منظومه شمسی چگونه متولد شد؟

شکل‌گیری منظومه شمسی حدود 5 میلیارد سال پیش، از ابری متشکل از گاز و غبار بین ستاره‌ای، آغاز شد. جاذبه باعث انقباض ابر شده و کره متراکمی از گاز در مرکز ابر به وجود آورد. جاذبه همچنین باعث دوران هر چه سریع‌ تر ابر شد. هنگام دوران، مواد موجود در ابر، پهن شده و حلقه‌ای به وجود آمد که نواحی متراکم مرکزی را در برگرفت. سرانجام در این ناحیه متراکم، گرمای لازم برای وقوع واکنش‌های هسته‌ای فراهم شد و بدین ترتیب، ستاره خورشید به وجود آمد. اعضای کوچک ‌تر منظومه شمسی از مواد موجود در این حلقه به وجود آمدند.

این اعضاء عبارتند از: سیارات، سیارک‌ها و ستاره دنباله‌دار. 

منظومه شمسی، سامانه‌ای متشکل از یک ستاره به نام خورشید و اجرام آسمانی است که در مدارهایی پیرامون آن می‌گردند. سامانه خورشیدی از انفجار یک ابر نواختر و فروریزش یک ابر چرخان پدید آمد و در دوران رنسانس و با مشاهدات افرادی از جمله گالیله کشف شد. این منظومه در بازوی شکارچی، کهکشان راه شیری واقع‌شده و 25000 سال نوری از مرکز کهکشانی فاصله دارد. خورشید بیش از 99/8 درصد جرم سامانه خورشیدی را شامل می‌شود و منبع انرژی بسیار از جمله انرژی گرما و نور است. اگر خورشید نابود شود، منظومه شمسی نیز نابود می‌شود.

منظومه شمسی دارای هشت سیاره (تیر، ناهید، زمین، مریخ، هرمز، زحل، اورانوس و نپتون) و پنج سیارک ( سرس،  پلوتو، هائومیا، ماکی‌ماکی و اریس) است. چهار سیاره نخست، سیارات درونی یا زمین‌ سان هستند و بیشتر از سنگ ساخته شده‌اند و چهار سیاره دیگر سیارات بیرونی یا غول‌ های گازی هستند و از گازهای مختلف ساخته شده‌اند. علاوه بر این اجرام، سامانه خورشیدی دارای اجرام دیگری از جمله ماه‌ها، سیارک‌ها، شهاب‌ وارها، شهاب‌ها، شهاب‌سنگ‌ها و دنباله‌دارهاست. سامانه خورشیدی همچنین دارای مناطق خاصی از جمله کمربند سیارک‌ها،  کمربند کویپر و دیسک پراکنده است. منظومه شمسی تا جایی گسترش می‌یابد که دیگر تحت تأثیر نفوذ نور خورشید، گرانش خورشیدی، میدان مغناطیسی خورشید و بادهای خورشیدی نباشد. 

نظریه برخورد نزدیک

تاکنون نظریات زیادی در مورد منشأ منظومه شمسی و زمین ارائه شده است، در میان آن‌ها، دو نظر اساسی وجود دارد. اولی فرضیه برخورد نزدیک نام گرفته است. بر این پایه است که سیاره‌ها، از مواد جدا شده از خورشید، تشکیل شده‌اند.

بر طبق آن، کشش گرانشی یک ستاره یا دنباله‌دار به حدی بوده است که هنگام عبور از کنار خورشید مقداری از ماده آن را بیرون کشیده است. در اوایل قرن بیستم میلادی دو اخترشناس امریکایی نظریه برخورد نزدیک را ارائه دادند که بنا به عقیده آن‌ها، ذراتی از ماده خورشید، در اثر برخورد نزدیک یک ستاره دیگر بیرون ریخته است. بعداً این ذرات به همدیگر پیوسته و اجرام بزرگی را تشکیل می‌دهند که از این اجرام بزرگ، سیاره‌ها به وجود آمده‌اند. 

فرضیه کانت - لاپلاس

نظریه مهم دیگر در سال 1755 میلادی (1134 شمسی) به وسیله فیلسوف آلمانی، امانوئل کانت مطرح شد. نظر کانت به عقیده قابل قبول امروزی شبیه است. بر طبق آن، منظومه شمسی از یک ابر گاز و غبار در حال چرخش، شکل گرفته است. نظر کانت به وسیله ریاضیدان فرانسوی به نام پیر دو لاپلاس بسط داده شد. فرضیه کانت - لاپلاس، یک ابر بسیار بزرگ از گازهای داغ را ترسیم می‌کند که به دور محور خود می‌چرخد. کانت و لاپلاس، این ابر بزرگ را سحابی نامیده‌اند. سرد شدن گاز سحابی، باعث انقباض آن می‌شود. با انقباض جرم اصلی، حلقه‌هایی از گاز در اطراف آن باقی می‌مانند، این جرم اصلی همان خورشید است. حلقه‌ها، در اثر نیروی گریز از مرکز (نیرویی است که اجسام در حال چرخش را به طرف بیرون از مرکز چرخش می‌راند) از مرکز دور می‌شوند؛ بنابراین فرضیه، حلقه ‌های جدا از هم، منقبض شده و سیاره ‌ها را به وجود آورده‌اند. دانشمندان در درستی این نظر تردید دارند، چرا که گازهای داغ گرایشی به انقباض ندارند، بلکه در فضا گسترش می ‌یابند. 

نظریه جدید ابر غبار

فیزیک ‌دان آلمانی کارل فون وایتسزیکر بنیاد اصلی تئوری جدید ابر غبار را پیشنهاد کرد. بعد از آن اخترشناس امریکایی به نام جرارد کویپر نظر وایتسزیکر را به صورت تئوری جدید منشأ منظومه شمسی تکمیل کرد. سیارات منظومه شمسی، از همان گاز و غباری شکل گرفته‌اند که خورشید از آن پدید آمده است. ابر بزرگ با گردش خود در فضا به بخش‌های کوچک‌تری تقسیم شده است. ذرات موجود در این بخش‌ها، یکدیگر را جذب کرده‌اند و سرانجام سیاره‌ها را به وجود آورده‌اند. بیشتر مواد ابر اصلی در اثر تابش خورشید از آن دور شده‌اند، ولی پیش از آن که خورشید، حالت ستاره به خود گیرد، اندازه سیاره‌ها به حدی رسیده بود که می‌توانستند در مداری به دور آن باقی بمانند یا گردش کنند.

شکل گیری منظومه شمسی از دید دینامیک

منظومه شمسی یک ساختار منظم را بر حسب خواص فیزیکی نشان می‌دهد، طوری که اگر از بالای قطب شمال خورشید دیده شود، منظومه شمسی قواعد زیر را پیدا می‌کند:

1- سیارات در خلاف جهت عقربه‌های ساعت در اطراف خورشید می‌گردند، خورشید نیز در همان جهت به دور خود می‌چرخد. 

2- به استثنای عطارد و پلوتون، اکثر سیارات دارای صفحات مداری هستند که فقط به طور جزئی با صفحه دایرة‌ البروج شیب دارند، مدارها تقریباً هم صفحه هستند. 

3- به استثنای عطارد و پلوتون، سیارات در مدارهایی می‌گردند که خیلی به دایره نزدیک هستند. 

4- به استثنای زهره و اورانوس، سیارات در خلاف جهت عقربه‌های ساعت (یعنی در همان جهت حرکت مداریشان) به دور خود می‌چرخند. 

5- اکثر قمرها در همان جهتی که سیارات مادرشان به دور خود می‌چرخند و در نزدیکی صفحات استوایی سیارات قرار دارند.

6- ستاره‌های دنباله‌دار با دوره تناوب طولانی، مدارهایی دارند که از همه جهات و زوایا می‌آیند، بر خلاف مدارهای هم صفحه سیارات، اقمار، سیارک‌ها و ستاره‌های دنباله‌دار با دوره تناوب کوتاه. 

7- سه عدد از سیارات مشتری‌گون شناخته شده‌اند که دارای حلقه هستند.

شکل‌گیری منظومه شمسی از دید شیمی

تشکیل یک سیاره مستلزم یک فرآیند چند مرحله‌ای است، اولاً دانه‌های جامد متعلق به سحابی خورشید متراکم می‌شوند. ثانیاً این ذرات باهم یکی شده و اجرام آسمانی بزرگ به نام ریز سیارات را شکل می‌دهند که سپس تصادم کرده و برای تشکیل پیش سیارات با هم یکی می‌شوند و به سیارات امروزی متحول می‌گردند. ترکیبات شیمیایی سیارات به وسیله فرآیندی به نام تسلسل تراکم از روی تراکم دانه‌ها تعیین می‌شوند. ایده اولیه تسلسل تراکم این است: مرکز سحابی باید در دمایی برابر چندین هزار درجه کلوین بوده باشد. در اینجا دانه‌ های جامد، حتی ترکیبات آهن و سیلیکات‌ ها نمی ‌توانستند متراکم شوند.

در جای دیگر که مواد می‌توانستند به عنوان دانه‌های جدید متراکم شوند، به دما بستگی داشت: 

پایین‌تر از 2000 کلوین، دانه‌های ساخته شده از مواد خاکی متراکم شدند، زیر 273 کلوین دانه‌های مواد خاکی و یخی هر دو می‌توانستند شکل بگیرند. در دمای متفاوت گازهای موجود و جامدات حاضر به طور شیمیایی برهم‌ کنش کرده و ترکیبات متنوعی را تولید می‌کنند. اگر دمای سحابی به سرعت از مرکز به طرف بیرون کاهش یابد، چگالی‌ها و ترکیبات سیارات می‌توانند با تسلسل تراکم توضیح داده شوند.