Seit jeher suchen Menschen nach der Antwort auf die Entstehung des Universums. Erst in den letzten Jahrhunderten mit der wissenschaftlichen Revolution waren die vorherrschenden Theorien empirischer Natur. In dieser Zeit, vom 16. bis zum 18. Jahrhundert, begannen Astronomen und Physiker, evidenzbasierte Erklärungen zu formulieren, wie unsere Sonne, die Planeten und das Universum begannen.
Wenn es um die Bildung unseres Sonnensystems geht, ist die am weitesten verbreitete Ansicht die Nebelhypothese. Im Wesentlichen besagt diese Theorie, dass sich die Sonne, die Planeten und alle anderen Objekte im Sonnensystem vor Milliarden von Jahren aus nebulösem Material gebildet haben. Ursprünglich vorgeschlagen, um den Ursprung des Sonnensystems zu erklären, hat sich diese Theorie zu einer weithin akzeptierten Ansicht darüber entwickelt, wie alle Sternensysteme entstanden sind.
Nebelhypothese:
Nach dieser Theorie begannen die Sonne und alle Planeten unseres Sonnensystems als riesige Wolke aus molekularem Gas und Staub. Dann, vor ungefähr 4,57 Milliarden Jahren, passierte etwas, das den Zusammenbruch der Wolke verursachte. Dies könnte das Ergebnis eines vorbeiziehenden Sterns oder von Schockwellen einer Supernova gewesen sein, aber das Endergebnis war ein Gravitationskollaps in der Mitte der Wolke.
Nach diesem Zusammenbruch sammelten sich Staub- und Gastaschen in dichteren Regionen. Da die dichteren Bereiche immer mehr Materie anzogen, begann die Erhaltung des Impulses, dass sie sich zu drehen begann, während sich der zunehmende Druck erwärmte. Das meiste Material endete in einer Kugel in der Mitte, während der Rest der Materie zu einer Scheibe abgeflacht war, die um sie herum kreiste. Während die Kugel in der Mitte die Sonne bildete, formte sich der Rest des Materials zur protoplanetaren Scheibe.
Die Planeten bildeten sich durch Akkretion aus dieser Scheibe, in der Staub und Gas zusammenschwebten und sich zu immer größeren Körpern zusammenschlossen. Aufgrund ihrer höheren Siedepunkte könnten nur Metalle und Silikate in fester Form näher an der Sonne existieren, und diese würden schließlich die terrestrischen Planeten von Merkur, Venus, Erde und Mars bilden. Da metallische Elemente nur einen sehr kleinen Teil des Solarnebels ausmachten, konnten die terrestrischen Planeten nicht sehr groß werden.
Im Gegensatz dazu bildeten sich die Riesenplaneten (Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun) jenseits des Punktes zwischen den Umlaufbahnen von Mars und Jupiter, an dem das Material kühl genug ist, damit flüchtige Eisverbindungen fest bleiben (d. H. Die Frostlinie). Das Eis, das diese Planeten bildete, war zahlreicher als die Metalle und Silikate, die die terrestrischen inneren Planeten bildeten, so dass sie massiv genug wurden, um große Atmosphären von Wasserstoff und Helium einzufangen. In Regionen wie dem Asteroidengürtel, dem Kuipergürtel und der Oort Cloud versammelten sich Trümmerreste, die niemals zu Planeten wurden.
Innerhalb von 50 Millionen Jahren wurden der Druck und die Dichte von Wasserstoff im Zentrum des Protostars so groß, dass er mit der Kernfusion beginnen konnte. Die Temperatur, Reaktionsgeschwindigkeit, der Druck und die Dichte nahmen zu, bis ein hydrostatisches Gleichgewicht erreicht war. Zu diesem Zeitpunkt wurde die Sonne zu einem Hauptreihenstern. Sonnenwind von der Sonne schuf die Heliosphäre und fegte das verbleibende Gas und den Staub von der protoplanetaren Scheibe in den interstellaren Raum, wodurch der Prozess der Planetenbildung beendet wurde.
Geschichte der Nebelhypothese:
Die Idee, dass das Sonnensystem aus einem Nebel stammt, wurde erstmals 1734 vom schwedischen Wissenschaftler und Theologen Emanual Swedenborg vorgeschlagen. Immanuel Kant, der mit Swedenborgs Werk vertraut war, entwickelte die Theorie weiter und veröffentlichte sie in seinem Universelle Naturgeschichte und Himmelstheorie(1755). In dieser Abhandlung argumentierte er, dass sich gasförmige Wolken (Nebel) langsam drehen, allmählich zusammenbrechen und aufgrund der Schwerkraft abflachen und Sterne und Planeten bilden.
Ein ähnliches, aber kleineres und detaillierteres Modell wurde von Pierre-Simon Laplace in seiner Abhandlung vorgeschlagen Exposition du system du monde (Exposition des Systems der Welt), das er 1796 veröffentlichte. Laplace vermutete, dass die Sonne ursprünglich eine ausgedehnte heiße Atmosphäre im gesamten Sonnensystem hatte und dass sich diese „Protosternwolke“ abkühlte und zusammenzog. Als sich die Wolke schneller drehte, warf sie Material ab, das schließlich kondensierte, um die Planeten zu bilden.
Das Laplace-Nebelmodell wurde im 19. Jahrhundert weithin akzeptiert, hatte jedoch einige ziemlich ausgeprägte Schwierigkeiten. Das Hauptproblem war die Drehimpulsverteilung zwischen Sonne und Planeten, die das Nebelmodell nicht erklären konnte. Darüber hinaus behauptete der schottische Wissenschaftler James Clerk Maxwell (1831 - 1879), dass unterschiedliche Rotationsgeschwindigkeiten zwischen dem inneren und dem äußeren Teil eines Rings keine Kondensation von Material ermöglichen könnten.
Es wurde auch vom Astronomen Sir David Brewster (1781 - 1868) abgelehnt, der erklärte, dass:
„Diejenigen, die an die Nebeltheorie glauben, halten es für sicher, dass unsere Erde ihre feste Materie und ihre Atmosphäre aus einem Ring abgeleitet hat, der aus der Sonnenatmosphäre geworfen wurde und sich anschließend zu einer festen terrassischen Kugel zusammenzog, von der der Mond von derselben abgeworfen wurde Prozess… [Unter einer solchen Sichtweise] muss der Mond notwendigerweise Wasser und Luft aus den Wasser- und Luftteilen der Erde abgeführt haben und eine Atmosphäre haben. “
Zu Beginn des 20. Jahrhunderts war das Laplace-Modell in Ungnade gefallen und veranlasste Wissenschaftler, nach neuen Theorien zu suchen. Erst in den 1970er Jahren entstand die moderne und am weitesten verbreitete Variante der Nebelhypothese - das Solar Nebular Disc Model (SNDM). Der Verdienst dafür geht an den sowjetischen Astronomen Victor Safronov und sein Buch Entwicklung der protoplanetaren Wolke und Bildung der Erde und der Planeten (1972). In diesem Buch wurden fast alle Hauptprobleme des Planetenbildungsprozesses formuliert und viele gelöst.
Zum Beispiel hat das SNDM-Modell erfolgreich das Auftreten von Akkretionsscheiben um junge Sternobjekte erklärt. Verschiedene Simulationen haben auch gezeigt, dass die Anreicherung von Material in diesen Scheiben zur Bildung einiger erdgroßer Körper führt. Daher wird der Ursprung der terrestrischen Planeten nun als fast gelöstes Problem angesehen.
Während das SNDM ursprünglich nur auf das Sonnensystem angewendet wurde, wurde es später von Theoretikern als im gesamten Universum wirksam angesehen und wurde verwendet, um die Bildung vieler Exoplaneten zu erklären, die in unserer gesamten Galaxie entdeckt wurden.
Probleme:
Obwohl die Nebeltheorie weithin akzeptiert ist, gibt es immer noch Probleme, die Astronomen nicht lösen konnten. Zum Beispiel gibt es das Problem von geneigten Achsen. Nach der Nebeltheorie sollten alle Planeten um einen Stern relativ zur Ekliptik gleich geneigt sein. Aber wie wir gelernt haben, haben die inneren Planeten und äußeren Planeten radikal unterschiedliche axiale Neigungen.
Während die inneren Planeten von fast 0 Grad geneigt sind, sind andere (wie Erde und Mars) signifikant geneigt (23,4 ° bzw. 25 °), haben äußere Planeten Neigungen, die von Jupiters geringfügiger Neigung von 3,13 ° bis zu Saturn und Neptuns mehr reichen ausgeprägte Neigungen (26,73 ° und 28,32 °) zu Uranus 'extremer Neigung von 97,77 °, bei der seine Pole gleichmäßig zur Sonne zeigen.
Die Untersuchung extrasolarer Planeten hat es Wissenschaftlern auch ermöglicht, Unregelmäßigkeiten festzustellen, die Zweifel an der Nebelhypothese aufkommen lassen. Einige dieser Unregelmäßigkeiten haben mit der Existenz von „heißen Jupitern“ zu tun, die innerhalb weniger Tage eng mit ihren Sternen umkreisen. Astronomen haben die Nebelhypothese angepasst, um einige dieser Probleme zu berücksichtigen, müssen jedoch noch alle äußeren Fragen beantworten.
Leider scheinen Fragen, die mit Ursprüngen zu tun haben, am schwierigsten zu beantworten zu sein. Nur wenn wir glauben, eine zufriedenstellende Erklärung zu haben, bleiben diese problematischen Probleme bestehen, die einfach nicht berücksichtigt werden können. Zwischen unseren aktuellen Modellen der Stern- und Planetenbildung und der Geburt unseres Universums haben wir jedoch einen langen Weg zurückgelegt. Wenn wir mehr über benachbarte Sternensysteme erfahren und mehr vom Kosmos erforschen, werden unsere Modelle wahrscheinlich weiter reifen.
Wir haben hier im Space Magazine viele Artikel über das Sonnensystem geschrieben. Hier ist das Sonnensystem, hat unser Sonnensystem mit einem kleinen Knall begonnen? Und was war hier vor dem Sonnensystem?
Weitere Informationen finden Sie im Ursprung des Sonnensystems und in der Entstehung der Sonne und der Planeten.
Astronomy Cast hat auch eine Episode zu diesem Thema - Episode 12: Woher kommen Baby Stars?
