790
Forskere sier ofte at alt kan skje i det uendelig store universet. Observasjoner, beregninger og simuleringer viser imidlertid at i stjernesystemer roterer planetene alltid rundt stjernen i samme plan og i samme retning. Vi finner ut hvorfor dette skjer.
Orden hersker i solsystemet: de fire indre planetene, asteroidebeltet og fire gassgiganter kretser rundt solen i samme plan. Og selv om man går over disse grensene, viser det seg at Kuiper-beltet også er plassert i dette flyet. Tatt i betraktning det faktum at solen er sfærisk og stjerner vises i rommet, rundt hvilke planeter roterer i alle retninger, virker det at alt er stilt opp slik i systemet vårt for mye av en tilfeldighet. Dessuten observerte vi at i nesten hvert eneste stjernesystem stiller planetene opp på samme måte. La oss prøve å forstå hva dette er forbundet med.
Til dags dato har forskere beregnet banene til planetene med imponerende nøyaktighet. De fant ut at himmellegemer kretser rundt Solen i samme todimensjonale plan med en forskjell på ikke mer enn 7°.
Dessuten, hvis du fjerner Merkur - planeten nærmest Solen - fra denne ligningen, vil det bli merkbart hvor riktig alt annet er ordnet i forhold til hverandre: avvikene fra det konstante planet til solsystemet er ikke mer enn to grader .
I tillegg dreier planetene rundt solen i samme retning som den roterer rundt sin akse. Som du kanskje har gjettet, er solens rotasjonsakse også innenfor 7° avvik sammenlignet med banene til alle planetene i systemet.
Det er imidlertid vanskelig å forestille seg at alt skjedde av seg selv, og ikke noen fra utsiden klemte alle kroppene inn i ett system og tvang dem til å bevege seg i ett plan. Intuitivt kan man anta at banene bør være tilfeldig orientert, siden tyngdekraften fungerer på samme måte i alle tre (romlige) dimensjoner. Det er også mer sannsynlig å anta dannelsen av en slags sverm av materierester enn et ordnet sett med perfekte sirkler. Saken er at hvis du beveger deg veldig langt fra solen - lenger enn planetene og asteroidene, lenger enn Halleys komet og andre som den, kan du til og med gå utover Kuiperbeltet,- dette er akkurat det du vil se.
Så hvorfor havnet planetene på samme skive? Hvorfor er de alle plassert i samme fly, og flyr ikke tilfeldig rundt stjernen? For å forstå dette, må du gå tilbake til tiden da solen akkurat begynte å danne seg fra en av de molekylære gassskyene som alle stjernene i universet er dannet fra.
Når en molekylsky blir massiv nok, gravitasjonsbundet og kald nok til å trekke seg sammen og kollapse under sin egen tyngdekraft, som rørtåken (øverst til venstre), danner den tette nok områder der nye stjernehoper vises (angitt med sirkler i bildet , i øvre høyre hjørne).
Du vil umiddelbart legge merke til at denne tåken, som enhver lignende den, ikke har en perfekt sfærisk form, den er ganske uvanlig avlang. Tyngdekraften tolererer ikke ufullkommenheter, og fordi det er en treghetskraft som firedobles for hver halvering av avstanden til et massivt objekt, tar den selv små forskjeller i opprinnelig form og forsterker dem betydelig over en kort periode.
Resultatet er en stjernedannende tåke med en asymmetrisk form: stjerner i den dannes i områder med høyest gasstetthet. Men hvis vi ser inn i den og ser på individuelle stjerner, vil vi se at de er nesten perfekte kuler – som Solen.
Men akkurat som selve tåken ble asymmetrisk, ble de individuelle stjernene som ble dannet i den dannet av ultratette asymmetriske klumper. Disse klumpene kollapser i en av tre dimensjoner, og ettersom materien som utgjør oss, atomer, kjerner og elektroner, tiltrekker seg og samhandler når den kolliderer med annen materie, blir resultatet en avlang skive av materie. Ja, tyngdekraften vil tiltrekke det meste av den til midten av skiven der stjernen vil dannes, men rundt den vil det dannes det forskerne kaller en protoplanetarisk skive. Og takket være Hubble-romteleskopet kunne vi se disse platene direkte.
Dette er det første hintet i sitt slag som indikerer at resultatet blir noe som er bestilt i ett plan. For å gå til neste trinn må vi vende oss til simuleringer, fordi vi ikke har eksistert lenge nok og rett og slett ikke har hatt tid til å observere dette fenomenet – og det tar omtrent en million år – i et ungt stjernesystem.
Etter at den protoplanetariske skiven "flater ut" i én dimensjon, vil den fortsette å trekke seg sammen ettersom mer og mer materie kommer inn i sentrum. Men til tross for at det meste av materialet vil være konsentrert i det, vil en betydelig del av gassen og støvet gå inn i stabile roterende baner i denne skiven.
Hvorfor? Det er en fysisk mengde som må bevares: vinkelmomentum, som forteller oss hvor mye hele systemet spinner – gass, støv, stjerne og alt annet. Måten vinkelmomentet fungerer på og hvor jevnt det er fordelt på alle partiklene i systemet tilsier i hovedsak at alt i skiven må bevege seg, grovt sett, i én retning – med eller mot klokken. Til slutt vil denne skiven nå en stabil størrelse og tetthet, og da vil små gravitasjonsustabiliteter begynne å transformere disse ustabilitetene til planeter.
Selvfølgelig er det små forskjeller mellom deler av disken, samt små forskjeller i startforhold. Stjernen som dannes i sentrum er ikke et enkelt punkt, men snarere et utvidet objekt - omtrent en million kilometer i diameter. Når du setter alle disse delene sammen, vil du ikke få et ideelt fly, men du vil få noe veldig nær det. Faktisk fant vi nylig det første planetsystemet utenfor solsystemet der vi var i stand til å observere prosessen med dannelsen av unge planeter i ett plan.
Den unge stjernen HL Tauri, som ligger omtrent 450 lysår fra Jorden, er omgitt av en protoplanetarisk skive. Alderen til selve stjernen er beregnet til omtrent en million år. Det er åpenbart at dette er en disk der alt er plassert i ett plan, men det er mørke "hull" i den. Hver av disse hullene tilsvarer en ung planet som har tiltrukket seg all materie i sin nærhet. Det er ennå ikke kjent hvem av dem som til slutt vil smelte sammen, hvilke som vil bli kastet ut fra disken, og hvilke som vil bevege seg inne i den og bli absorbert av foreldrestjernen. I mellomtiden hadde vi muligheten til å observere et vendepunkt i utviklingen av et ungt stjernesystem. Og selv om tidligere forskere var i stand til å observere unge planeter, var det ikke mulig å studere dette stadiet. Alle stadier av dannelsen av et stjernesystem er fantastiske og følger den samme historien.
Men hvorfor er planetene plassert i samme plan? For de er dannet av en asymmetrisk gasssky, som først kollapser i korteste retning, deretter "flater" stoffet ut og "klister" med seg selv, hvoretter det trekker seg sammen mot sentrum. Men i stedet for å falle på ham, begynner hun å snurre rundt ham. Som et resultat danner inhomogenitetene i denne unge disken planeter som fortsetter å rotere i samme plan med en forskjell på flere grader.
Dette er et av de tilfellene hvor observasjoner og simuleringer basert på teoretiske beregninger er overraskende konsistente med hverandre. Så uansett hvor du er i universet, vil alle planeter rundt noen stjerner alltid rotere i samme plan.
