מאז ימי קדם, בני האדם חיפשו את התשובה כיצד היקום היה. עם זאת, רק במאות האחרונות, עם המהפכה המדעית, התיאוריות השולטות היו אמפיריות באופיין. בתקופה זו, מהמאות ה -16 עד ה -18, החלו אסטרונומים ופיזיקאים לנסח הסברים מבוססי ראיות כיצד החלה השמש שלנו, כוכבי הלכת והיקום.
בכל הקשור להיווצרות מערכת השמש שלנו, התפיסה המקובלת ביותר ידועה בשם ההיפותזה הערפילית. בתמצית, תיאוריה זו קובעת כי השמש, כוכבי הלכת וכל שאר האובייקטים במערכת השמש נוצרו מחומר ערמומי לפני מיליארדי שנים. במקור שהוצע להסביר את מקור מערכת השמש, תאוריה זו הפכה להיות השקפה מקובלת על האופן שבו כל מערכות הכוכבים התגלו.
השערה ערפילית:
על פי תיאוריה זו, השמש וכל כוכבי הלכת של מערכת השמש שלנו החלו כענן ענק של גז ואבק מולקולרי. ואז, לפני 4.57 מיליארד שנה, קרה משהו שגרם לענן להתמוטט. זה יכול היה להיות תוצאה של כוכב חולף, או גלי הלם מסופרנובה, אך התוצאה הסופית הייתה התמוטטות כבידה במרכז הענן.
מההתמוטטות הזו החלו להתאסף כיסים של אבק וגז למחוזות צפופים יותר. ככל שהאזורים הצפופים יותר משכו יותר ויותר חומר, שימור המומנטום גרם לו להתחיל להסתובב, ואילו הלחץ הגובר גרם לו להתחמם. רוב החומר הסתיים בכדור במרכזו כששאר העניין התפשט לדיסק שמסתובב סביבו. בזמן שהכדור במרכז יצר את השמש, יתר החומר ייווצר לדיסק הפרוטופלאטרי.
כוכבי הלכת שנוצרו על ידי התקרבות מהדיסק הזה, בהם אבק וגז נמשכו יחד והתלכדו ויצרו גופים גדולים יותר ויותר. בגלל נקודות הרתיחה הגבוהות שלהם, רק מתכות וסיליקטים יכלו להתקיים בצורה מוצקה קרוב יותר לשמש, ואלה יהוו בסופו של דבר את כוכבי הלכת היבשתיים של מרקורי, ונוס, כדור הארץ ומאדים. מכיוון שאלמנטים מתכתיים היו רק חלק קטן מאוד מערפילית השמש, כוכבי הלכת היבשתיים לא יכלו לגדול גדולים מאוד.
לעומת זאת כוכבי הלכת הענקיים (יופיטר, שבתאי, אורנוס ונפטון) נוצרו מעבר לנקודה שבין מסלולי מאדים ויופיטר, שם החומר קריר דיו כדי שתרכובות קרחיות נדיפות יישארו יציבות (כלומר קו הכפור). הקלים שיצרו את כוכבי הלכת הללו היו בשפע יותר מהמתכות והסיליקאטים שיצרו את כוכבי הלכת הפנימיים היבשתיים, מה שמאפשר להם לצמוח מסיבי מספיק כדי לתפוס אטמוספרות גדולות של מימן והליום. פסולת שאריות שמעולם לא הפכה לכוכבי לכת שהתאספו באזורים כמו חגורת האסטרואידים, חגורת קויפר ועודן ענן.
תוך 50 מיליון שנה הלחץ והצפיפות של המימן במרכז הפרוטוסטאר הפכו גדולים מספיק כדי שהוא יתחיל להתמזג תרמו-גרעיני. הטמפרטורה, קצב התגובה, הלחץ והצפיפות עלו עד להשגת שיווי משקל הידרוסטטי. בשלב זה הפכה השמש לכוכבת ברצף הראשי. הרוח השמשית מהשמש יצרה את האליוספרה וסחפה את שארית הגז והאבק מהדיסק הפרוטו-פלנטרי לחלל הבין-כוכבי, וסיימה את תהליך ההיווצרות הפלנטרית.
היסטוריה של ההשערה הערפילית:
הרעיון שמערכת השמש מקורו בערפילית הוצע לראשונה בשנת 1734 על ידי המדען והתיאולוג השבדי Emanual Swedenborg. עמנואל קאנט, שהכיר את עבודתו של סוודיהבורג, פיתח את התיאוריה עוד יותר ופרסם אותה בעבודתו היסטוריה טבעית אוניברסלית ותורת השמים(1755). בעבודה זו טען כי עננים גזים (ערפיליות) מסתובבים אט אט, קורסים ומתשטחים בהדרגה עקב כוח הכובד ויוצרים כוכבים וכוכבי לכת.
מודל דומה אך קטן יותר ומפורט יותר הוצע על ידי פייר-סימון לאפלס במסגרת עבודתו התערוכה du system du מונד (תערוכת מערכת העולם) שאותה שחרר בשנת 1796. לפלס תיאר כי לשמש במקור הייתה אווירה חמה מורחבת בכל מערכת השמש, וכי "ענן הפרוטוסטאר" הזה התקרר והתכווץ. ככל שהענן הסתובבה במהירות רבה יותר, היא זרקה חומר שבסופו של דבר התעבה ליצירת כוכבי הלכת.
המודל הערבי הלפלקי התקבל באופן נרחב במהלך המאה ה -19, אך היו לו קשיים בולטים למדי. הנושא העיקרי היה חלוקת המומנטום הזוויתי בין השמש לכוכבי לכת, מה שהמודל הערפילי לא הצליח להסביר. בנוסף, המדען הסקוטי ג'יימס קלקר מקסוול (1831 - 1879) טען כי מהירויות סיבוב שונות בין החלקים הפנימיים והחיצוניים של הטבעת לא יכולות לאפשר עיבוי של חומר.
זה נדחה גם על ידי האסטרונום סר דייוויד ברוסטר (1781 - 1868), אשר הצהיר כי:
"אלה המאמינים בתאוריה הערפילית רואים זאת בטוח כי כדור הארץ שלנו נגזר את החומר המוצק שלו ואת האטמוספרה שלו מטבעת שנזרקה מהאטמוספרה הסולארית, אשר לאחר מכן התכווצה לתחום טרקי ומוצק ממנו ירח הירח על ידי אותו תהליך ... [תחת השקפה כזו] הירח חייב בהכרח להעביר מים ואוויר מהחלקים המימיים והאוויריים של כדור הארץ ועליו להיות אטמוספרה. "
בראשית המאה העשרים נפל המודל הלפלקיאני לטובתו, מה שהניע את המדענים לחפש תיאוריות חדשות. עם זאת, רק בשנות השבעים התגלה הגרסא המודרנית והמקובלת ביותר של השערת הערפיליות - מודל הדיסק הערפילי השמש (SNDM). קרדיט לכך מגיע לאסטרונום הסובייטי ויקטור ספרונוב ולספרו התפתחות הענן הפרוט-פלנטרי והיווצרות כדור הארץ וכוכבי הלכת (1972). בספר זה נוסחו כמעט כל הבעיות העיקריות בתהליך ההיווצרות הפלנטרית ורבות נפתרו.
לדוגמא, מודל ה- SNDM הצליח להסביר את הופעתם של דיסקי הצטברות סביב עצמים מהממים צעירים. הדמיות שונות הוכיחו גם כי השבתת החומר בדיסקים אלה מובילה להיווצרותם של כמה גופים בגודל אדמה. מקורם של כוכבי לכת יבשתיים נחשב כיום לבעיה כמעט שנפתרה.
בעוד שמקורו מיושם במקור רק על מערכת השמש, ה- SNDM נחשב לאחר מכן על ידי התיאורטיקנים לעבודה ברחבי היקום, והוא שימש כדי להסביר את היווצרותם של רבים מהאקסופלאנטים שהתגלו ברחבי הגלקסיה שלנו.
בעיות:
אף כי התיאוריה הערפילית מקובלת על כל פנים, עדיין קיימות איתה בעיות שאסטרונומים לא הצליחו לפתור. לדוגמה, יש את הבעיה של צירים מוטים. על פי התיאוריה הערפילית, יש להטות את כל כוכבי הלכת סביב כוכב באותו אופן יחסית לאקליפטיקה. אך כפי שלמדנו, לכוכבי הלכת הפנימיים ולפלנטות החיצוניות יש הטיה צירית שונה בתכלית.
בעוד שכוכבי הלכת הפנימיים נעים בין הטיה כמעט ל -0 מעלות, אחרים (כמו כדור הארץ ומאדים) נוטים בצורה משמעותית (23.4 מעלות ו -25 מעלות בהתאמה), לכוכבי הלכת החיצוניים יש הטיה שנעה בין הטיה קלה של צדק של 3.13 °, לשבתאי ונפטון יותר הטיה בולטת (26.73 ° ו- 28.32 °), לטייתו הקיצונית של אורנוס של 97.77 °, בה מוטות פניהם בעקביות לכיוון השמש.
כמו כן, המחקר על כוכבי לכת חוץ-קוטביים איפשר למדענים להבחין באי-סדרים שמטילים ספק בהשערה הערפילית. חלק מאי סדרים אלה קשורים לקיומם של "צדקנים חמים" שמקיפים מקרוב את כוכביהם עם תקופות של כמה ימים בלבד. אסטרונומים התאימו את ההשערה הערפילית כדי להסביר כמה מהבעיות הללו, אך טרם התייחסו לכל השאלות הנוגעות לה.
למרבה הצער, נראה כי מדובר בשאלות שקשורות למוצאים שהכי קשה לענות עליהם. בדיוק כשאנחנו חושבים שיש לנו הסבר מניח את הדעת, נותרו הבעיות המטרידות האלה שהם פשוט לא יכולים להסביר. עם זאת, בין המודלים הנוכחיים שלנו להיווצרות כוכב וכוכב לכת, לבין הולדת היקום שלנו, עברנו דרך ארוכה. ככל שאנו לומדים יותר על מערכות כוכבים שכנות וחוקרים יותר את הקוסמוס, סביר להניח שהמודלים שלנו יתבגרו יותר.
כתבנו מאמרים רבים על מערכת השמש כאן במגזין החלל. הנה מערכת השמש, האם מערכת השמש שלנו התחילה במפץ קטן ?, ומה היה כאן לפני מערכת השמש?
למידע נוסף, הקפד לבדוק מה מקור מערכת השמש וכיצד נוצרו השמש והכוכבים.
לאסטרונומיה קאסט יש גם פרק בנושא - פרק 12: מאיפה באים כוכבי התינוק?
