Tähtitiede/Aurinkokunta/Aurinkokunnan synty

Syntyvä aurinkokunta. Kaasu- ja pölykiekkoon on tiivistynyt planeettoja, joihin yhä törmää kappaleita.

Aurinkokunnan arvellaan syntyneen noin 4,6 miljardia vuotta sitten tähtienvälisestä aineesta, kaasusta ja pölystä tiivistymällä. Teleskoopeilla on havaittu toisia syntyviä aurinkokuntia.

Kutistuva pilvi

Juuri syntynyt tähti kaasu- ja pölypilven sisässä.

Tähtien tiedetään syntyvän tiheissä, kylmissä pilvissä. Niissä on kaasua molekyyleinä, ja villakoirien tapaan kasvavia pölyhitusia.

Aurinko syntyi joukossa monien muiden tähtien kanssa. Tähtijoukon ainemäärän sisältänyt pilvi alkoi kutistua, kun sen tiheys oli kasvanut kyllin suureksi. Tällöin kaasun painovoima voitti kaasun paineen.

Kutistuva pilvi hajosi mm pyörimisen takia osiin, jotka jatkoivat kutistumistaan..

Kun Aurinkoa edeltänyt osapilvi kutistui, se kuumeni. Tämä johtui kaasun sisäisestä kitkasta.

Samalla pilven pyöriminen kiihtyi. Pilvi litistyi keskipakoisvoiman takia.

Varsinkin pilven sisäosat kuumenivat myös kaasun pyörteisyyden aiheuttamat kitkan takia.

Pyörimisakselin suunnassa alkujaan pallomainen pilvi vajosi nopeasti kasaan, mutta pyörimisen aiheuttama keskipakovoima jarrutti kutistumista päiväntasaajan suunnassa.

Pilven tiheä keskiosa kutistui nopeammin kuin ulko-osa. Kun se oli kyllin kutistunut, se alkoi loistaa näkyvää valoa. Pian alkoivat ydinreaktiot ja tähden kutistuminen päättyi.

Pilven ulko-osat säilyivät litteähkönä kiekkona, joka ympäröi vastasyntynyttä Aurinkoa. Auringon toiminnasta syntynyt aurinkotuuli puhalsi pois pölyä ja kaasua varsinkin napojen suunnassa.

Tähden ympärillä näkyy ainekiekko pummana pölyjuovana. Tähden napojen suunnasta lähtevät magneettiset suihkut.

Ne näkyivät kauas valtavina ainesuihkuina.

Kaasukiekko

Ainekiekko ympäröi syntynyttä tähteä. Kiekon ulko-osat ovat tummia.

Aurinkoa ympäröivään kiekkoon putosi edelleen kaasua. Kaasu- ja pölykiekon aine virtasi hitaasti sisäänpäin.

Kaasukiekko oli lähellä aurinkoa hyvin kuuma, yli 1000 astetta.

Tällä etäisyydellä monet mineraalitkin olivat höyrynä.

Mutta noin 2-10 Maan radan mitan päässä vesi, vielä kauempana metaani, ammoniakki jne pysyiväyt kiinteinä.

Aika myöten kaasu- ja pölykiekko tiivistyi planeetoiksi ja syntyneen auringon hiukkasvirta puhalsi kaasun pois.

Kasautuminen

Kasu- ja pölykiekon sisäosissa tapahtuu planetesimaalien ja protoplaneettojen kasautumista törmäyksissä.

Kaasua ja pölyä sisältäväsäs kiekossa oli alussa valtava määrä pölyhuikkasia. Näistä kasvoi aikaa myöten törmäyksissä kiven kokoisa kappaleita.

Pienten hitusten kasvu saattoi alussa muistutata rakeiden kasvua ukkospilvessä, koska pyörteisyys saattoi kuljettaa jyvästä lämpimältä alueelta kylmälle ja päin vastoin.

Kiven kokoiset kappaleet kasvoivat törmäyksessä ensin pienten, siten suurten asteroidien kokoisiksi.

Kasautuminen oli mahdollista silloin, jos kappaleet eivät törmänneet suurella nopeudella toistensa suhteen. Suurilla nopeuksilla tapahtuvat törmäykset puolestaan pilkkoivat kappaleita ja synnyttivät pölyä, jota muun muassa törmäsi suurempiin kappaleisiin. Syntyi noin 1-10 km kokoisia planetesimaaleja, jotka kasvoivat ajan kuluessa yhä suuremmiksi. Loppuvaiheessa suuret kappaleet ihmivät pienempiä kuin pölynimurit.

Syntyi protoplaneettoja, joiden läpimitta oli jotain 500-5000 km.

Olgarkit

Suuri törmäys.

Laskujen mukaan noin miljoonassa vuodessa syntyi yli 100 kilometrin läpimittaisia kappaleita, jotka kasvoivat noin 60 oligarkiksi, suureksi planeetaksi, joiden välissä kiersi Aurinkoa pienempiä kappaleita. Aurinkokunnan synnyn loppuvaiheessa oligarkkeja törmäili toisiinsa. Kaukana toisistaan olevien oligarkkien radat muuttuivat pitkän ajan kuluessa kohti törmäyksiä, koska hyvinkin etäällä toisistaan olevat planeetat saattoivat häiritä toistensa ratoja. Osa oligarkeista sinkoutui kauas Auringosta keksinäisissä lähiohituksissa: pienempi ohittaja sai ohitettavan kappaleen vetovoimasta vauhtia.

Sisäplaneetat

Esiplaneteerisen kiekon lumiraja.

Aurinkoa lähimmät planeetat eivät kyenneet pitämään juurikaan kaasua ympärillään, sillä lämpötila oli siihen liian korkea.

Sinne syntyi kivi- ja rautapitoisia kappaleita, joista aikaa myöten kehittyivät sisäplaneetat. Tämä vie melko kauan aikaa.

Siellä vain rauta, kivimineraalit jne saattoivat tiivistyä.

Lumiraja, jättiläisplaneetat

Nykyisen asteroidivyöhykkeen. Jupiterin radan seuduilla myös vesi saattoi tiivistyä jääksi. Jäiset pienkappaleet saattoivat kasvaa kivisiä nopeammin planeetoiksi. Nämä kivestä ja jäästä koostuneet planeetat kasvoivat niin suuriksi, että saattoivat kerätä kaasu- ja pölykiekosta myös keveitä vetyä ja heliumia, jotka karkaavat Maasta avaruuteen. Varsinkin HJupiter ja Saturnus saivat paksun vetyvaipan, joka on alaosastaan nestemäinen.

Myös jäiset pienkappaleet, kuten monet kaasuplaneettojen kuut, komeetat ja Kuiperin vyöhykkeen kappaleet.

Planeetat vaeltelivat

Hyvin suureksi kasvanut planeetta on avannut kaasu- ja pölykiekkoon aukon. Tällöin planeetan vaellus voi hidastua.

Nykyteorioiden mukaan, syntyneet planeetat vaeltelivat jonkin verran alkuaurinkoa ympäröineessä kaasu- pöly- ja planetesimaalikiekossa. Tämä johtui kaasun ja pölyn vetovoimasta.

Suuri planetesimaalian ja/tai kaasun massa kiekossa kiihdyttää migraatiota.

Syntynyt planeetta luo kaasukiekkoon tiheysaallon. Aallon planeetan radan ulkopuolella oleva osa ja sisäpuolella oleva osa vaikuttavat vetovoimalaan planeettaan eri tavoin, luoden vuorovesivoimaväännön. Tämän tyypin ns migraatio vie planeettaa lähemmäs keskustähteään melko nopeasti.

Uranus ja Neptunus vaelsivat syntysijoiltaan kauemmas, ja jäisten pienkappaleiden vyöhyke vyöhyke harveni.

Jos planeetta aukaisee kaasukiekkoon aukon, migraatio hidastuu huomattavasti. Tällöin planeetta valuu kohti keskustähteä kiekon sitkon vetämänä.

Kolmanne lajin migraatiossa aukkoon pääsee ns hevosenkenkäradoille kaasua, joka vuorovaikutaa planeetan kanssa. Tämä migraatio on nopea, ja selittää esim toisten aurinkokuntian kuumat jupiterit.

Tämän tyyppine migraatio voi tapahtua planeetan aikaisemmasta migraatiohistoriasta riipuen joko sisään tai uulos.

Planeettojen asemia selittää ns kuolleet vyöhykkeet. Näissä kaasun sitko on pieni. Tällöin Juipietrin tyyppisne planeetan vaellus hidastuu. Muta Maan tyyppisen planeetan vaellus voi nopeutua ja sitten pysähtyä matalan sitkon alueen reunalle.

Jättiläisplaneettojen radat muuttuivat, kun niiden läheltä kulki tuhansia planetesimaaleja. Lisäksi aurinkokunnan alkuvaiheissa suurten, suhteellisen lähellä toisiaan olevien planeettojen keskinäiset vetovoimat aiheuttivat pitkällä aikavälillä ratojen muutoksia.

Jupiterin oletetaan synnyttyään vaeltaneen lähelle Marsin rataa, asteroidivyöhykkeen halki. Se harvensi asteroidivyöhykettä ja esti suuren planeetan synnyn siellä. Se myös aiheutti sen, että Mars on pieni. Jupiterin sisäänpäin tapahtuneen vaelluksen arvelleen pysähtyneen sattumalta, kun peräsäs tullut pienempi Saturnus lukitsi sen sopivaan rataresonanssiin. Tämän jälkeen Jupiter ja Saturnus vaelsivat ulospäin nykyisille sijoilleen.

Uranuksen ja Naptunuksen ajatelleen vaeltaneen syntysijoiltaan ulospäin. Jotkut tutkijat epäilevät, että olisi ollut ainakin yksi jättiläisplaneetta, joka olisi kaoottisessa syntyvaiheessa karannut avaruuteen.

Jupiterin vaelluksen yksi seuraus oli se, että lähellä aurinkoa ollut ainekiekko kutistui 2 AU läpimittaiseksi.

Maa ja Venus ilmeiesti vaihtoivat paikkaansa.

Kuiden synty

Kuut syntyivät kolmella tavoilla

1) Siepattu asteroidi, Jupiterin ulommat kuut

2) Törmäysjätteestä syntynyt, esim maan Kuu

3) Planeettaan virtaavasta aineesta muodostui ainekiekko, josta kuut tiivistyivät: Ehkö esim Jupiterin kuut.

Komeettojen synty

Komeetta syntyivät, kun jättiläisplaneetta sinkosivat liike- ja vetovoimallaan pieniä kappaleita kauas Auringosta ulottuville radoilla.

Mitä teoria selittää?

Syntyteoriaan sopii joukko havaintoja: planeetat kiertävät Aurinkoa yhdessä tasossa ja kaikki samaan suuntaan. Myös useimmat kuut kiertävät emokappaleitaan samaan suuntaan. Jos eivät kierrä, ovat siepattuja asteroideja. Auringon ja lähes kaikkien planeettojen ja kuiden pyörimissuunta on sama.

Oligarkkitörmäykset ovat suurten kapaleidenn törmäyksiä loppuvaiheessa lähes valmiisiin planeettoihin.

Ne selittävät Venuksen hitaan pyörimisen, Maan kuun synnyn, ehkä myös Merkuriuksen rautaytimenkin.

Myös Uranuksen hyvin kaltava akseli selittyy helpoiten oligarkilla. Mars saattaa olla viimeinen oligarkki.

Kuun kraateroituminen ja merien synty kertoo suurista törmäyksistä kasautumisen loppuvaiheessa. Vastaavia suuria törmäyksiä on tapahtunut esim Marsissa.

Kuun arvellaan syntyneen Marsin kokoisen protoplaneetan törmättyä alku-Maahan. Tietokonelaskelmat tukevat tätä väitettä: niiden mukaan Kuun synty olisi verraten epätodennäköinen tapahtuma.

Planeettojen vaeltelu selittää asteroidivyöhykkeen ja Kuiperin vyöhykkeen synnyn. Planetesimaalien kohtaamiset jättiläisplaneettojen kanssa ja sinkoutumiset selittävät kaukaa Auringosta tulevat komeetat.

Asteroidien löyhä rakenne saattaa viitata kasautumiseen monesta kappaleesta. Meteoriiteista hiilipitoisten CI-kondriittien katsotaan olevan alkuperäistä aurikokunnan ainetta, jollaisista planeettoja syntyi. Ne ovat pii, rauta- ja hiilipitoisia, vetisiä ja huokoisia, ja sisältävät myös mutkikkaita hiiliyhdisteitä. Hiilikondriittien katsotaan syntyneen Aurinkokunnan alkuaikoina melko viileällä asteroidivyöhykkeen ulkolaidalla.

Muita aurinkokuntia

Eräs vasta muodostunut aurinkokunta. Yhä runsaasti pienkappaleita, jotka aikaa myöten törmäävät planeettoihin.

Useiden tähtien ympärillä on havaittu kiekkomaisia pölyrenkaita, joissa spiraali- ja rengaskuviot viittavat planeettojen painovoiman aiheuttamiin häiriöihin. Pölykiekkotähtiä ovat esimerkiksi Vega, Beta Pictoris ja Orionin suuren kaasusumun syntymäisillään olevat tähdet.

Aurinkokunnan ulkopuolelta on löydetty myös lukuisia planeettoja, mikä kertoo aurinkokunnan kaltaisen kehityksen olevan yleinen. Useimmat löydetyt eksoplaneettajärjestelmät ovat kuitenkin kovin erilaisia verrattuna omaan Aurinkokuntaamme, mikä on saanut tutkijat pohtimaan, syntyvätkö kaikki planeettakunnat samalla tavalla. Eksoplaneetat on löydetty tutkimalla emotähden säteilyä tarkoilla mittareilla, jotka havaitsevat tähden liikkeitä Dopplerin ilmiön avulla: massiivinen planeetta pystyy heiluttamaan ratajaksonsa tahdissa keskustähteään. Dopplerin ilmiössä säteilyn aallonpituus muuttuu, kun kappale liikkuu havaitsijan suhteen. Joitain planeettoja on havaittu siten, että niiden kulkiessa keskustähtensä kiekon yli tähden valo himmenee hiukan säännöllisin väliajoin.