Układ Słoneczny – najlepsze (bo nasze) miejsce w galaktyce

Układ Słoneczny to zależny od grawitacji układ planet, słońca i innych ciał orbitujących wokół gwiazdy. Ciałami, które orbitują bezpośrednio wokół słońca są planety, planety karłowate, oraz pasy planetoid. Ciałami, które orbitują wokół słońca pośrednio są księżyce – niektóre z nich większe od najmniejszej planety naszego układu słonecznego – Merkurego.

Początki Układu Słonecznego

Układ Słoneczny powstał 4,5 miliarda lat temu, kiedy pod wpływam grawitacji zapadł się obłok molekularny. Początkowo chmura prawdopodobnie miała kilka lat świetlnych szerokości i dała początek wielu innym gwiazdom. Jak to typowe dla obłoków molekularnych, zawierała głównie wodór, trochę helu i kilka cięższych pierwiastków pozostałych po fuzji w utworzonych przez nią gwiazdach, a to wszystko otoczone kosmicznym pyłem.

Kiedy rejon, który miał utworzyć układ słoneczny zapadł się pod wpływem grawitacji, zachowanie momentu pędu sprawiło, że zaczął obracać się szybciej. Centrum tej przedsłonecznej mgławicy, gdzie zebrała się większość masy, stawało się dużo cieplejsze w porównaniu z otaczającą ją masą.

Wraz ze zwiększeniem prędkości obrotu, mgławica zaczęła się wydłużać i spłaszczać formując dysk protoplanetarny o średnicy około 200 jednostek astronomicznych (AU)* oraz gorącą, gęstą protogwiazdę w centrum.

Powstanie planet

Planety tworzyły się przez narastanie pyłów i pierwiastków wokół większych skał zawartych w dysku protoplanetarnym. W początkowej fazie istnienia naszego Układu Słonecznego mogły istnieć setki protoplanet, ale prawdopodobnie zaczęły się przyciągać tworząc większe ciała, lub zostały zniszczone zostawiając po sobie planety, planety karłowate oraz inne mniejsze ciała niebieskie.

W wewnętrznej, gorącej części dysku protoplanetarnego, blisko Słońca tylko metale oraz silikaty mogły istnieć w formie ciał stałych, ze względu na wysokie temperatury topnienia. To one uformowały cztery najbliższe Słońcu planety – Merkurego, Wenus, Ziemię i Marsa. Ponieważ mgławica, z której uformował się nasz Układ Słoneczny nie zawierała dużo metalicznych pierwiastków, planety skaliste nie mogły być duże. Olbrzymy naszego Układu Słonecznego uformowały się dalej, w miejscu między orbitami Marsa i Jowisza, gdzie było na tyle chłodno, że metan, wodór i inne „lodowe” materiały pozostawały ciałami stałymi. Było ich również dużo więcej niż metali i silikatów, które stworzyły planety skaliste, więc cztery zewnętrzne planety naszego Układu Słonecznego mogły urosnąć do pokaźnych rozmiarów.

Pozostałości, które nie stały się planetami zebrały się razem formując pas planetoid, pas Kuipera oraz hipotetyczną chmurę Oort.

Początki naszej gwiazdy

W ciągu 50 milionów lat, ciśnienie i gęstość wodoru w centrum protogwiazdy stały się wystarczająco duże, aby rozpoczęła się w niej fuzja termonuklearna. Temperatura, prędkość reakcji, ciśnienie oraz gęstość zwiększały się aż została osiągnięta równowaga hydrostatyczna - ciśnienie termalne stało się równe sile grawitacji. Wtedy właśnie Słońce stało się gwiazdą ciągu głównego. Ta faza życia Słońca będzie trwać około 10 miliardów lat. Wiatr słoneczny stworzył heliosferę i wywiał pozostałe gazy i pyły z dysku protoplanetarnego kończąc tym samym proces tworzenia planet.

Słońce

Słońce jest gwiazdą naszego Układu Słonecznego i jego najbardziej masywną częścią. Jego masa to 99,86% całej masy układu. Wytwarza ono wystarczająco duże temperatury oraz gęstość w jądrze, aby podtrzymać fuzję nuklearną – łączenie się atomów wodoru w hel. Oznacza to, że jest gwiazdą ciągu głównego.

Zachodząca tam reakcja uwalnia niewyobrażalne ilości energii w postaci promieniowania elektromagnetycznego. Zawiera się w nim spektrum widzialnego światła.

Słońce jest gwiazdą ciągu głównego typ G2. Cieplejsze gwiazdy tego typu świecą jaśniej. Temperatura słońca znajduje się gdzieś pośrodku między temperaturami najzimniejszych i najgorętszych gwiazd tego typu.

Słońce zawiera w sobie więcej pierwiastków cięższych niż wodór i hel od starszych gwiazd tego typu. Cięższe pierwiastki od wodoru i helu powstają tylko podczas eksplozji gwiazd, stąd wiemy, że nasz Układ Słoneczny jest stosunkowo młody i powstał z pozostałości po gwiazdach, które umarły dawno temu. Wysoka zawartość większych pierwiastków w dysku protoplanetarnym jest dla nas bardzo ważna – bez niej nasz układ Słoneczny nie mógłby istnieć.

Materia międzyplanetarna

Większość Układu Słonecznego składa się z pustki znanej jako materia międzyplanetarna. Oprócz światła, słońce promieniuje ciągłym strumieniem naładowanych cząsteczek (plazmy) znanym jako wiatr słoneczny. Ten strumień rozprzestrzenia się z prędkością 1,5 miliona km/h, tworząc atmosferę, która przenika materię międzyplanetarną do co najmniej 100 jednostek astronomicznych. Aktywność na powierzchni słońca, np. rozbłyski słoneczne, lub wyrzuty koronalne zakłócają heliosferę, tworząc kosmiczną pogodę i doprowadzając do burz geomagnetycznych.

Heliosfera i pola magnetyczne planet w pewien sposób chronią Układ Słoneczny przed cząsteczkami komicznymi o dużej energii, jak np. promienie kosmiczne.

Odległości i Skala

Układ Słoneczny jest niewyobrażalnie wielki, mimo że zawiera w sobie tylko osiem planet. Odległości o których mowa ciężko sobie wyobrazić. Spróbujmy to sobie zobrazować.

Nie istnieje dokładny model naszego Układu Słonecznego ponieważ nie bylibyśmy w stanie go stworzyć. Jeśli weźmiemy najmniejszą planetę – Merkurego i zmniejszymy ją do 1mm, Słońce przy zachowaniu odpowiedniej skali będzie mieć 30cm. Pas Kuipera leżący za Neptunem, będzie znajdował się ponad 300km od modelu naszego słońca.

Jeśli chcesz zobaczyć grafikę przedstawiającą Słońce i planety w odpowiedniej skali wejdź tutaj. Ostrzegamy! Czeka cię dużo przewijania 😉

Porównanie z innymi układami słonecznymi

W porównaniu z innymi układami słonecznymi nasz jest... dziwny. Po obejrzeniu 909 planet orbitujących wokół 355 gwiazd naukowcy doszli do wniosku, że nasz Układ Słoneczny jest mniej uporządkowany niż inne.

Obserwacje przeprowadzone przez astrofizyk Lauren Weiss na Uniwersytecie w Montrealu ujawniły, że w innych układach słonecznych nie ma tak dużych różnic między wielkościami planet i odległościami ich orbit. Jeśli spojrzysz na rysunek Układu Słonecznego być może zrozumiesz dlaczego u nas nie jest tak ładnie i porządnie jak w innych układach. Posiadamy planety o różnych rozmiarach i kształtach, a ich odległości od Słońca bardzo się różnią. Kiedyś naukowcy sądzili, że to normalne, ale kiedy zaczęliśmy uczyć się więcej o egzoplanetach, okazało się, że jednak tak nie jest.

Używając danych z różnych teleskopów zebraliśmy dane na temat 1305 gwiazd będących domem ponad 2025 planet. Przy użyciu tych danych byliśmy w stanie zmierzyć wielkości gwiazd i ich planet. Astrofizycy mają wiele dziwnych wzorów, które pozwalają im obliczyć takie rzeczy jak orbity i wielkości planet oraz gwiazd, ale oszczędzimy wam tego.

Dla potrzeb badania astrofizycy skupili się na 909 planetach krążących wokół 335 gwiazd zlokalizowanych od 1000 do 4000 lat świetlnych od Ziemi. Okazało się, że układy słoneczne podążają za dwoma wzorami – czego naukowcy się nie spodziewali. Po pierwsze, planety w układzie słonecznym raczej są podobnego rozmiaru do swoich sąsiadów. Po drugie, odległości między orbitami były mniej więcej równomierne.

Okazuje się, że jeśli rozmiar jednej planety i jej odległość od słońca w danym układzie jest znana, astronomowie mogą dokonać w miarę dokładnych obliczeń, aby odnaleźć pozostałe planety w tym układzie. Okazało się również, że związek między masą gwiazdy a średnicą planet praktycznie nie istnieje. Oznacza to, że masa gwiazdy nie wymusza rozmiaru planet.

Co ciekawe, jeśli już występuje jakaś różnica w rozmiarze planet w danym układzie słonecznym, to planety bliżej słońca będą mniejsze – od tego nie ma wyjątków.

Dzięki tym odkryciom wiemy jak formują się układy słoneczne, a to pozwala nam tworzyć hipotezy na temat tego co wyróżniało nasz Układ Słoneczny od innych, kiedy powstawał. Najbardziej wiodącą teorią dotyczącą inności naszego Układu dotyczy Saturna i Jowisza. Naukowcy uważają, że te dwa gazowe giganty uformowały się troszkę wcześniej od innych planet, zakłócając naturalny proces i zabierając innym planetom substancje potrzebne do wzrostu.

Naukowcy chcą sprawdzić tę teorię, więc ich następnym krokiem będzie znalezienie planet przypominających rozmiarem Jowisza i przyjrzenie się bliżej układom słonecznym do których należą.

Co znajduje się za Neptunem?

Poza orbitą Neptuna znajduje się pas Kuipera. Jest on domem Plutona, kilku innych planet karłowatych oraz kilku innych obiektów. Jest on nachylony pod kątem do płaszczyzny Układu Słonecznego. Cały ten rejon jest w większości nieodkryty. Wydaje się być domem wielu maleńkich światów – największy z nich ma masę naszego Księżyca i jest wielkości 1/5 Ziemi – składają się głównie ze skał i lodu. Rejon ten często nazywany jest trzecim obszarem Układy Słonecznego.

Nie wiemy dokładnie, gdzie kończy się nasz Układ Słoneczny. Jego granice są formowane przez dwie odmienne siły: wiatr słoneczny i grawitację naszej gwiazdy. Limitem wpływów wiatru solarnego jest odległość cztery razy większa od odległości Plutona od Słońca. Grawitacja słońca sięga tysiąckrotnie dalej i prawdopodobnie obejmuje teoretycznie istniejącą chmurę Oort.

*Jednostka Astronomiczna – (AU – Astronomical Unit) – Jednostka używana do mierzenia odległości w kosmosie mniejszych niż rok świetlny. Oznacza ona odległość Ziemi od Słońca.