Budowa i historia układu słonecznego

Układ Słoneczny - miejsce naszego istnienia,początek naszej wędrówki ku Gwiazdom.
Czy kiedykolwiek poznamy jego tajemnice?

Wszyscy zastanawiamy się spoglądając czasem w nocne niebo jak doszło do powstania tych wszystkich Gwiazd? Jednak mało kto naprawdę próbuje tę zagadkę rozwikłać. Są na szczęście wśród nas tacy co mają tyle wytrwałości by obserwować gwiazdy i próbować zrozumieć jak do tego wszystkiego doszło.To właśnie od tych Ludzi dowiadujemy się jak prawdopodobnie powstał nasz Układ Słoneczny.

Proces powstawania Układu Słonecznego nie został ostatecznie wyjaśniony. Istnieje wiele różnych hipotez próbujących wyjaśnić zjawisko powstawania Gwiazd i ich systemów planetarnych. Wszystkie one opierają się na obserwacjach, które możemy przeprowadzić dzisiaj lub były przeprowadzone wcześniej. Wiedza którą udało się ludzkości zgromadzić na ten temat podlega cały czas uzupełnianiu o nowe odkrycia i cały czas się zmienia.Wydaje się jednak że podstawowe mechanizmy narodzin nowych gwiazd mogliśmy już poznać. Nie jest to jednak wiedza aż tak szczegółowa byśmy mogli stwierdzić z całą pewnością że tak właśnie powstało nasze Słońce i jego planety.
Tak więc zakładając że tworzenie się gwiazd z układami planet krążących wokół nich jest zjawiskiem powszechnym w kosmosie można by powiedzieć że Układ Słoneczny nie jest niczym wyjątkowym.
Z obserwacji astronomicznych wynika jednak że podobnych tworów nie ma aż tak wiele wnaszym pobliskim sąsiedztwie. Do niedawna obserwowano oczywiście początki powstawania gwiazd ale sądzono że nie posiadają one planet. Stosunkowo niedawno została opracowana metoda pozwalająca stwierdzać czy wokół gwiazd krążą planety. Może pozwoli to bardziej poznać mechanizmy jakie rządzą powstawaniem takich układów planetarnych jak nasz. Na razie jednak wygląda na to że do powstania naszego układu planetarnego potrzebne było jeszcze trochę szczęścia.Nie można oczywiście wykluczyć że powstały takie same obiekty w innych częściach wszechświata.
Nie sposób w tym miejscu przedstawić wszystkich teorii powstania Układu Słonecznego. Skupię się więc na
jednej i jak wynika z przeprowadzonych do tej pory obserwacji kosmosu najbardziej prawdopodobnej.

Według A.G.W.Camerona, który zasłynął z rozwijania teorii mgławicowego powstawania układów planetarnych nasz system powstał z obłoku materii międzygwiezdnej. Przebieg powstawania takiego obłoku
jeśli chodzi o szczegóły jest dla nas ciągle niejasny. Nie ma możliwości zaobserwowania zjawisk towarzyszących temu procesowi ze względu na ogromną dla nas skalę czasową w jakiej zachodzi cały proces. Możemy jednak domyślać się tych zjawisk obserwując gwiazdy, które zaczynają się formować. Obserwatorzy znają wiele takich miejsc we wszechświecie, w których zachodzą właśnie procesy koncentrowania się materii międzygwiezdnej.Obserwuje się również młode gwiazdy. Taką gwiazdą jest T w konstelacji Byka. Wracając do teorii Camerona badał on modele takiej mgławicy przedsłonecznej. Z badań tych wywnioskował że ów obłok zaczął się zagęszczać, gazy i pyły skupiały się w jego centrum.Nie był to jednak proces jednostajny. Prawdopodobnie zagęszczająca się struktura obłoku była niejednokrotnie rozpraszana ponownie na skutek ciśnienia gazów a słabe jeszcze siły grawitacyjne nie mogły temu zapobiec. Niekiedy jednak zdarza się w kosmosie sytuacja sprzyjająca procesowi zagęszczania, który uczeni nazwali zapadaniem się grawitacyjnym. Takim pobudzeniem obłoku do tworzenia zarodka przyszłejgwiazdy mogło być zaburzenie grawitacji. Zdarza się ono na skutek wahań międzygwiezdnego pola magnetycznego.Innym zjawiskiem pobudzającym mógł być wybuch supernowej w pobliżu takiej mgławicy. Niezależnie od tego co było powodem, proces zapadania grawitacyjnego został rozpoczęty. Materia skupiająca się w centrum obłokuzwiększa swoją gęstość tworząc zalążek przyszłej gwiazdy centralnej. Nie jest to równoznaczne z dalszym tworzeniem się całego układy. Czasami zdarza się tak że zmienne siły grawitacji tworzą dwa zalążki gwiazd z których najprawdopodobniej powstaną potem układy gwiazd podwójnych. Musimy też pamiętać że obłok taki porusza się w przestrzeni międzygwiezdnej galaktyki i może zderzyć się z inny takim samym tworem. Prawdopodobnie w takich przypadkach nie dochodzi do utworzenia się planet. Przyjmijmy jednak że nic nie przeszkodziło w procesie tworzenia się gwiazdy i nie mamy do czynienia z układami podwójnymi. Proces rozrastania się gwiazdy trwa. Nasuwa się w tym miejscu pytanie. Czy powstawanie gwiazdy centralnej i planet obiegających ją odbywa się w tym samym czasie? Czy też najpierw musi uformować się gwiazda a dopiero formują się planety?
Otóż wspomniany już Cameron skłonny jest przypuszczać że najpierw utworzył się zalążek przyszłej Gwiazdy Centralnej a niedługo po powstały zalążki rdzeni planet.Od tego momentu oba procesy zachodziły równocześnie.
Zalążek Słońca (bo to nasza Gwiazda Centralna) miał na początku dużo większą masę niż obecne Słońce.
Otaczała go gazowo-pyłowa tarcza,której masę Cameron ocenił na ok. 1/10 część masy słonecznej. Dalej od tego rejonu znajdowały się jeszcze ogromne ilości gazu i pyłu krążące wokół środka grawitacji, którym zaczyna być zagęszczający się zalążek Słońca. Prawdopodobnie Łączna masa materii biorącej udział we wszystkich procesach powstawania naszego układu była mniej więcej dwukrotnie większa od masy Słońca. Na początku w całym tym ośrodku nie było żadnych większych fragmentów zestalonej materii. W zapadającej mgławicy wytwarzały się prądy gazowe i wiry to one nadawały stopniowo ruch ziarenkom pyłu i powodowały ich zderzenia. Stopniowo drobiny te zaczęły się łączyć i zlepiać w coraż większeokruchy, tzw. planetozymale. Część tych okruchów zaczęła opadać poprzez gaz w kierunku centrum grawitacyjnego
obłoku, część natomiast łączyła się w coraz większe skupiska tworząc zalążki rdzeni planet. Taki dysk
protoplanetarny miał bardzo zróżnicowany skład. Prawdopodobnie składał się z metali, krzemianów a więc
składników do budowy skał, poza tym gazów i pierwiastków lekkich takich jak metan, amoniak, wodór, hel.
Większość tych gazów odnajdujemy w atmosferach dzisiejszych planet. Na tym etapie powstawania mamy
już zalążek Słońca oraz pierwsze tdzenie planet, które krążą wokół niego. Oczywiście cały proces przebiega bardzo długo, wiele miliardów lat. W tym czasie Słońce silnie oddziaływuje grawitacyjnie na całość tworzącego się układu ale jeszcze nie emituje życidajnej energii. Proces koncentrowania się materii w jego
jądrze cały czas postępuje. Nie można dokładnie określić kiedy osiągnął on stadium ktytyczne. Wiadomo
natomiast jak doszło do ?zapalenia? się naszej Gwiazdy. Mianowicie materia skupiona w jądrze miała
coraz większą gęstość a ciśnienie i temperatura cały czas wzrastały. W momęcie kiedy temperatura osiągnęła ok.15 ? 20 milionów Kelwinów stworzyły się idealne warunki do zachodzenia reakcji termojądrowych. Właśnie taka reakcja zachodzi do dziś w jądrze Słonecznym.Nie zagłębiając się w szczegóły tego procesu można wyjaśnić że jądra wodoru (głównego składnika jądra Słońca) w procesie syntezy ulegają przemianie w hel a dokładniej w izotop tego pierwiastka. Całej tej reakcji towarzyszy wydzielanie ogromnych ilości energii. Od czasu rozpoczęcia pierwszej takiej przemiany proces ten odbywa się nieustannie. Uczeni szacują że od momentu rozpoczęcia świecenia Słońca minęło ok.5 mld. lat.
W ten sposób powstało i zaświeciło Słońce. Mniej więcej w tym samym czasie bądź niedługo później powstawały planety. Nie był to jednak koniec powstawania Układu Słonecznego.Pozostało jeszcze bardzo dużo pyłów i gazów nie wchłoniętych przez Słońce ani praplanety.Można powiedzieć że plac budowy naszego układu był strasznie zaśmiecony.Obserwując wygląd dzisiejszy możemy odnieść wrażenie że wszystko jest dosłownie posprzątane.Teorie na ten temat tesz są przeróżne ale niektóre z nich wydają się bardzo przwdopodobne.Otóż Cameron przypuszczał że jednym z czynników odpowiadających za oczyszczanie się układu z gazów i pyłów była duża aktywność słońca w początkowym okresie.Jak już pisałem wcześniej aktywność taką nazwano fazą T-Tauri od gwiazdy T w konstelacji Byka u której po raz pierwszy zaobserwowano gwałtowne wyrzucanie substancji w przestrzeń. Jest to zjawisko naprawde imponujące. W ciągu zaledwie miliona lat następuje wyrzucenie w przestrzeń kosmiczną masy jednego naszego Słońca. Cameron podejrzewał że to właśnie taki wiatr słoneczny fazy T-Tauri dosłownie wymiótł
gazy i pyły poza przestrzeń układu a nawet częściowo odarł atmosfery wokół najbliższych Słońcu planet z większości gazowych składników, które się wokół nich zgromadziły. Najbardziej ucierpiały na tym Merkuty, Wenus, Ziemia i Mars. Nie zdołał on natomiast pozbawić tych gazów planet Jowiszowych, dlatego do dziś planety olbrzymy zachowały większość nagromadzonego wokół nich wodoru i helu. Drugim
zjawiskiem, które wpłynęło na oczyszczenie układu z większych fragmentów materii było ?wielkie bombardowanie? Liczne ślady tego możemy zaobserwować naprzykład na naszym księżycu. Drobne skały przyciągane przez pola grawitacyjne planet uderzały o ich powięrzchnię inne zas mogły zostać dosłownie wystrzelone poza układ przez grawitację planet olbrzymów,głównie Jowisza. Warto tu zaznaczyć że korzystając z podobnego mechanizmu wystrzelono poza granice naszego układu ku dalekim gwiazdom próbnik ?Pionier 10?. Wiadomo że ?wielkie bombardowanie? wywarło duży wpływ na planety centralne nie wiadomo natomiast czy objęło swym zasięgiem zewnętrzne planety. Niektórzy naukowcy twierdza że Takie planety jak Jowisz czy Saturn już wcześniej wymiotły ze swojego otoczenia mniejsze i większe okruchy.Zawdzięczają to oddziaływaniu swych silnych poł grawitacyjnych.Tak po krótce wyglądał proces oczyszczania się Układu Słonecznego. To oczywiście nie koniec procesu powstawania młode planety musiały jeszcze ostygnąć ich orbity stopniowo stawały się bardziej regularne można ten czas określić jako
stabilizacja całego systemu.

Spójrzmy teraz na budowę znanego nam dzisiaj UKŁADU SŁONECZNEGO.
Układ Słoneczny to coś więcej niż tylko gwiezda emitująca energię i planety krążące wokół niej. To również materia wypełniająca przestrzeń kosmiczną aż po krańce całego Układu. A materia ta występuje w przeróżnych postaciach. Główna jej część skupiona jest w Słońcu . Stanowi ona 99,9% masy całego Układu. Prawie cała reszta znajduje się w ciałach planetarnych. Do niedawna twierdzono iż ciał tych, czyli planet jest dziewięć a mianowicie ? Merkury, Wenus, Ziemia, Mars, Jowisz, Saturn, Uran, Neptun oraz Pluton. Jednak w świetle niedawnych obserwacji oraz ze względu na małe rozmiary ten ostatni stracił miano planety. Określa się go obecnie jako tzw. ?planetę karłowatą?. Planety klasyfikuje się w grupy. I tak mówimy o planetach wewnętrznych, których orbity zlokalizowane są wewnątrz orbity Ziemi oraz zewnętrzne orbitujące wokół Słońca poza orbitą Ziemi. Jednak bardziej prawidłowy wydaje się inny podział ze względu na charakterystykę budowy oraz składu. Według niego planety dzielimy na :
typu ziemskiego ? Merkury, Wenus, Ziemia, Mars
typu jowiszowego ? Jowisz, Saturn, Uran, Neptun.
Pierwszy typ charakteryzuje się podobnym składem chemicznym i mineralnym, posiadaniem twardej zestalonej skorupy globów, warstwowej budowy wewnętrznej wokół ciekłego gorącego jądra,obecnością
pola magnetycznego ( jedynie Wenus posiada prawdopodobnie pole śladowe z uwagi na zbyt wolny obrót wokół własnej osi).
Drugi typ charakteryzuje się znaczną zawartością najlżejszych pierwiastków (wodoru i helu), posiadanie rozległych i gęstych atmosfer, bardzo duża prędkość obrotu wokół własnej osi, potężne pole magnetyczne, brak zestalonej skorupy globów. Osobną gtupą ciał są księżyce. Są one naturalnymi satelitami planet i stanowią drugą po nich grupę ciał składowych Układu. Zadziwiająco regularne jest położenie orbit planet w przestrzeni. Zauważył to już w 1766 roku niemiecki matematyk J.A.Titius z jego wyliczeń wynikałoby że między Marsem a Jowiszem powinna znajdować się jeszcze jedna planeta. Nie ma jej tam, jednak zamiast niej krąży wokół Słońca całe mnóstwo drobnych ciał. Ze względu na ich małe rozmiary nazwano je planetoidami. Wiele z nich strukturą i składem prawdopodobnie odzwierciedla materiał budulcowy z którego kiedyś powstawały planety. Jeśli tak to dla czego nie uformowała się z nich planeta. Istnieje przypuszczenie że to pole magnetyczne Jowisza nie pozwoliło utworzyć się w tym miejscu żadnemu większemu globowi. Do drobnych ciał składowych należą też komety, chociaż ich źródłem jest oddalony o 1 rok świetlny od Słońca obłok Oorta. Jednakże niektóre z nich regularnie zbliżają się do naszej Gwiazdy i stanowią cykliczne i widowiskowe zjawisko obserwowane również z powierzchni Naszego globu. Najbardziej znanym ciałem tego typu jest kometa Halleya która odwiedza nas co 76lat.
Wyliczając tyle różnych ciał Układu Słonecznego pominąłem dość istotną sprawę a mianowicie występowanie materii wypełniającej przestrzeń między planetami. Wbrew pozorom nie jest ona pusta. Wypełnia ją bardzo rozrzedzony ale wszechobecny gaz i ziarna pyłowe zwane mikrometoroidami. Główny składnik tego gazu to wodór z domieszką helu oraz pierwiastków ciężkich. Wspomniawszy o materii wypełniającej Układ nie można zapomnieć o wszechobecnych promieniowaniach, magnetycznych oraz korpuskularnych (złożonych z cząstek), które występują cały czas. Zdecydowana większość z nich pochodzi ze Słońca, skąd jest wysyłana w postaci światła, fal radiowych, podczerwieni, nadfioletu i promieni Roentgena. Ogólnie promieniowania te określa się mianem ?wiatru słonecznego?. Są jeszcze promieniowania nie pochodzące ze Słońca lecz od dalekich gwiazd. Docierają do nas strumienie jąder wszystkich pierwiastków, od wodoru aż po uran. Są to jądra o najwyższych energiach, jakich nie możemy wytworzyć na Ziemi. Owe strumienie jąder to tzw. składowa galaktyczna promieniowania kosmicznego. Promieniowanie to dociera prawdopodobnie nie z systemu Drogi mlecznej lecz z innych odległych galaktyk.
Tak to nasz Układ Słoneczny wiąże się z całą materią nieskończonego kosmosu.


I w ten oto sposób pokrótce opisałem historię i budowę Układu Słonecznego.


Jako podsumowanie całego tematu warto wspomnieć o przypuszczeniach dotyczących przyszłości naszej Gwiazdy a co za tym idzie całego układu. Otóż według badań i obserwacji Słońca szacuje się że za ok. 5mld lat wyczerpie się paliwo w jądrze słonecznym, którym jest wodór. Na skutek tego zacznie się ono kurczyć. Zewnętrzny obszar zacznie natomiast powiększać swe rozmiary i z czasem pochłonie Merkurego a potem Wenus. Stopniowo Słońce zacznie stygnąć a barwa światła emitowanego zbliży się do czerwonej powstanie tak zwany ?czerwony olbrzym?. Na Ziemi rozgrzewająca się atmosfera zacznie wchłaniać coraz więcej wody wysysając je z oceanów, czapy lodowe z biegunów stopnieją, pojawią się gwałtowne zjawiska atmosferyczne takie jak: wyładowania, niespotykanych rozmiarów huragany i burze. Prawdopodobnie będzie to również koniec życia na naszej planecie, w każdym razie życia w obecnych dzisiaj formach. Miejmy jednak nadzieję że postęp techniczny i technologiczny pozwoli ludzkości na znalezienie sposobu uniknięcia tej katastrofy. Póki co mamy przed sobą miliardy lat na przygotowanie się do tego.


Źródła wykorzystane :
1.Olgierd Wołczek-?Narodziny i rozwój Układu Słonecznego?
2.T.Zbigniew Dworak, Konrad Rudnicki
?Świat planet? z serii ?Biblioteka problemów?
3.Zasoby internetowe, witryny www poświęcone tematyce astronomicznej
4.Grafiki wykorzystane-galerie zdjęć wykonanych przez orbitalny teleskop ?Hubbla?
wyszukane w iternecie
5.Informacje ogólne-Encyklopedia PWN