Dabar egzistuoja du pagrindiniai planetų sistemų susidarymo modeliai. Pirmasis – sovietų astronomo Viktoro Safronovo idėjų išplėtojimas, vadinamasis branduolio akrecijos modelis. Pagal šį modelį iš pradžių susidaro planetos ruošinys, užuomazga, ant kurio paskui kaupiasi dujos, ir susidaro tokios planetos milžinės, kaip Jupiteris, Saturnas ar kitos planetos gigantės.

Antrasis būdas susijęs su bandymais paaiškinti planetų susidarymą protoplanetiniame diske tuo pačiu mechanizmu, pagal kurį formuojasi ir žvaigždės, t.y. gravitaciniu nepastovumu. Jeigu diskas pakankamai masyvus ir jame užtenka materijos, tai gali susidaryti netolygumai, kuriuos spaus jų pačių gravitacija. Pakankamai masyvūs netolygumai kris į save, kolapsuos ir virs masyviomis planetomis. Mokslinėje aplinkoje kol kas plačiau priimama pirmoji planetų formavimosi teorija.

Pradžioje buvo debesis

Supernova SN 1993J
Foto: NASA nuotr.

Viskas prasidėjo maždaug prieš 4568 milijonus metų. Būtent tada milžiniškas molekulinių dulkių debesis, ramiai plaukiojęs Paukščių Take, staiga pradėjo trauktis. Tai nutiko dėl netoliese įvykusio supernovos sprogimo, kurio smūginė banga perėjo per visą debesį ir sukėlė gravitacinį kolapsą. Be to, gigantiškos žvaigždės sprogimas pripildė debesį dujomis ir sunkiais elementais – geležimi ir uranu, kurie vėliau tapo Saulės sistemos statybiniais blokais.

Suspaudimas vyko labai greitai. Be to, debesis dar ir sukosi. Taip yra todėl, kad viskas aplink, taip pat ir mūsų galaktika, nuolat sukasi.

Sukimasis yra žvaigždžių kolapso fizikos dalis. Dėl sustiprėjusios gravitacijos dujų ir dulkių debesis ėmė ne tik suktis sparčiau, bet ir susiplojo į diską. Dėl staigaus suspaudimo ir chaotiško sukimosi dujos ir dulkės Oriono ūke ėmė tankėti į daugybę gumulėlių. Šie gumulėliai – ne kas kita, kaip būsimos žvaigždės.

Šio debesies dalis labai greitai taps susmulkinta Saulės sistema, kurios centre sužibs ryški protožvaigždė. Ji pradės ryti dulkes ir dujas, tada sudariusias Saulės ūką. Didžioji šių „atliekų“ dalis atsidurs Saulės gelmėse, o iš apgailėtinų likučių susiformuos planetos, palydovai, asteroidai ir netgi mes patys.

Saulės sistema buvo ne vienintelis dujų ir dulkių debesies „vaikas“, drauge su ja gimė ir kitos žvaigždžių sistemos.

Tą patį vyksmą dabar galime stebėti Oriono žvaigždyne, per kurį nutįso gigantiškas, šimtų šviesmečių ilgio molekulinis debesis. Kai kuriose vietose matosi, kaip iš debesies sutankėjimų formuojasi jaunos žvaigždės, nelyginant gigantiški disko rutuliai, nušviečiantys supančias dujas visomis vaivorykštės spalvomis.

Planetoidai

Saulės sistemos kūdikystėje jokių planetų nebuvo. Nebuvo ir pačios Saulės kaip tokios – buvo tik nedidelė protožvaigždė, kurios šviesa buvo labai blanki dėl aplink ją susikaupusių dujų ir dulkių. Beje, planetos formuosis labai sparčiai.

Jų statybinė medžiaga pasidalino į keletą sluoksnių, priklausomai nuo disko temperatūros. Arčiau protosaulės, kur temperatūra viršijo 2000 laipsnių, viskas išgaravo. Už 8 milijonų kilometrų buvo akmens linija, kur metalai ir mineralai sukietėjo. Kita riba paprastai vadinama sniego linija – tai tolimoji vidinės Saulės sistemos riba. Čia vanduo, metanas ir amoniakas egzistuoja tik ledo pavidalu. Tačiau kodėl kalbame būtent apie šias medžiagas? Visas paprasta, Saulės sistemoje šių medžiagų daugiausia, ypač vandens.

Visa tai – vienaip ar kitaip vandenilio komponentai, o vandenilis to laiko Saulės sistemoje buvo labiausiai paplitęs elementas.

Šiems, o ir kitiems elementams bendra viena – jie kol kas egzistuoja mikroskopinių dalelių pavidalu. Bet jau labai greitai dėl akrecijos jos ims traukti viena kitą, ir virs akmenimis ir ledo gabalais, kurie, savo ruožtu, taip pat trauks draugėn. Iš jų susidarys akmeniniai kūnai (1 km – 1,5 km), vadinamieji planetoidai. Tai pirmoji statybinė medžiaga, iš kurios per 3 milijonus metų susiformuos protoplanetos – planetų užuomazgos.

Dujų milžinės

O kol kas protoplanetų dydis panašus į Mėnulio. Susidurdamos, jos formuoja didesnes planetas. Vidinės Saulės sistemos planetos – Merkurijus, Venera, Žemė ir Marsas – gavosi nedidelės, mažesnės už išorines, nes joms teko mažiau statybinės medžiagos (arčiau žvaigždės, kur dėl jos spinduliavimo pakankamai karšta, negali kondensuotis ledas, negali į kietą kūną kondensuotis vanduo, amoniakas ir kitos dujos, tad čia gali formuotis tik akmeninės planetos. Todėl planetos ne tokios masyvios, juk jų susidarymui lieka mažiau medžiagos).

Per 3 milijonus metų atsiranda Saulės sistemos milžinas – jaunas suledėję Jupiteris. Prieš tapdamas dujų milžinu, Jupiteris buvo superžemė – didelė akmenine planeta, kurios masė keletą kartų viršijo dabartinę Žemės masę. Jis vis augo, pritraukdamas vis naujas protoplanetas. Dėl savo masės Jupiteris tapo „gravitaciniu plėšiku“.

Kaip kosminis dulkių siurblys, savo kelyje jis rijo visas dujas ir per 100 tūkst. metų išaugo iki 90 proc. dabartinės masės.

Šiuo chuliganišku pavyzdžiu nesibodėjo ir kitos išorinės Saulės sistemos planetos – Saturnas, Uranas ir Neptūnas. Ir nors daugeliui jų sukaupti tokią raumenų masę nepavyko, Jupiteris ir Saturnas pasiglemžė 92 proc. visos planetoms likusios Saulės sistemos masės! Dėl šių dviejų milžinų godumo, per 10 milijonų pirmųjų jaunos Saulės sistemos egzistavimo metų joje baigėsi praktiškai visos dujos, konkrečiai, vandenilis ir helis, kurių sąskaita taip greitai išaugo Jupiteris ir Saturnas. Tačiau jų beatodairiškas godumas pasitarnavo kuklesniems jų giminaičiams. Juk jeigu Jupiteris ir Saturnas nebūt susiurbę visų dujų ir dulkių, regėtume Saulę tik kaip blankų neryškų diską. Nors šiaip jau, tikriausiai neregėtume – be normalios Saulės šviesos gyvybė mūsų planetoje vargu ar būtų pasiekusi tokios įvairovės, kad atsirastų tokie smalsūs padarai, kaip Homo sapiens. Prie laisvų dujų kiekio mažinimo prisidėjo ir pati Saulė. Juk ji ir toliau siurbė į save vandenilį ir helį, antraip nebūtų išaugusi iki tokio dydžio, ir būtų likusi protožvaigžde. Beje, Jupiteris ir pats galėtų tapti žvaigžde, jeigu jo masė būtų didesnė.

Antrasis Saulės gimimas

Mūsų Saulė gimė dukart.

Žvaigždė, apie kurią iki šiol kalbėjome, tebuvo protosaulė. Gyvenimo pradžioje jos šviesos spektras buvo kitoks.

Protosaulės energija buvo milžiniška, kaip ir dabar, bet ji pati buvo raudonesnė. 50 milijonų metų amžiaus sulaukusioje Saulės sistemoje vyksta reikšmingas įvykis – mūsų žvaigždė pasiekia kritinę temperatūrą ir slėgį, jos branduolyje prasideda termobranduolinė reakcija. Su vandenilinės bombos energija mūsų protosaulė sprogsta ir gimsta nauja, visavertė žvaigždė.

Vidinės planetos

Saulės sistemos planetos, išdėstytos tarp Žemės ir Mėnulio (NASA/Reddit nuotr.)

Saulė subrendo, o susiformavę Jupiteris, Saturnas, Uranas ir Neptūnas nulėkė už sniego linijos. Tuo tarpu karštojoje vidinėje srityje, kur buvo daug akmenų ir maža dujų, karaliavo sumaištis: mažutės protoplanetos ir toliau susidūrinėjo ir augo.

Vidinių Saulės sistemos planetų formavimasis truko 10 kartų ilgiau, nei dujinių milžinių. Po 75 milijonų metų šis procesas baigėsi.

Šių „mūšių“ dulkės išsisklaidė ir iš kosmoso gelmių ėmė ryškėti keturių vidinių planetų bruožai – Merkurijaus, Veneros, Žemės ir Marso.

Mūsų Žemės vaikystė nebuvo lengva. Kai protožemė išaugo iki dabartinio dydžio ir užėmė stabilią orbitą, ji turėjo kosminį persekiotoją. Manoma, kad pradinėse Žemės vystymosi stadijose ją lydėjo kita protoplaneta – Tėja. Jos orbita buvo beveik tokia pat, kaip ir Žemės. Ji sekė Žemę įkandin. Nenuostabu, kad tokia „kontrolė“ anksčiau ar vėliau turėjo išsivystyti į nuožmų konfliktą – planetos susidūrė. Ir vėl iš didžiosios nelaimės gimė didysis kūrimas – iš Tėjos ir pačios Žemės nuolaužų susiformavo palydovas – Mėnulis. Išgyvenusi kataklizmą suformavusi Mėnulį, Žemė tapo viena iš stabiliausių vidinių Saulės sistemos planetų. Tikėtina, kad tai – dar viena priežastis, kodėl būtent joje atsirado gyvybė (bent jau tokia įvairi).

Asteroidų žiedas ir Koiperio juosta

Atrodytų, planetų formavimasis baigtas, tačiau tarp Marso ir Jupiterio iki šiol egzistuoja žiedas, senų senovėje turėjęs virsti dar viena planeta. Bet jos atsiradimas neįmanomas – piktoji lemtis, giganto Jupiterio pavidalu, neleidžia jai susiformuoti: dujinės planetos gravitacija nuolat sudaužia asteroidus ir neleidžia jiems vienas kitą pritraukti.

Arčiau Saulės sistemos krašto, už Neptūno orbitos, išsidėstė dar vienas asteroidų žiedas – Koiperio juosta. Čia daug akmenų ir ledo, bet visi jie skrieja taip toli vienas nuo kito, kad beveik niekada nesusiduria, ir todėl nesuformuoja planetų.

Be asteroidų žiedo ir Koiperio juostos, Saulės sistemoje egzistuoja ir hipotetinė sferinė sritis, vadinamasis Oorto debesis. Daugelio mokslininkų nuomone, būtent čia yra ilgo periodo kometų gimtinė. Ir nors instrumentiškai Oorto debesies egzistavimas nepatvirtintas, daugelis netiesioginių įkalčių rodo jį ten esant.

Manoma, kad Oorto debesis yra liekana pradinio protoplanetinio disko, susiformavusio apie Saulę maždaug prieš 4,6 milijardus metų. Visuotinai priimta hipotezė skelbia, kad Oorto debesies objektai iš pradžių formavosi daug arčiau Saulės, vykstant tam pačiam procesui, kuris suformavo planetas ir asteroidus, tačiau gravitacinė sąveika su jaunomis planetomis milžinėmis, tokiomis, kaip Jupiteris, išsviedė šiuos objektus į labai ištęstas elipsines arba parabolines orbitas.

Vėlyvasis sunkusis bombardavimas

Beje, praėjus 50 milijonų metų nuo Saulės sistemos gimimo, Koiperio juostoje ir asteroidų žiede buvo 100 kartų daugiau kūnų, nei dabar. Visi jie suvaidino griaunamąją, bet labai svarbią rolę vidinių akmeninių planetų, tarp jų ir Žemės, vystymesi.

Tačiau dramos priežastimi tada tapo dujiniai gigantai, kurių pasislinkusios orbitos vos nepražudė Saulės sistemos. Kai įvyko Jupiterio ir Saturno rezonansas, atsirado gravitacinis sujudimas ir įvyko katastrofa – planetos išsilakstė po Saulės sistemą. Labiausiai nukentėjo dvi planetos – Neptūnas ir Uranas. Jų orbitos apsikeitė vietomis.

Jupiterio ir Saturno rezonansas gerokai praretino ir asteroidų žiedą, ir Koiperio juostą. 99 proc. asteroidų žiedo ir Koiperio juostos objektų išsilakstė, didžioji jų dalis atsidūrė už Saulės sistemos ribų. Tačiau kai kurie pasuko vidun. Žemė, kaip ir kitos akmeningosios planetos, atsidūrė ugnies linijoje. Šis įvyks vadinamas vėlyvuoju sunkiuoju bombardavimu. Bet vėl suveikė „nėra to blogo, kas neišeitų į gera“ principas. Daugelis mokslininkų mano, kad būtent tokie bombardavimai galėjo į Žemę atnešti vandenį, o kartu ir organinius mineralus bei medžiagas, iš kurių vėliau išsivystė gyvybė.

Kiek žinoma mokslui, nuo to laiko rimtų kataklizmų Saulės sistemoje nevyko. Daugelis, lygindami su kitomis sistemomis, šią sistemą laiko netipiška būtent dėl jos stabilumo. Nejaugi mes – ypatingi?..

Saulės sistema turėtų gyvuoti dar maždaug 5 milijardus metų – kol Saulės gelmėse nenutrūks termobranduolinė reakcija ir žvaigždė neišsiplės. Kai tai nutiks, Saulė taps raudonąja milžine ir prarys Merkurijų, Venerą ir, gali būti, mūsų Žemę. Bet net jei mūsų planeta tokios lemties išvengs, gyvybė joje taps visiškai neįmanoma dėl gigantiškos Saulės artumo. Gyvenamoji zona pasislinks į pačius planetų sistemos pakraščius. Beje, dėl ypatingai padidėjusio paviršiaus ploto, Saulė taps „vėsesne“ žvaigžde, nei anksčiau.

Po to mūsų sistemos laukia dar didesnė tragedija – Saulė vėl ims trauktis. Tai vyks tol, kol ji taps baltąja nykštuke – žvaigždės branduolį, nepaprastai tankų objektą, kurio masė prilygs pusei dabartinio šviesulio, o dydis - Žemei. Saulės „mirimo“ procesas, kaip ir viskas šiame pasaulyje, prasidėjo jos gimimo akimirką. Kadangi Saulė „degina“ vandenilį, branduolį palaikanti energija baigiasi ir žvaigždė susitraukia. Taip padidėja slėgis jos gelmėse ir kaitina branduolį, taip spartindamas kuro degimą. Todėl Saulė šviesėja maždaug 10 proc. per 1,1 milijardą metu tempu, ir per ateinančius 3,5 milijardus metų ji paskaistės dar 40 procentų.