7.4: أصل النظام الشمسي
- Page ID
- 197328
أهداف التعلم
في نهاية هذا القسم، ستكون قادرًا على:
- وصف خصائص الكواكب المستخدمة لإنشاء نماذج تكوين النظام الشمسي
- وصف كيف تساعدنا خصائص الأنظمة خارج المجموعة الشمسية على نمذجة نظامنا الشمسي
- شرح أهمية التصادمات في تكوين النظام الشمسي
إن الدافع وراء الكثير من علم الفلك هو الرغبة في فهم أصل الأشياء: للعثور على إجابات جزئية على الأقل لأسئلة قديمة عن المكان الذي جاء منه الكون والشمس والأرض ونحن أنفسنا. يعد كل كوكب وقمر مكانًا رائعًا قد يحفز خيالنا بينما نحاول تصوير ما سيكون عليه الحال عند زيارته. عند الجمع بين أعضاء النظام الشمسي، يحافظون على الأنماط التي يمكن أن تخبرنا عن تكوين النظام بأكمله. عندما نبدأ استكشافنا للكواكب، نريد أن نقدم صورتنا الحديثة لكيفية تشكل النظام الشمسي.
أظهر الاكتشاف الأخير لمئات الكواكب في مدار حول نجوم أخرى لعلماء الفلك أن العديد من أنظمة الكواكب الخارجية يمكن أن تكون مختلفة تمامًا عن نظامنا الشمسي. على سبيل المثال، من الشائع أن تتضمن هذه الأنظمة كواكب متوسطة الحجم بين كواكبنا الأرضية والكواكب العملاقة. غالبًا ما تسمى هذه الأرض الفائقة. حتى أن بعض أنظمة الكواكب الخارجية تحتوي على كواكب عملاقة قريبة من النجم، مما يعكس الترتيب الذي نراه في نظامنا. في كتاب «ولادة النجوم واكتشاف الكواكب خارج المجموعة الشمسية»، سنلقي نظرة على أنظمة الكواكب الخارجية هذه. ولكن في الوقت الحالي، دعونا نركز على نظريات كيفية تشكل نظامنا الخاص وتطوره.
تبحث عن الأنماط
تتمثل إحدى طرق التعامل مع سؤالنا الأصلي في البحث عن الانتظام بين الكواكب. وجدنا، على سبيل المثال، أن جميع الكواكب تقع في نفس المستوى تقريبًا وتدور في نفس الاتجاه حول الشمس. تدور الشمس أيضًا في نفس الاتجاه حول محورها الخاص. يفسر علماء الفلك هذا النمط كدليل على أن الشمس والكواكب تشكلت معًا من سحابة دوارة من الغاز والغبار نسميها السديم الشمسي (الشكل\(\PageIndex{1}\)).
يعطي تكوين الكواكب دليلًا آخر حول الأصول. يسمح لنا التحليل الطيفي بتحديد العناصر الموجودة في الشمس والكواكب. تمتلك الشمس نفس التركيبة التي يهيمن عليها الهيدروجين مثل المشتري وزحل، وبالتالي يبدو أنها تشكلت من نفس خزان المواد. وبالمقارنة، تعاني الكواكب الأرضية وقمرنا من نقص نسبي في الغازات الخفيفة والثلجات المختلفة التي تتكون من العناصر المشتركة الأكسجين والكربون والنيتروجين. بدلاً من ذلك، على الأرض وجيرانها، نرى في الغالب العناصر الثقيلة النادرة مثل الحديد والسيليكون. يشير هذا النمط إلى أن العمليات التي أدت إلى تكوين الكوكب في النظام الشمسي الداخلي يجب أن تستبعد بطريقة أو بأخرى الكثير من المواد الأخف الشائعة في أماكن أخرى. يجب أن تكون هذه المواد الأخف قد نجت، مما ترك بقايا من الأشياء الثقيلة.
ليس من الصعب تخمين سبب ذلك، مع مراعاة حرارة الشمس. تتكون الكواكب الداخلية ومعظم الكويكبات من الصخور والمعدن، والتي يمكنها تحمل الحرارة، ولكنها تحتوي على القليل جدًا من الجليد أو الغاز، الذي يتبخر عندما تكون درجات الحرارة مرتفعة. (لمعرفة ما نعنيه، ما عليك سوى مقارنة مدة بقاء الصخرة ومكعب الثلج عند وضعهما في ضوء الشمس.) في النظام الشمسي الخارجي، حيث كان الجو دائمًا أكثر برودة، تتكون الكواكب وأقمارها، وكذلك الكواكب القزمية الجليدية والمذنبات، في الغالب من الجليد والغاز.
الأدلة من بعيد
الطريقة الثانية لفهم أصول النظام الشمسي هي النظر إلى الخارج بحثًا عن أدلة على أن أنظمة الكواكب الأخرى تتشكل في أماكن أخرى. لا يمكننا أن ننظر إلى الوراء في الوقت المناسب لتشكيل نظامنا الخاص، ولكن العديد من النجوم في الفضاء أصغر بكثير من الشمس. في هذه الأنظمة، قد تظل عمليات تكوين الكوكب متاحة للمراقبة المباشرة. نلاحظ أن هناك العديد من «السديم الشمسية» الأخرى أو الأقراص المحيطة بالنجوم — وهي عبارة عن سحب مسطّحة من الغاز والغبار تحيط بالنجوم الشابة. تشبه هذه الأقراص المراحل الأولية لنظامنا الشمسي من التكوين منذ مليارات السنين (الشكل\(\PageIndex{2}\)).
بناء الكواكب
تعد الأقراص المحيطية من الظواهر الشائعة حول النجوم الصغيرة جدًا، مما يشير إلى أن الأقراص والنجوم تتشكل معًا. يمكن لعلماء الفلك استخدام الحسابات النظرية لمعرفة كيف يمكن أن تتشكل الأجسام الصلبة من الغاز والغبار في هذه الأقراص عندما تبرد. تُظهر هذه النماذج أن المادة تبدأ في الاندماج أولاً من خلال تكوين أجسام أصغر، وهي سلائف الكواكب، والتي نسميها الكواكب الصغيرة.
يمكن لأجهزة الكمبيوتر السريعة اليوم محاكاة الطريقة التي قد تتجمع بها ملايين الكواكب الصغيرة، التي ربما لا يزيد قطرها عن 100 كيلومتر، معًا تحت جاذبيتها المتبادلة لتشكيل الكواكب التي نراها اليوم. لقد بدأنا نفهم أن هذه العملية كانت عنيفة، حيث تصطدم الكواكب الصغيرة ببعضها البعض وأحيانًا تعطل الكواكب النامية نفسها. نتيجة لهذه التأثيرات العنيفة (والحرارة من العناصر المشعة فيها)، تم تسخين جميع الكواكب حتى أصبحت سائلة وغازية، وبالتالي تم تمييزها، مما يساعد على تفسير هياكلها الداخلية الحالية.
كانت عملية التأثيرات والاصطدامات في النظام الشمسي المبكر معقدة، ويبدو أنها كانت عشوائية في كثير من الأحيان. يمكن لنموذج السديم الشمسي أن يفسر العديد من الانتظامات التي نجدها في النظام الشمسي، ولكن الاصطدامات العشوائية لمجموعات ضخمة من الكواكب الصغيرة قد تكون سببًا لبعض الاستثناءات من «قواعد» سلوك النظام الشمسي. على سبيل المثال، لماذا تدور الكواكب أورانوس وبلوتو على جانبيها؟ لماذا تدور الزهرة ببطء وفي الاتجاه المعاكس للكواكب الأخرى؟ لماذا يشبه تكوين القمر الأرض من نواح كثيرة ومع ذلك يظهر اختلافات جوهرية؟ ربما تكمن الإجابات على مثل هذه الأسئلة في التصادمات الهائلة التي حدثت في النظام الشمسي قبل وقت طويل من بدء الحياة على الأرض.
اليوم، بعد حوالي 4.5 مليار سنة من نشأته، أصبح النظام الشمسي - والحمد لله - مكانًا أقل عنفًا بكثير. ولكن كما سنرى، استمرت بعض الكواكب الصغيرة في التفاعل والاصطدام، وتتحرك شظاياها حول النظام الشمسي كـ «عابرين» متنقلين يمكن أن يسببوا المتاعب للأفراد الراسخين في عائلة الشمس، مثل أرضنا. (نناقش هذا «إثارة المشاكل» في المذنبات والكويكبات: حطام النظام الشمسي.)
تتيح لك مجموعة كبيرة ومتنوعة من الرسوم البيانية على space.com استكشاف ما سيكون عليه العيش في عوالم مختلفة في النظام الشمسي.
المفاهيم الأساسية والملخص
دفعت الانتظامات بين الكواكب علماء الفلك إلى افتراض أن الشمس والكواكب تشكلت معًا في سحابة عملاقة دوارة من الغاز والغبار تسمى السديم الشمسي. تُظهر الملاحظات الفلكية أقراصًا محيطية متشابهة بشكل محير حول نجوم أخرى. داخل السديم الشمسي، اندمجت المواد لأول مرة في الكواكب الصغيرة؛ وتجمع العديد من هذه الكواكب معًا لتكوين الكواكب والأقمار. لا يزال من الممكن رؤية الباقي على أنه مذنبات وكويكبات. ربما تشكلت جميع أنظمة الكواكب بطرق مماثلة، ولكن العديد من أنظمة الكواكب الخارجية تطورت على طول مسارات مختلفة تمامًا، كما سنرى في العينات الكونية وأصل النظام الشمسي.
مسرد المصطلحات
- كواكب إيميال
- الأجسام، التي يتراوح قطرها من عشرات إلى مئات الكيلومترات، والتي تشكلت في السديم الشمسي كخطوة وسيطة بين الحبيبات الصغيرة والأجسام الكوكبية الأكبر التي نراها اليوم؛ قد تكون المذنبات وبعض الكويكبات بقايا الكواكب الصغيرة
- سديم شمسي
- سحابة الغاز والغبار التي تشكل منها النظام الشمسي