منذ زمن بعيد ، كان البشر يبحثون عن إجابة لكيفية ظهور الكون. ومع ذلك ، فقد كانت خلال القرون القليلة الماضية فقط ، مع الثورة العلمية ، أن النظريات السائدة كانت تجريبية بطبيعتها. خلال هذا الوقت ، من القرن السادس عشر إلى القرن الثامن عشر ، بدأ علماء الفلك والفيزياء في صياغة تفسيرات قائمة على الأدلة لكيفية بدء الشمس والكواكب والكون.
عندما يتعلق الأمر بتكوين نظامنا الشمسي ، يُعرف الرأي الأكثر قبولًا على نطاق واسع باسم فرضية سديم . في جوهرها ، تنص هذه النظرية على أن الشمس والكواكب وجميع الأجسام الأخرى في النظام الشمسي تشكلت من مادة غامضة منذ مليارات السنين. تم اقتراح هذه النظرية في الأصل لشرح أصل النظام الشمسي ، وقد أصبحت وجهة نظر مقبولة على نطاق واسع لكيفية ظهور جميع الأنظمة النجمية.
فرضية سديم:
وفقًا لهذه النظرية ، بدأت الشمس وجميع كواكب نظامنا الشمسي كسحابة عملاقة من الغاز الجزيئي والغبار. ثم ، منذ حوالي 4.57 مليار سنة ، حدث شيء تسبب في انهيار السحابة. قد يكون هذا نتيجة مرور نجم ، أو موجات صدمة من مستعر أعظم ، لكن النتيجة النهائية كانت انهيار الجاذبية في مركز السحابة.
من هذا الانهيار ، بدأت جيوب من الغبار والغاز تتجمع في مناطق أكثر كثافة. نظرًا لأن المناطق الأكثر كثافة تسحب المزيد والمزيد من المادة ، فقد تسبب الحفاظ على الزخم في بدء دورانها ، بينما تسبب الضغط المتزايد في تسخينها. انتهى المطاف بمعظم المادة على شكل كرة في المركز بينما سوت باقي المادة لتصبح قرصًا يدور حولها. بينما تشكل الكرة في المركز الشمس ، تتشكل المادة المتبقية في قرص الكواكب الأولية .
تشكلت الكواكب عن طريق التراكم من هذا القرص ، حيث انجذب الغبار والغاز معًا واتحدوا ليشكلوا أجسامًا أكبر من أي وقت مضى. نظرًا لارتفاع نقاط الغليان ، يمكن أن توجد المعادن والسيليكات فقط في شكل صلب بالقرب من الشمس ، وستشكل في النهاية الكواكب الأرضية لـ الزئبق و كوكب الزهرة و الارض ، و المريخ . نظرًا لأن العناصر المعدنية كانت تشكل جزءًا صغيرًا جدًا من السديم الشمسي ، فإن الكواكب الأرضية لا يمكن أن تنمو بشكل كبير جدًا.
في المقابل ، فإن الكواكب العملاقة ( كوكب المشتري و زحل و أورانوس ، و نبتون ) تشكلت وراء النقطة بين مداري المريخ والمشتري حيث تكون المادة باردة بدرجة كافية لتبقى المركبات الجليدية المتطايرة صلبة (أي خط الصقيع ). كانت الجليد الذي شكل هذه الكواكب أكثر وفرة من المعادن والسيليكات التي شكلت الكواكب الأرضية الداخلية ، مما سمح لها بالنمو بشكل كبير بما يكفي لالتقاط أغلفة جوية كبيرة من الهيدروجين والهيليوم. تجمعت الحطام المتبقي الذي لم يصبح كواكبًا في مناطق مثل حزام الكويكبات و كوبر بيلت ، و سحابة أورت .
انطباع الفنان عن النظام الشمسي المبكر ، حيث أدى الاصطدام بين الجسيمات في قرص تراكمي إلى تكوين الكواكب الصغيرة وفي النهاية الكواكب. الائتمان: NASA / JPL-Caltech
في غضون 50 مليون سنة ، أصبح ضغط وكثافة الهيدروجين في مركز النجم الأولي كبيرًا بما يكفي لبدء الاندماج النووي الحراري. زادت درجة الحرارة ومعدل التفاعل والضغط والكثافة حتى التوازن الهيدروستاتيكي تم تحقيقه. في هذه المرحلة ، أصبحت الشمس نجمًا رئيسيًا في التسلسل. خلقت الرياح الشمسية القادمة من الشمس الغلاف الشمسي وجرفت الغاز والغبار المتبقيين من قرص الكواكب الأولية إلى الفضاء بين النجوم ، مما أدى إلى إنهاء عملية تكوين الكواكب.
تاريخ فرضية السديم:
تم اقتراح فكرة أن النظام الشمسي نشأ من سديم لأول مرة في عام 1734 من قبل العالم واللاهوتي السويدي إيمانوال سويدنبورج. قام إيمانويل كانط ، الذي كان على دراية بعمل سويدنبورج ، بتطوير النظرية ونشرها في كتابهالتاريخ الطبيعي العالمي ونظرية السماوات(1755). في هذه الرسالة ، قال إن السحب الغازية (السدم) تدور ببطء ، وتنهار تدريجياً وتتسطح بسبب الجاذبية وتشكل النجوم والكواكب.
تم اقتراح نموذج مشابه ولكنه أصغر وأكثر تفصيلاً من قبل بيير سيمون لابلاس في أطروحتهشرح لنظام duالعالمية(شرح لنظام العالم) ، الذي أصدره في عام 1796. افترض لابلاس أن الشمس لها في الأصل غلاف جوي ساخن ممتد في جميع أنحاء النظام الشمسي ، وأن هذه 'السحابة النجمية الأولية' تبرد وتقلصت. عندما تدور السحابة بسرعة أكبر ، تخلصت من المواد التي تكثفت في النهاية لتشكل الكواكب.
سديم Sh 2-106 (أو S106 باختصار) ، منطقة تشكل نجمية متراصة في كوكبة الدجاجة (البجعة). الائتمان: ناسا / وكالة الفضاء الأوروبية
تم قبول نموذج لابلاسيا السديم على نطاق واسع خلال القرن التاسع عشر ، ولكن واجهته بعض الصعوبات الواضحة. كانت القضية الرئيسية هي توزيع الزخم الزاوي بين الشمس والكواكب ، وهو ما لم يستطع النموذج السديم تفسيره. بالإضافة إلى ذلك ، أكد العالم الاسكتلندي جيمس كلارك ماكسويل (1831-1879) أن سرعات الدوران المختلفة بين الأجزاء الداخلية والخارجية للحلقة لا يمكن أن تسمح بتكثيف المادة.
تم رفضه أيضًا من قبل عالم الفلك السير ديفيد بروستر (1781 - 1868) ، حيث قال:
'أولئك الذين يؤمنون بالنظرية السدمية يعتبرون أنه من المؤكد أن أرضنا قد اشتقت مادتها الصلبة وغلافها الجوي من حلقة ألقيت من الغلاف الجوي الشمسي ، والتي انقلبت بعد ذلك إلى كرة صلبة تيراكية ، والتي أُلقي منها القمر بنفسه. عملية ... [في ظل هذه الرؤية] يجب أن يكون القمر بالضرورة قد حمل الماء والهواء من الأجزاء المائية والجوية للأرض ويجب أن يكون له غلاف جوي. '
بحلول أوائل القرن العشرين ، لم يعد نموذج لابلاسيا محبوبًا ، مما دفع العلماء للبحث عن نظريات جديدة. ومع ذلك ، لم يظهر حتى سبعينيات القرن الماضي البديل الحديث والأكثر قبولًا على نطاق واسع لفرضية السديم - نموذج القرص السديم الشمسي (SNDM). يعود الفضل في ذلك إلى عالم الفلك السوفيتي فيكتور سافرونوف وكتابهتطور سحابة الكواكب الأولية وتكوين الأرض والكواكب(1972).في هذا الكتاب ، تمت صياغة جميع المشكلات الرئيسية تقريبًا لعملية تكوين الكواكب وتم حل العديد منها.
https://upload.على سبيل المثال ، نجح نموذج SNDM في شرح مظهر أقراص التراكم حول الأجسام النجمية الشابة. أظهرت عمليات المحاكاة المختلفة أيضًا أن تراكم المواد في هذه الأقراص يؤدي إلى تكوين عدد قليل من الأجسام بحجم الأرض. وبالتالي فإن أصل الكواكب الأرضية يعتبر الآن مشكلة شبه محلولة.
بينما تم تطبيقه في الأصل فقط على النظام الشمسي ، اعتقد المنظرون لاحقًا أن SNDM تعمل في جميع أنحاء الكون ، وقد تم استخدامها لشرح تكوين العديد من الكواكب الخارجية التي تم اكتشافها في جميع أنحاء مجرتنا.
مشاكل:
على الرغم من قبول نظرية السدم على نطاق واسع ، إلا أنه لا تزال هناك مشاكل لم يتمكن علماء الفلك من حلها. على سبيل المثال ، هناك مشكلة محاور مائلة. وفقًا لنظرية السديم ، يجب إمالة جميع الكواكب حول النجم بنفس الطريقة بالنسبة لمسير الشمس. ولكن كما تعلمنا ، فإن الكواكب الداخلية والكواكب الخارجية لها إمالات محورية مختلفة اختلافًا جذريًا.
في حين أن الكواكب الداخلية تتراوح من 0 درجة تقريبًا ، فإن الكواكب الأخرى (مثل الأرض والمريخ) مائلة بشكل كبير (23.4 درجة و 25 درجة ، على التوالي) ، وتمتلك الكواكب الخارجية إمالة تتراوح من ميل طفيف للمشتري بمقدار 3.13 درجة ، إلى زحل ونبتون أكثر تميل واضحة (26.73 درجة و 28.32 درجة) ، إلى أقصى درجات الميل لأورانوس بمقدار 97.77 درجة ، حيث يواجه أقطابها باستمرار نحو الشمس.
قائمة بالكواكب الخارجية التي يحتمل أن تكون صالحة للسكن ، مقدمة من مختبر الكواكب للسكنية. الائتمان: phl.upr.edu
أيضًا ، سمحت دراسة الكواكب خارج المجموعة الشمسية للعلماء بملاحظة المخالفات التي تلقي بظلال من الشك على فرضية السديم. بعض هذه المخالفات لها علاقة بوجود 'كواكب المشترى الساخنة' التي تدور بالقرب من نجومها بفترات لا تتجاوز بضعة أيام. قام علماء الفلك بتعديل فرضية السديم لتأخذ في الحسبان بعض هذه المشاكل ، لكنهم لم يعالجوا بعد جميع الأسئلة البعيدة.
للأسف ، يبدو أن الأسئلة التي تتعلق بالأصول هي الأصعب من حيث الإجابة. فقط عندما نعتقد أن لدينا تفسيرًا مرضيًا ، تظل هناك تلك المشكلات المزعجة التي لا يمكن تفسيرها. ومع ذلك ، فقد قطعنا شوطًا طويلاً بين النماذج الحالية لتشكيل النجوم والكواكب وولادة كوننا. نظرًا لأننا نتعلم المزيد عن أنظمة النجوم المجاورة واستكشاف المزيد من الكون ، فمن المرجح أن تنضج نماذجنا أكثر.
لقد كتبنا العديد من المقالات حول النظام الشمسي هنا في Universe Today. هنا النظام الشمسي و هل بدأ نظامنا الشمسي بانفجار صغير؟ ، و ماذا كان هنا قبل النظام الشمسي؟
لمزيد من المعلومات ، تأكد من إطلاعك أصل النظام الشمسي و كيف تكونت الشمس والكواكب .
لدى Astronomy Cast أيضًا حلقة حول هذا الموضوع - الحلقة 12: من أين يأتي Baby Stars؟