Prapoczątek

Początków każdego układu planetarnego należy szukać w mgławicachmgławicamgławicach. Zgodnie z hipotezą mgławicy słonecznej Układ Słoneczny powstał na skutek grawitacyjnego zapadnięcia się obłoku międzygwiezdnego (molekularnego). Mgławica przedsłoneczna składa się w 98% z gazów, głównie wodoru, helu oraz pozostałych 2% stanowiących pierwiastki cięższe od litu – w postaci pyłu kosmicznego. Takie luźne skupisko gazów i pyłów prawdopodobnie o średnicy kilku lat świetlnychrok świetlnylat świetlnych mogło trwać przez miliony lat w prawie niezmienionej formie, dopóki nie nastąpiło jakieś wydarzenie, które doprowadziło do zagęszczenia materii w obłoku. Za takie potencjalne wydarzenie uważa się wybuch supernowej.

Początek – 4,6 miliarda lat temu – punkt zero

Fala uderzeniowa pochodząca z takiego wybuchu, przechodząc przez chmurę molekuł, mogła spowodować sprężenie całego gazu zgromadzonego w chmurze, które ostatecznie doprowadziło do zmiany gęstości obłoku i umożliwiło rozpoczęcie procesu formowania się Słońca i systemu słonecznego. Skąd mamy taką wiedzę? Dowody pochodzą z kosmosu. Są nimi chondryty, czyli meteoryty, które uformowały się na krótko przed powstaniem planet i księżyców, a obecnie znajdowane są na powierzchni naszej planety. Chondryty zawierają duże ilości bardzo rzadkich na Ziemi izotopów żelaza i magnezu, które uwalniane są w momencie wybuchu supernowej.

R1V5ODaYyUpbR

Zdjęcie przedstawia przekrojony chondryt. Ma liczne krystaliczne, drobne skupienia. Kolor szaro-czarny z elementami brązowego.

Dziesiątki milionów lat od punktu zero

Kiedy gaz w mgławicy przedsłonecznej został ściśnięty w wyniku przejścia przez niego fali uderzeniowej pochodzącej z supernowej, rozpoczął się proces tworzenia skupisk, a władzę przejęła grawitacja. Z zasady zachowania momentu pędu wynika, że zapadająca się mgławica wirowała coraz szybciej, stając się jednocześnie dyskiem protoplanetarnymdysk proplanetarnydyskiem protoplanetarnym, a w jej centrum uformowała się gorąca i gęsta protogwiazda. Materia orbitująca wokół protogwiazdy, w wyniku akrecjiakrecjaakrecji stała się zaczynem przyszłych planet. Nawet najmniejsze cząstki mają ciążenie, a im bardziej rośnie grawitacja, tym więcej materii może przyciągnąć. Najpierw powstały kilkucentymetrowe ziarna, po około 100 tys. lat obiekty kilkusetmetrowe, po milionie lat wytworzyły się tak zwane planetozymale, czyli bryły na tyle duże, by ich własna grawitacja nie pozwalała uciekać innym obiektom, z którymi się zderzyły. Niektóre planetozymale osiągają ostatecznie setki kilometrów średnicy i stają się zalążkami przyszłych planet.

Mniej niż 100 mln lat od punktu zero

Kiedy tworząca się w centrum dysku protoplanetarnego protogwiazda zebrała odpowiednią ilość materii, a w jej wnętrzu wytworzyła się odpowiednia temperatura i wystarczająco wysokie ciśnienie, rozpoczęła się fuzja jądrowa atomów wodoru. Słońce zyskało wewnętrzne źródło, którego energia pochodzi z przemiany wodoru na hel. Ten moment można uznać za prawdziwe narodziny Słońca. Proces przemiany od mgławicy gazu do w pełni rozpalonej gwiazdygwiazdagwiazdy trwał mniej niż 100 mln lat, po których Słońce osiągnęło etap rozwoju, w którym do dzisiaj pozostaje.

R1Fp9gJ99ZK7B

Ilustracja przedstawia obszar gwiazdotwórczy LH dziewięćdziesiąt pięć w Wielkim Obłoku Magellana. Na zdjęciu znajduje się granatowe niebo z licznymi gwiazdami.

W tym czasie formowały się także planety. Bliżej Słońca powstały globy skaliste, składające się głównie z krzemu, tlenu, magnezu oraz żelaza, natomiast dalej gazowe olbrzymy. Przyczyną tej zależności jest temperatura. Bliżej Słońca jest zbyt ciepło, by lekkie cząsteczki mogły ulec kondensacji na ziarnach pyłów. Związki takie jak woda czy metan zostają wywiane przez wiatr słoneczny poza tak zwaną linię śniegu. Blisko gwiazdy pozostają ciężkie pierwiastki, z których tworzą się planety skaliste, a małe ilości tych związków powodują, że są one niewielkich rozmiarów. Należą do nich Merkury, Wenus, Ziemia, Mars oraz hipotetyczna planeta Thea, która w wyniku zderzenia z młodą Ziemią około 4,5 mld lat temu uległa destrukcji, wyrzucając cząstki swoje i Ziemi w przestrzeń kosmiczną. Za linią śniegulinia śniegulinią śniegu znajdują się gazowe olbrzymy. Ich głównym budulcem są lżejsze pierwiastki wywiane przez wiatr słoneczny. Podejrzewa się, że pierwszy uformował się Jowisz, dlatego też zebrał najwięcej materii. Kilka milionów lat później powstała pozostała trójka – Saturn, Uran i Neptun.

Należy pamiętać, że układy planetarne nigdy nie osiągają stabilności - cechuje je chaotyczność.

Planety z grupy gazowych olbrzymów w swoich młodocianych stadiach były zdecydowanie większe, jednak duża emisja energii spowodowała, że stale się zmniejszają. Przypuszcza się, że Jowisz ma obecnie połowę pierwotnego promienia. Zakłada się również, że młody Uran na początku swojego istnienia doświadczył potężnego uderzenia, gdyż oś jego obrotu nachylona jest pod kątem 98 stopni. Wiele wskazuje na to, że zderzył się on z jakąś protoplanetą o dużej masie. Wydarzenie to może tłumaczyć, dlaczego Uran i Neptun zamieniły się miejscami oraz dlaczego ich orbity oddaliły się od Słońca. Takie chaotyczne zjawiska często występowały na początku istnienia naszego układu. Niewątpliwie do takich zdarzeń zaliczyć można powstanie Księżyca. Najpopularniejsza teoria wielkiego zderzeniateoria wielkiego zderzeniateoria wielkiego zderzenia zakłada zderzenie proto‑Ziemi z ciałem wielkości Marsa (być może nieistniejącej już planety Thea), po którym doszło do wyrzucenia materii z powierzchni planety i uformowania się Księżyca. Zniszczeniu uległa planeta i znaczna część płaszcza Ziemi. Część materii pochodząca ze zderzenia utworzyła orbitujący wokół Ziemi pierścień, który po około 100 latach skumulował się i stworzył Księżyc. Zderzenie doprowadziło także do zmiany pierwotnego okresu obrotu i nachylenia osi Ziemi. Na początku istnienia Układu Słonecznego (3,8 do 4,1 mld lat temu) podobnym zdarzeniem było Wielkie Bombardowanie. Jego przyczyna nie jest znana. Z badań jednak wiadomo, że z tego okresu pochodzą m.in. kratery na Ziemi i Księżycu.

Początki Ziemi, jaką znamy – 3,8 mld lat temu

Ziemia, po uformowaniu się około 4,5 mld lat temu, w pierwszym okresie swojego istnienia była bombardowana przez planetozymale. W rezultacie nastąpiła zmiana stanu skupienia materii Ziemi na ciekły. W wyniku tego rozpoczął się proces przemieszczania się składników budujących Ziemię. Cięższe opadały i lokowały się we wnętrzu planety, tworząc jądro, lżejsze składniki przemieszczały się ku powierzchni, tworząc płaszcz i skorupę ziemską. Pierwotna atmosfera składała się z azotu, związków siarki i metanu. Dopiero 700 mln lat później (tj. 3,8 mld lat temu) temperatura na powierzchni spadła poniżej 100°C. Zapoczątkowało to skraplanie się pary wodnej i powstanie oceanu, w którym pojawiły się najstarsze formy życia: prymitywne sinice, a później glony. Promieniowanie słoneczne zapoczątkowało fotolizę, w wyniku czego wzrósł poziom tlenu. Następował rozwój biosfery.

W ostatnich dziesięcioleciach poziom wiedzy o kosmosie znacząco wzrósł, głównie za sprawą postępu technologicznego. Otwierają się przed nami możliwości badania obiektów oddalonych od Ziemi o setki lat świetlnych. Wielu odkryć dokonujemy w laboratoriach, modelując zjawiska zachodzące w kosmosie. Każdy kolejny rok przynosi nowe odkrycia niepasujące do znanych schematów. Nowe odkrycia kwestionują i modyfikują wiedzę na bieżąco – być może kiedy zapoznajesz się z tą lekcją, kolejne fakty z dziedziny astrofizyki, fizyki, astronomii, geologii lub innej dyscypliny zmieniają obraz Wszechświata.

Słownik