7.4: Mwanzo wa Mfumo wa Jua

Malengo ya kujifunza

Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:

• Eleza sifa za sayari zinazotumiwa kuunda mifano ya malezi ya mfumo wa jua
• Eleza jinsi sifa za mifumo ya extrasolar zinatusaidia kutengeneza mfumo wetu wa jua
• Eleza umuhimu wa migongano katika malezi ya mfumo wa jua

Sehemu kubwa ya astronomia huhamasishwa na hamu ya kuelewa asili ya vitu: kupata angalau majibu ya sehemu kwa maswali ya zamani ya mahali ambapo ulimwengu, Jua, Dunia, na sisi wenyewe tulitoka. Kila sayari na mwezi ni sehemu ya kuvutia ambayo inaweza kuchochea mawazo yetu tunapojaribu kupiga picha ni nini ingekuwa kama kutembelea. Kuchukuliwa pamoja, wanachama wa mfumo wa jua huhifadhi mifumo ambayo inaweza kutuambia kuhusu malezi ya mfumo mzima. Tunapoanza utafutaji wetu wa sayari, tunataka kuanzisha picha yetu ya kisasa ya jinsi mfumo wa jua ulivyoundwa.

Ugunduzi wa hivi karibuni wa mamia ya sayari katika obiti kuzunguka nyota nyingine umeonyesha wanaastronomia kuwa mifumo mingi ya sayari za nje inaweza kuwa tofauti kabisa na mfumo wetu wa jua. Kwa mfano, ni kawaida kwa mifumo hii kuingiza sayari za kati kwa ukubwa kati ya sayari zetu za duniani na kubwa. Hizi mara nyingi huitwa superearths. Baadhi ya mifumo ya sayari exoplanet hata ina sayari kubwa karibu na nyota, na kugeuza utaratibu tunaoona katika mfumo wetu. Katika Kuzaliwa kwa Nyota na Ugunduzi wa Sayari nje ya mfumo wa jua, tutaangalia mifumo hii ya exoplanet. Lakini kwa sasa, hebu tuangalie nadharia za jinsi mfumo wetu wenyewe umeunda na kubadilika.

Kuangalia kwa Sampuli

Njia moja ya kukabiliana na swali letu la asili ni kuangalia mara kwa mara kati ya sayari. Tuligundua, kwa mfano, kwamba sayari zote ziko karibu na ndege moja na zinatembea katika mwelekeo sawa kuzunguka jua. Jua linazunguka pia katika mwelekeo uleule kuhusu mhimili wake mwenyewe. Wanaastronomia wanatafsiri mfano huu kama ushahidi kwamba Jua na sayari ziliundwa pamoja kutokana na wingu linalozunguka la gesi na vumbi tunayoita nebula ya jua (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)).

Kielelezo Nebula ya\(\PageIndex{1}\) jua. Mimba hii ya msanii wa nebula ya jua inaonyesha wingu lililopigwa la gesi na vumbi ambalo mfumo wetu wa sayari uliunda. Sayari za Icy na miamba (watangulizi wa sayari) zinaweza kuonekana mbele. Kituo cha mkali ni pale ambapo Jua linaunda. (mikopo: William K. Hartmann, Taasisi ya Sayansi ya Sayari)

Utungaji wa sayari hutoa kidokezo kingine kuhusu asili. Uchunguzi wa spectroscopic inatuwezesha kuamua ni vipi vipi vilivyopo katika Jua na sayari. Jua lina muundo huo unaoongozwa na hidrojeni kama Jupiter na Saturn, na kwa hiyo inaonekana kuwa imeundwa kutoka kwenye hifadhi hiyo ya nyenzo. Kwa kulinganisha, sayari duniani na Mwezi wetu ni kiasi duni katika gesi mwanga na ices mbalimbali zinazounda kutoka mambo ya kawaida oksijeni, kaboni, na nitrojeni. Badala yake, duniani na majirani zake, tunaona hasa elementi nzito rarer kama vile chuma na silicon. Mfano huu unaonyesha kwamba taratibu zilizosababisha kuundwa kwa sayari katika mfumo wa jua ndani lazima kwa namna fulani zimeondoa vifaa vingi vya nyepesi ambavyo ni vya kawaida mahali pengine. Vifaa hivi nyepesi vinapaswa kutoroka, na kuacha mabaki ya mambo mazito.

Sababu ya hii si vigumu nadhani, kwa kuzingatia joto la Jua. Sayari za ndani na asteroidi nyingi hutengenezwa kwa mwamba na chuma, ambazo zinaweza kuishi joto, lakini zina barafu kidogo sana au gesi, ambazo huyeyuka wakati joto lipo juu. (Ili kuona nini tunamaanisha, tu kulinganisha muda gani mwamba na mchemraba wa barafu huishi wakati wanapowekwa kwenye jua.) Katika mfumo wa jua wa nje, ambako umekuwa baridi, sayari na miezi yao, pamoja na sayari za kibete na comets, zinajumuisha zaidi ya barafu na gesi.

Ushahidi kutoka mbali

Njia ya pili ya kuelewa asili ya mfumo wa jua ni kuangalia nje kwa ushahidi kwamba mifumo mingine ya sayari inaunda mahali pengine. Hatuwezi kuangalia nyuma kwa wakati kuundwa kwa mfumo wetu wenyewe, lakini nyota nyingi angani ni ndogo sana kuliko Jua. Katika mifumo hii, michakato ya malezi ya sayari bado inaweza kupatikana kwa uchunguzi wa moja kwa moja. Tunaona kwamba kuna “nebula za jua” nyingine nyingi au diski za circumstellar —zilizopigwa, zinazozunguka mawingu ya gesi na vumbi vinavyozunguka nyota vijana. Disks hizi zinafanana na hatua za awali za mfumo wetu wa jua za malezi mabilioni ya miaka iliyopita (Kielelezo\(\PageIndex{2}\)).

Kielelezo\(\PageIndex{2}\) Atlas ya vitalu sayari. Picha hizi za Hubble Space Telescope zinaonyesha sehemu za Nebula ya Orion, eneo la karibu sana ambako nyota zinaunda kwa sasa. Kila picha inaonyesha disk iliyoingia ya circumstellar inayozunguka nyota ndogo sana. Inaonekana kutoka pembe tofauti, baadhi huwa na nguvu kuwaka kwa nuru ya nyota iliyo karibu huku nyingine huwa giza na kuonekana katika silhouette dhidi ya gesi angavu inayowaka ya Nebula ya Orion. Kila ni analog ya kisasa ya nebula yetu ya jua-mahali ambapo sayari zinaundwa leo. (mikopo: mabadiliko ya kazi na NASA/ESA, L. Ricci (ESO))

Kujenga Sayari

Disks za circumstellar ni tukio la kawaida karibu na nyota ndogo sana, zinaonyesha kuwa disks na nyota huunda pamoja. Wanaastronomia wanaweza kutumia mahesabu ya kinadharia ili kuona jinsi miili imara inaweza kuunda kutoka gesi na vumbi katika diski hizi zinapopoza. Mifano hizi zinaonyesha kwamba nyenzo huanza kuunganisha kwanza kwa kutengeneza vitu vidogo, watangulizi wa sayari, ambazo tunaita sayari.

Tarakilishi za haraka za leo zinaweza kuiga njia mamilioni ya sayari, pengine si kubwa kuliko kilomita 100 za kipenyo, zinaweza kukusanyika pamoja chini ya mvuto wao wa pamoja ili kuunda sayari tunazoziona leo. Tunaanza kuelewa kwamba mchakato huu ulikuwa wa vurugu, huku sayari zinaanguka ndani ya kila mmoja na wakati mwingine hata kuvuruga sayari zinazoongezeka wenyewe. Kama matokeo ya athari hizo za vurugu (na joto kutoka kwa vipengele vya mionzi ndani yao), sayari zote zilikuwa zimewaka mpaka zimekuwa kioevu na gesi, na kwa hiyo zimetenganishwa, ambayo husaidia kuelezea miundo yao ya ndani ya sasa.

Mchakato wa athari na migongano katika mfumo wa jua mapema ulikuwa ngumu na, inaonekana, mara nyingi mara nyingi. Mfano wa nebula wa jua unaweza kueleza mara nyingi za kawaida tunazozipata katika mfumo wa jua, lakini migongano ya random ya makusanyo makubwa ya sayari inaweza kuwa sababu ya baadhi ya tofauti na “sheria” za tabia za mfumo wa jua. Kwa mfano, kwa nini sayari Uranus na Pluto huzunguka pande zao? Kwa nini Venus inazunguka polepole na kwa upande mwingine kutoka sayari nyingine? Kwa nini muundo wa Mwezi unafanana na Dunia kwa njia nyingi na bado huonyesha tofauti kubwa? Majibu ya maswali hayo pengine yamelala katika migongano mikubwa ambayo yalitokea katika mfumo wa jua muda mrefu kabla ya maisha duniani kuanza.

Leo, takriban miaka bilioni 4.5 baada ya asili yake, mfumo wa jua ni—asante wema —sehemu ndogo sana ya vurugu. Kama tutakavyoona, hata hivyo, baadhi ya sayari zimeendelea kuingiliana na kugongana, na vipande vyake vinazunguka mfumo wa jua kama “vipindi” vinavyoweza kusababisha shida kwa wanachama walioanzishwa wa familia ya Jua, kama vile Dunia yetu wenyewe. (Tunazungumzia “shida” hii katika Comets na Asteroids: Uharibifu wa mfumo wa jua.)

aina kubwa ya infographics katika space.com basi wewe kuchunguza nini itakuwa kama kuishi katika ulimwengu mbalimbali katika mfumo wa jua.

Dhana muhimu na Muhtasari

Mara kwa mara kati ya sayari zimesababisha wanaastronomia kudhani ya kwamba Jua na sayari ziliundwa pamoja katika wingu kubwa la gesi na vumbi linalozunguka linaloitwa nebula ya jua. Uchunguzi wa astronomical unaonyesha disks zinazofanana na circumstellar karibu na nyota nyingine. Ndani ya nebula ya jua, nyenzo zilikusanyika kwanza kuwa sayari; nyingi kati ya hizi zilikusanyika pamoja ili kufanya sayari na miezi. Salio bado linaweza kuonekana kama comets na asteroids. Pengine mifumo yote ya sayari imeundwa kwa njia sawa, lakini mifumo mingi ya exoplanet imebadilika kwa njia tofauti kabisa, kama tutakavyoona katika Sampuli za Cosmic na Mwanzo wa Mfumo wa jua.

faharasa

sayari

vitu, kutoka mamia hadi mamia ya kilomita katika kipenyo, kwamba sumu katika nebula ya jua kama hatua ya kati kati ya nafaka vidogo na vitu kubwa sayari tunaona leo; comets na baadhi asteroids inaweza kuwa mabaki planetesimals

nebula ya jua

wingu la gesi na vumbi ambayo mfumo wa jua sumu