M. Milošević
m.milan@EUnet.yu

Nastanak
Sunčevog
sistema

Sadržaj
Uvod
1.1. Od Eratostena
do Njutna
2. RAĐANJE KOSMOGONIJE
2.1. Podela teorija
3. SUNCE
4. HIPOTEZE O
NASTANKU PLANETA
4.2. Capture Thery
4.3. Akreciona hipoteza
4.4. Alfvenova teorija
5. NASTANAK SISTEMA ZEMLJA – MESEC
6. NASTANAK KOMETA
7. ŠTA NAS DALJE
ČEKA?
8. ZAKLJUČAK

Milan Milošević                                     Nastanak Sunčevog sistema

---

4.1.   Capture Theory

4.2.1.      Džinsova hipoteza

Sl. 8. Plimsko dejstvo na Zemlji

U svom objašnjenu nastanka Sunčevog sistema Džins polazi od pojave sudara Sunca i neke druge zvezde (naravno, ovde se ne misli da je došlo do stvarnog kontakta između ove dve zvezde već se pod sudarom podrazumeva samo jake međusobne interakcije između gravitacionih polja ovih zvezda). Džins prolazi od toga da je nekada u prošlosti jedna zvezda mnogo većih dimenzija od Sunca prošla u njegovoj blizini, na rastojanju manjem od kritičnog. Dok se ova zvezda približavala Suncu na njegovoj površini su počele da se izdižu dve plimske izbočine (ovo je ista pojava koju zapažamo i na okeanima na Zemlji, gde plima nastaje pod uticajem gravitacije Meseca i u manjem obim Sunca), jedna na strani okrenutoj ka dolazećoj zvezdi, a druga, manja, na suprotnoj strani. Kako se zvezda sve više približavala razlika u visini između ove dve izbočine sve više je rasla. U trenutku kada se zvezda nalazila na kritičnoj daljini od centra Sunca, sila, kojom je ova zvezda privlačila materiju izbočine, bila je jednaka sili kojom je istu materiju privlačilo Sunce. Zvezda je nastavila i dalje da se približava Suncu, tj. zvezda je ušla u kritičnu sferu. Sada je sila kojom je zvezda privlačila materiju u bližoj izbočini nadvladala i došlo je burnog isticanja materije u vidu usijane gasovite struje. Kako se zvezda sve više približavala, intenzitet isticanja je sve više rastao; naravno, na suprotnoj strani Sunca ovakvo isticanje se nije dešavalo. Kada je zvezda počela da se udaljava intenzitet isticanja je slabio i na kraju potpuno prestao kad je zvezda izašla iz kritične sfere.

Sl. 9. Shematski prikaz Džinsove teorije

Zbog toga što su brzine zvezda vrlo velike ovaj proces je morao da se odigra velikom brzinom. Zvezda koja je došla, za kratko je narušila mir našeg Sunca i otišla u daljinu beskrajnog svemirskog prostora. Ovo kratko zbližavanje ostavilo je trajne posledice na Suncu i u njegovoj okolini. Zbližavanje je iščupalo sa Sunca gasovitu struju od koje su kasnije nastale planete. Ova izdvojena struja morala se nalaziti u istoj ravni sa zvezdom koja je “posetila” naše Sunce. Nakon udaljavanja te zvezde otrgnuta struja poprimila je oblik razvučenog elipsoida, ili cigare, kao je Džins nazvao. U početku njena građa bila je homogena ali pod uticajem spoljnih dejstava (npr. gravitacije Sunca) došlo je do zgušnjavanja materijala u nekim delovima struje. Mala zgušnjenja brzo su rasla, a dovoljno velika su rasla privlačeći nove čestice, dok se sva struja nije razbila na nekoliko odvojenih masa. Tako su nastale planete.

Ovaj karakterističan oblik struje gasa nastao je zbog toga što se u njenom centralnom delu nalazila veća količina gasa nego na krajevima, a to je opet posledica toga što je centraln deo nastao kada je zvezda bila najbliža Suncu i tad je otrgnuto najviše materijala. Zbog ovakve raspodele materijala prirodno je da su se iz srednjeg dela struje formirale najveće planete - Jupiter, Saturn, i ona planeta čijim je raspadanjem, po Džinsovom mišljenju, nastao asteroidni pojas.

Otrgunuta sa Sunca gasna struja morala je i da nastavi da rotira oko Sunca u istom smeru u kojem rotira i samo Sunce. U početku, dok je struja bila i pod uticajem pridošle zvezda, njeno kretanje je moralo biti mnogo složenije, ali kada je ova zvezda otišla, gasovita struja i planete koje su iz nje nastajale pokoravali su se samo gravitacionom uticaju Sunca i oko njega su produžili da kruže.

Džins je u svojoj hipotezi objasnio i zbog čega orbite planeta nisu prave elipse, nego više liče na krugove. On je smatrao da ako bi se planete kretale u potpuno praznom prostoru orbite bi stvarno bile prave elipse, ali ako bi se uzeo u obzir uticaj koji na njih vrši sredina (komete, meteori, čestice prašine i gasa koji je izbačen iz Sunca) orbite sve više poprimale oblik kruga. Planete krećući se oko Sunca skupljaju sitne čestice. Vremenom prostor gde planete prolaze se raščistio pre nego što su orbite planeta postale kružne.

Prema ovoj hipotezi sateliti su nastali na sličan način kao i planete, sa tom razlikom što u ovom slučaju ulogu perturbujućeg tela igra Sunce. U početku su orbite planeta bile jako razvučene, pa bi prilikom prolaska kroz perihel ulazile u kritičnu sferu i tad su padale pod jak plimski uticaj Sunca. Zanimljivo je primetiti da su sistemi Jupitera i Saturna u suštini umanjene kopije Sunčevog sistema. Orbite satelita se takođe nalaze u istoj ravni, a raspored njihovih masa je takav da se najkrupniji nalaze u sredini.

Različit broj satelita oko planeta takođe je objašnjen u ovoj hipotezi. Poznato je da planete u tečnom i čvrstom stanju mnogo brže podležu razaranju pod uticajem gasovitog Sunca. Kada su nastale, sve planete su bile gasovite i vrlo vrele. One su se vremenom hladile, ali masivnije planete hladile su se sporije od manjih, pa prema tome kod masivnijih planeta bilo je duži vremenski period u kome su sateliti mogli da nastaju.

Kao i svaka druga hipoteza i ova ima neke nedostatke. Jedan od najkrupnijih je taj što ona formiranje Sunčevog sistema objašnjava jednom sasvim retkom pojavom, skoro neverovatne slučajnosti. Druga značajna primedba ovoj hipotezi vezana je za raspodelu momenta impulsa u Sunčevom sistemu. Teorija predviđa da najveći deo momenta impulsa celog sistema otpada na Sunce, a samo jedan mali deo na planete, dok je situacija, kao što je pomenuto, u stvarnosti suprotna – 96% momenta impulsa koncentrisano je u planetama a samo 4% u Suncu. Ipak, normalni odnosi momenta impulsa koje predviđa teorija javljaju se u sistemima planeta i njihovih satelita (veći deo ukupnog momenta impulsa koncentrisan je u planeti, a samo jedan mali deo u satelitima). Ovaj paradoks, vezan za raspodelu momenta impulsa u Sunčevom sistemu, objašnjava se time što su planete postavljene suviše daleko od Sunca i zato što se Sunce oko svoje ose obrće vrlo sporo, dok se planete kreću mnogo većim brzinama. Većina zvezda ima mnogo veće brzine rotacije (čak i do 100 puta veće),  pa samim tim i njihov moment impulsa može biti i 100 puta veći. Može se zaključiti da je brzina obrtanja Sunca mnogo mala kako u odnosu na brzine rotacija planeta, tako i u odnosu na brzine rotacije drugih zvezda.

4.2.2.      Woolfsonova teorija

Sl. 10. Shematski prikaz Volfsonove teorije

Slično Džinsovoj, teoriji, tj. teoriji plimskog dejstva, Woolfsonova teorija “zarobljavanja” je takođe dualistička teorija, nastala u pokušaju da se objasni raspodela momenata impulsa u Sunčevom sistemu. Razlika između Woolfsonove i Džinsove teorije je u tome što su uloga Sunca i zvezde sa kojom ono interaguje suprotne. U Džinsovoj teoriji neophodna je masivna zvezda, toliko masivna da je njena privlačna sila mogla da odvoji delove Sunca od kompaktne celine i omogući da ti “iskidani’ delovi kasnije evolucijom postanu planete. Prema Woolfsonovoj teoriji od materijala koji je Sunce otrglo od zvezde koja je prolazila u njegovoj blizini nastale su planete, zbog toga je neophodno da je zvezda koja je prošla u blizini Sunca bila manje mase nego samo Sunce. Woolfson je pokazao, da je za odigravanje ovog procesa bilo neophodno da je zvezda bila u ranoj fazi svog evolutivnog razvoja, odnosno da je bila male gustine i velikog poluprečnika. tj. neophodno je da je to bila protozvezda. Woolfson u jednom članku iz 1964 godine navodi da je protozvezda imala masu od 0,15 masa Sunca, a da je njen poluprečnik iznosio 14,7 AJ. Jasno je da je u ovakvim uslovima moguće Sunce predstaviti kao tačkast objekat u odnosu na ovu protozvezdu, čak i u slučaju da je ono ustvari bilo protosunce, sa poluprečnikom 10 puta većim nego što je danas.  U prvim razmatranjima ove teorije smatrano je da je interakcija između protozvezde i Sunca bila isključivo gravitacione prirode, ali kasnije se došlo do zaključka da su postojale i druge interakcije, kao što su, na primer, efekat zagrevanja protozvezde zračenjem koje je Sunce emitovalo.

Protozvezda se Suncu približila hiperboličnom orbitom, a užarene niti njenog materijala su krenule ka Suncu, privučene gravitacijom naše zvezde u trenutku kada se protozvezda nalazila u blizini perhela. Uhvaćeni materijal ušao je u orbitu oko Sunca, a “očerupana” protozvezda je nastavila da se kreće po nešto izmenjenoj orbiti u odnosu na onu kojom se približila perihelu.

U ovim prvim modelima razmatran je samo proces zarobljavanja materijala protozvezde. Izračunavanja kojima je trebalo potvrditi da li će biti moguće da od filamenata nastanu planete izvođena su nezavisno. Zaključeno je da ukoliko bi se zarobljeni materijal našao na dovoljno velikoj udaljenosti od Sunca, pre nego što prođe kroz perihel bilo bi moguće da se raspadne i zgusne u protoplanete. One bi kasnije trebalo da budu u mogućnosti da izdrže gravitaciono privlačenje Sunca pri prvom prolasku kroz perihel i ne raspadnu se.

Sl. 11 Čupanje materijala sa dolazeće zvezde

Ako bi rastojanje u perihelu između Sunca i protozvezde bilo veće tri ili više puta veće od poluprečnika protozvezde interakcije između njih bile bi “sporog” tipa. Ako bi ovo rastojanje bilo reda veličine prečnika protozvezde interakcije bi pripadale tipu “brzih” interakcija. Ova terminologija proizlazi iz brzine protozvezde u toku približavanja  perihelu. Tokom sporih susreta, protozvezda reaguje skoro kvazi-statički na povećanje gravitacionog polja. Brzi susreti su u prirodi mnogo češći, tako da se protozvezda nađe u blizini perihela pre nego što ima dovoljno vremena pa se deformiše.  U tipičnom sporom susretu materijal napušta protozvezdu blizu afela, tako da fragmentacija filamenata treba da se odvija tokom povećanja sile gravitacionog privlačenja Sunca. U tipičnom brzom susretu materijal napušta protozvezdu blizu perihela tako da se sila gravitacionog privlačenja sada smanjuje i to daje mnogo bolje uslove za fragmentaciju filamenata. Takođe, u brzim susretima, rastojanje u afelu teži da bude veće nego u slučaju sporih susreta, pa prema tome filamenti imaju više vremena da od njih nastanu protoplanete, a zatim svaka nastala protoplaneta ima više vremena da poveća svoju gustinu pre prvog prolaska kroz perihel. Povećanje ekscentričnosti susreta takođe povećava relativne brzine približavanja, tj. brzinu interakcije.

Prva hipoteza Woolfsona iz 1964 godine bila je sporog tipa. Nezavisno od toga što su ovu hipotezu istraživali do detalja, Dormand i Woolfson su proučavali i nekoliko hipoteza brzog tipa.

U ovoj hipotezi, protozvezda početnog poluprečnika od 16,7 AJ, mase 0,25 masa Sunca i stope površinskog kolapsa od 0,042 AJ po godini približava se Suncu po skoro paraboličnoj orbiti sa perihelom od 20,7 AJ. Gornja slika prikazuje prvi deo hipoteze, kada materijal sa protozvezde biva zahvaćen uticajem Sunčeve gravitacije.  Na donjoj slici prikazan je proces koji je trebao da se odigra prema drugom delu hipoteze. Ovde se rezultirajući parametri iz prvog dela hipoteze koriste za opisivanje početnih usova za dve potencijalne protozvezde u dve različite hipoteze.

Mada još nismo potpuno sigurni u vezi početnih uslova konfiguracije protozvezda, sve hipoteze pokazuju da je mehanizam zarobljavanja potpuno zadovoljavajući. Povrh svega, pokazanao je da je raspodela momenata impulsa koju predvidja hipoteza identična sa onom u Sunčevom sistemu.

vrh