Teorije o nastanku planeta

(maj 2002.)

exoplanete
Teorije o nastanku planeta

Zahvaljujem se Igoru Smoliću
na dobrim i korisnim komentarima.

Osamdesetih godina proslog veka, astromoni su u infracrvenom delu spektra otkrili nekolicinu zvezda koje su okružene diskovima prašine prečnika od stotinu astronomskih jedinica To je zaintrigiralo naučnike i, proučavanje tih zvezda se, naravno, nastavilo…

Pretpostavlja se da su ovi ravni diskovi sastavljeni od pračine u kojima su se formirale zvezde ili su još uvek u procesu nastajanja. Smatra se da su diskovi stari oko 10 miliona godina i da je to uobičajeni deo svakog planetarnog sistema. Može se reći da je u Sunčevom sistemu to Kajperov pojas u kome su sakupljeni “ostaci” formiranja našeg planetarnog sistema.

Kako nastaju planetarni sistemi?

Umetnički prikaz vansolarne planete i njene matične zvezde

Niko više nije siguran da je Sunčev sistem nastao na standardan način. Zapravo, proučavanjem vansolarnih planeta ustanovljeno je da više od 80 planeta živi u drugačijim sistemima. Njihove mase su veće od Jupiterove i orbite su im uglavnom jako blizu zvezde domaćina što ih čini neprikladnim za razvitak i opstanak života. Međutim, mnogi naučnici ovakva otkrića pripisuju ograničenoj tehnologiji. Još uvek ne postoji nijedan način za otkriše manjih planeta sa “normalnim” orbitama…

Prilikom gravitacionog sažimanja međuzvezdane materije, odnosno gasa i prašine održava se ugaoni momenat koji dovodi do toga da se od gasa i prašine formira ravan disk (tzv. “proplyd”- protoplanetarni disk) oko centralnog dela, tj. buduće zvezde. Rotacijom i magnetnim poljem u centralnom delu, odnosno u protozvezdi koncentriše se najveći deo mase materije koja formira zvezdu, dok disku ostaje ugaoni momenat, jer sažimanjem, disk sve brže rotira.

Održanje ugaonog momenta se može pokazati i na ovozemaljskom primeru. Recimo, čovek koji se kliza na ledu sporije se vrti ako su mu ruke raširene, ali čim počne da spušta ruke uz telo njegova ugaona brzina se povećava, odnosno klizač će se vrteti sve brže, zahvaljujući ugaonom momentu koji se održava.

U ovom procesu kolapsa međuzvezdane materije prečnik oblaka koji se sažima smanji se za red veličine više od 100 miliona. Smatra se da je pre otprilike 4,5 milijardi godina, odnosno u pepiodu formiranja Sunčevog sistema, njegov protoplanetarni disk imao prečnik nešto manji od 100 AJ (15 000 miliona km) i masu od svega nekoliko procenata Sunčeve mase.

Pretpostavlja se da je prosečni životni vek protoplanetarnih diskova reda veličine par miliona godina. Nasuprot tome, vreme koje je potrebno da se formira jedna džinovska planeta iznosi nesto manje od 10 miliona godina, dok je planetama Zemljinog tipa potrebno jos više vremena.

Kako vreme prolazi, odigrava se proces koji još nije u potpunosti proučen. U disku se prašina i led (za koji ne mora da znači da je sastavljen od vode) međusobno ujedinjuju čineci semena za buduće planete. U spoljašnjim delovima diska, kada takva protoplaneta dostigne zadovoljavajuću masu (desetak puta veću od Zemljine), ona svojim gravitacionionim uticajem sakuplja gas oko sebe. Tako nastaju džinovske gasovite planete poput Jupitera, i to u spoljašnjim delovima zvezdanog sistema. Njihova veličina zavisi od količine prisutnog gasa u tom delu diska koje protoplanete privlače.

Kasnije se, u unutrašnjim delovima diska, gde je temperatura previsoka i gde nema leda, silikatne čestice ujedinjuju i stvaraju planete poput Zemlje. Teški metali i silikatna jedinjenja odolevaju visokim temperaturama u blizini zvezde. Suprotno tome, lako isparljive čestice mogu preživeti samo u spoljašnjim delovima diska. Zato u spoljašnjim delovima i nastaju gasovite planete. Preživele čestice se ujedinjuju i vremenom nastaje protoplaneta, koja će takođe vremenom početi da dominira maglinom privlačeći okolne gasove i prašinu svojom gravitacijom.

Međutim, ne mora da znači da će od grumena međuzvezdane materije nastati planeta. Protoplaneta svojim formiranjem prolazi kroz fazu kada je veličine komete ili asteroida. Takvo nebesko telo može, a i ne mora nastaviti sa “rastom” u planetu, tako da ostaje u obliku malog tela. I u Sunčevom sistemu postoji čitav pojas malih tela tj. asteroida koji nisu formirali planetu.

Problemi u teorijama o planetarnoj evoluciji

Ono što je interesantno jeste to kako planete poput vrelih Jupitera mogu imati putanju blizu zvezde. Takve planete se blizu zvezde ne mogu formirati iz više razloga. Zbog blizine zvezde temperatura je previsoka tako da nema kondenzacije. U tom delu diska nema dovoljno čvrste materije za izgradnju planetarnog jezgra veličine 10 Zemljinih masa. Nema dovoljno gasa za formiranje gasovitog omotača i planeta bi morala da završi sa formacijom za manje od 3 miliona godina.

Procenjuje se da je planeta oko zvezde Beta Pictoris oko 10 puta veća od Zemlje i da je od zvezde udaljena oko 6.5 milijardi km, planeta oko Epsilon Eridani je 0.2 Jupiterove mase i od zvezde domaćina je udaljena oko 5.5 milijardi km, dok je planeta oko Vege duplo masivnija od Jupitera na udaljenosti od 5 milijardi km od nje.

Još ‘80-tih godina je ustanovljeno da džinovska planeta koja se formira u spoljašnjim delovima diska može migrirati ka unutrašnjem delu diska pod uticajem gravitacije, koji bi mogao da uzrokuje ili orbitalna migracija ili gravitacioni uticaj drugih zvezdinih pratilaca. To objašnjava bliskost džinovskih planeta sa svojim zvezdastim domaćinima. No, i tu postoje problemi. Nije ustanovljeno kako se planeta povučena gravitacijom oduprire padanjem u samu zvezdu. Skorašnja posmatranja ukazuju na to da planete, u stvari, bivaju pojedene od strane zvezde domaćina. Evo o čemu je reč. Detektovano je prisustvo izotopa 6Li u planeti HD 82943. Ovaj krhki izotop se razara na 1.6 miliona stepeni, sto znači u da toku poslednjih stadijuma formiranja zvezde već nestaje. Ovaj izotop ne bi trebao da postoji u zvezdama, ali zato ulazi u sastav planeta, tako da je najjednostavniji i najlogičniji zaključak taj da je u nju tokom njenog života bivao povučen nekakav planetarni materijal (bilo od jedne ili više planeta). Zvezda HD 82943 je udaljena 89 svetlosnih godina, što je daleko za proučavanje. Međutim, veruje se da ima još exoplaneta sa ovakvim osobinama, jer bi litijum trebao da bude sastavni deo planeta.

Druga zbunjujuća stvar je pitanje ekscentriteta putanja exoplaneta. Dok su putanje planeta Sunčevog sistema gotovo kružne, putanje detektovanih exoplaneta su u većini slučajeva poprilično ekscentrične. Smatralo se da planeta ne može imati ekscentričnu putanju, jer ce u svakom slucaju težiti da od elipsaste napravi kružnu putanju. Jedno rešenje može biti da je ekscentričnost posledica interakcije između planeta u višeplanetarnim sistemima ili sa nekim udaljenim zvezdinim pratiocem.

[ 1 | 2 ] sledeća strana >

vrh