви на Сонцето ќе паднат, исфрлајќи огромен прилив на материја во вселената и образувајќи ореол познат како планетарна маглина. Исфрлениот материјал ќе содржи хелиум и јаглерод произведени од јадрените реакции на Сонцето, продолжувајќи го збогатувањето на меѓуѕвездената средина со тешки елементи за идните генерации ѕвезди.
Ова е релативно мирен настан, ништо слично на супернова, на која Сонцето е премногу мало за да се подложи како дел од неговиот развој. Секој набљудувач присутен за да биде сведок на оваа појава би видел огромно зголемување на брзината на сончевиот ветер, но не доволно за целосно уништување на планетата. Сепак, губењето на масата на ѕвездата би можело да ги испрати орбитите на преживеаните планети во хаос, предизвикувајќи некои да се судираат, други да бидат исфрлени од Сончевиот Систем, а трети да бидат растргнати од плимните интеракции. Потоа, сè што ќе остане од Сонцето ќе биде бело џуџе, необично густ објект, 54% од неговата првобитна маса, но само колку Земјата. Првично, ова бело џуџе може да биде 100 пати толку светло колку што е сега Сонцето. Целосно ќе се состои од дегенериран јаглерод и кислород, но никогаш нема да достигне температура доволно висока за да ги спои овие елементи. Така, белото џуџе Сонце постепено ќе се лади, станувајќи сè потемнето и потемнето.
Како што умира Сонцето, неговата гравитациска сила на телата кои орбитираат како што се планетите, кометите и астероидите ќе ослабне поради губењето на неговата маса. Орбитите на сите преостанати планети ќе се прошират; ако Венера, Земјата и Марс сè уште постојат, нивните орбити ќе лежат приближно на 1,4 ае, 1.9 ае и 2.8 ае. Тие и другите преостанати планети ќе станат темни, ладени лушпи, целосно лишени од каква било форма на живот. Тие ќе продолжат да кружат околу својата ѕвезда, нивната брзина е намалена поради зголеменото растојание од Сонцето и намалената гравитација на Сонцето. Две милијарди години подоцна, кога Сонцето ќе се олади до опсегот 6000–8000K, јаглеродот и кислородот во јадрото на Сонцето ќе замрзнат, при што над 90% од неговата преостаната маса ќе претпостави кристална структура. На крајот, по околу 1 квадрилион години, Сонцето конечно ќе престане да свети целосно, станувајќи црно џуџе.
6 Галактичка интеракција
Сончевиот Систем патува сам низ Млечниот Пат во кружна орбита приближно 30.000 светлосни години од Галактичкото Средиште. Неговата брзина е околу 220 км/с. Периодот потребен за Сончевиот Систем да заврши една обиколка околу Галактичкото Средиште, галактичката година, е во опсег од 220-250 милиони години. Од неговиот настанок, Сончевиот Систем има завршено најмалку 20 такви револуции.
Различни научници шпекулираат дека патеката на Сончевиот Систем низ галаксијата е фактор во периодичноста на масовните изумирања забележани во фосилните записи на Земјата. Една хипотеза претпоставува дека вертикалните осцилации направени од Сонцето додека кружи околу Галактичкото Средиште предизвикуваат редовно поминување низ галактичката рамнина. Кога орбитата на Сонцето го носи надвор од галактичкиот диск, влијанието на галактичката плима е послабо; како што повторно влегува во галактичкиот диск, како и на секои 20–25 милиони години, тој е под влијание на далеку посилната „плима на дискот“, кои, според математичките модели, го зголемуваат флуксот на комети од Ортовиот Облак во Сончевиот Систем за фактор 4, што доведува до масовно зголемување на веројатноста за разорно влијание.
Сепак, други тврдат дека Сонцето моментално е блиску до галактичката рамнина, а сепак последниот голем настан на изумирање бил пред 15 милиони години. Затоа, вертикалната положба на Сонцето не може сама да ги објасни таквите периодични изумирања, и дека изумирањето наместо тоа се случува кога Сонцето минува низ спиралните краци на галаксијата. Спиралните краци се дом не само на поголем број молекуларни облаци, чија гравитација може да го искриви Ортовиот Облак, туку и на повисоки концентрации на светло сини џинови, кои живеат релативно кратки периоди, а потоа силно експлодираат како супернови.
6.1 Галактички судир и планетарно нарушување
Иако огромното мнозинство галаксии во Универзумот се оддалечуваат од Млечниот Пат, галаксијата Андромеда, најголемиот член на локалната група галаксии, се движи кон него на околу 120 км/ч. По 4 милијарди години, Андромеда и Млечниот Пат ќе се судрат, предизвикувајќи и двете да се изобличуваат додека плимните сили ги искривуваат нивните надворешни краци во огромни плимни опашки. Ако се случи ова почетно нарушување, астрономите пресметуваат 12% шанса Сончевиот Систем да биде повлечен нанадвор во плимната опашка на Млечниот Пат и 3% шанса да стане гравитациски врзан за Андромеда, а со тоа и дел од таа галаксија. По натамошната серија на удари со поглед, за време на кои веројатноста за исфрлање на Сончевиот Систем се зголемува до 30%, супермасивните црни дупки на галаксиите ќе се спојат. На крајот, за околу 6 милијарди години, Млечниот Пат и Андромеда ќе го завршат нивното спојување во џиновска елипсовидна галаксија. За време на спојувањето, ако има доволно гас, зголемената гравитација ќе го присили гасот до центарот на елиптичната галаксија што се образува. Ова може да доведе до краток период на интензивна образба на ѕвезди. Покрај тоа, гасот што паѓа ќе ја нахрани новообразуваната црна дупка, преобразувајќи ја во активно галактичко јадро. Силата на овие интеракции најверојатно ќе го турка Сончевиот Систем во надворешниот ореол на новата галаксија, оставајќи ја релативно неповредена од зрачењето од овие судири.
Вообичаена заблуда е дека овој судир ќе ги наруши орбитите на планетите во Сончевиот Систем. Иако е вистина дека гравитацијата на ѕвездите што поминуваат може да ги одвои планетите во меѓуѕвездениот простор, растојанијата меѓу ѕвездите се толку големи што веројатноста за судир на Млечниот Пат-Андромеда да предизвика такво нарушување на секој поединечен ѕвезден систем е занемарлива. Иако Сончевиот Систем како целина може да биде погоден од овие настани, Сонцето и планетите не се очекува да бидат вознемирени.
Меѓутоа, со текот на времето, кумулативната веројатност за случајна средба со ѕвезда се зголемува, а нарушувањето на планетите станува неизбежно. Претпоставувајќи дека не се случуваат сценарија за ''Голема Криза'' или ''Голем Раскин'' за крајот на Универзумот, пресметките сугерираат дека гравитацијата на ѕвездите што поминуваат целосно ќе го одземе мртвото Сонце од неговите преостанати планети во рок од 1 квадрилиони години. Оваа точка го означува крајот на Сончевиот Систем. Иако Сонцето и планетите може да преживеат, Сончевиот Систем, во која било значајна смисла, ќе престане да постои.
7 Хронологија
Временската рамка на образбата на Сончевиот Систем е одредена со помош на радиометриско датирање. Научниците проценуваат дека Сончевиот Систем е стар 4,6 милијарди години. Најстарите познати минерални зрна на Земјата се приближно стари 4,4 милијарди години. Вака старите карпи се ретки, бидејќи површината на Земјата постојано се преобликува поради ерозија, вулканизам и тектоника на плочи. За да ја проценат староста на Сончевиот Систем, научниците користат метеорити, кои се образувале за време на раната кондензација на сончевата маглина. Скоро сите метеорити се најдени на возраст од 4,6 години милијарди години, што сугерира дека Сончевиот Систем мора да биде барем толку стар.
Студиите на дисковите околу други ѕвезди, исто така, направиле многу за да се утврди временската рамка за образба на Сончевиот Систем. Ѕвездите стари меѓу еден и три милиони години имаат дискови богати со гас, додека дисковите околу ѕвездите повеќе од 10 милиони години немаат гас, што сугерира дека џиновските планети во нив престанале да се образуваат.
+Хронологија на настанокот и развојот на Сончевиот Систем, Фаза, Време од настанок на Сонцето, Време од сегашноста (приближно), Настан
Пред-Сончев Систем, Милијарди години пред образувањето на Сончевиот Систем, Над 4,6 милијарда години (по), Претходните генерации ѕвезди живеат и умираат, вбризгувајќи тешки елементи во меѓуѕвездената средина од кој се образувал Сончевиот Систем.
~ 50 милиони години пред образувањето на Сончевиот Систем, 4.6 од страна, Ако Сончевиот Систем се образувал во ѕвездообразбена област слична на маглината Орион, се образуваат најмасивните ѕвезди, ги живеат своите животи, умираат и експлодираат во супернова. Една посебна супернова, наречена ''примарна супернова'', веројатно го активира образувањето на Сончевиот Систем.
Образување на Сонцето, 0-100.000 години, 4.6 од страна, Се образува претсончева маглина и почнува да се урива. Сонцето почнува да се образува.
100.000 – 50 милиони години, 4.6 од страна, Сонцето е протоѕвезда, Ѕвезда од типот на T Бик.
100.000 - 10 милиони години, 4.6 од страна, До 10 милиони години, гасот во протопланетарниот диск е издуван, а образбата на надворешната планета е веројатно завршена.
10 милиони - 100 милиони години, 4,5-4,6 од страна, Се образуваат копнени планети и Месечина. Се случуваат џиновски удари. Водата се појавува на Земјата.
Главна низа, 50 милиони години, 4.5 од страна, Сонцето станува ѕвезда од главната низа.
200 милиони години, 4.4 од страна, Образувани се најстарите познати карпи на Земјата.
500 милиони – 600 милиони години, 4,0-4,1 од страна, Резонанца во орбитите на Јупитер и Сатурн го придвижува Нептун во Кајперовиот Појас. Доцното тешко бомбардирање се случува во внатрешниот Сончев Систем.
800 милиони години, 3.8 од страна, Најстариот познат живот на Земјата.
4,6 милијарди години, Денес, Сонцето останува ѕвезда од главната низа.
6 милијарди години, 1,4 милијарди години во иднината, Населената зона на Сонцето се движи надвор од Земјината орбита, веројатно префрлајќи се на орбитата на Марс.
7 милијарди години, 2,4 милијарди години во иднината, Млечниот Пат и галаксијата Андромеда почнуваат да се судираат. Мала шанса дека Сончевиот Систем може да биде заробен од Андромеда пред двете галаксии целосно да се спојат.
Пост-главна низа, 10 милијарди – 12 милијарди години, 5-7 милијарди години во иднината, Сонцето го споил целиот водород во јадрото и почнува да согорува водород во обвивката што го опкружува неговото јадро, со што завршува неговиот животен век на главната низа. Сонцето почнува да се искачува на црвено-џиновската гранка на дијаграмот Херцшпрунг-Раселов, станувајќи драматично посветло (со фактор до 2.700), поголемо (фактор до 250 во полупречник) и постудено (до 2600 K): Сонцето сега е црвен џин. Меркур, Венера и можеби Земјата се проголтани.
~ 12 милијарди години, ~ 7 милијарди години во иднината, Сонцето минува низ фазите со хоризонтална гранка и асимптотска гранка на џинови (АГЏ) што гори хелиум, губејќи вкупно ~ 30% од својата маса во сите фази после главната низа. Фазата на АГЏ завршува со исфрлање на нејзините надворешни слоеви како планетарна маглина, оставајќи го густото јадро на Сонцето зад себе како бело џуџе.
Преостанатото Сонце, ~ 1 квадрилион години (10 <sup>15</sup> години), ~ 1 квадрилион години иднината, Сонцето се лади до 5 К. Гравитацијата на ѕвездите што поминуваат ги одвојува планетите од орбитите. Сончевиот Систем престанува да постои.