Wikijunior Tähtitiede/Planeettakuntien synty

Planeetta on syntynyt tähteä PDS 70 ympäröivään kiekkoon, ja avannut siihen vetovoimallaan aukon.

Planeetat syntyvät tiivistymällä tähtiä ympäröivästä pölystä ja kaasusta. Syntyaineen määrä ja laatu vaikuttaa syntyvien planeettojen kokoon.

Jos aine on tiheää tai hyvin pölypitoista, voi syntyä suuria planeettoja.

Aurinkokunnan synty selitetään tässä.

Muita planeettakuntia

Eksoplaneetoista kerrotaan täällä.

Eri välineillä on havaittu satoja toisia tähtiä kiertäviä planeettoja. Monet planettakunnat ovat erilaisia kuin omamme.

Planeettakunnan synty

Tähdeltä HL Tauri on löydetty planeettojen syntykiekko, jossa on tihentymiä ja harventumia.

Punaiselle kääpiötähdelle on syntynyt kivinen planeetta, jolla on vety-heliumkaasukehä. Planeetta ei ehkä sopiva elämälle.

Oman planeettakuntamme synty kuvataan täällä.

Alussa tähtien välinen kaasu- ja pölypilvi kutistuu ja tihentyy. Sen keskus kuumenee tähdeksi. Tähden ympärille jää pyörimään keskipakoisvoiman takia kaasu- ja pölykiekko. Kaasukiekko virtaa hitaasti kohti keskustähteä sen sisäisen kitkan, sitkon takia. Sitko kun jarruttaa kaasun liikettä. Kiekon uloin osa on hyvin kylmä, sisäosa kuuma.

Kaasu- ja pölykiekko on monesti planeettatehdas. Pölyhituset törmäilevät. Ne voivat törmätessään joku kasaantua tai hajota. Nopeat törmäykset hajottavat, hitaat kasaavat. Muun muassa kaasun jarrutuksen takia ja hitusten massaerojen takia kasautuminen voittaa. Huokkaset kasvavt kuin villakoirat. Painavat hituset keräävät pienempiä vetovoimallaan kuin pölynimurit.

Pölyhituset kasvavat aikaa myöten kiven kokoisiksi. Niistä syntyy pieniä 100 km läpimittaisia planetesimaaleja. Kun planetesimaalit törmäilevät tulee Marsin kokoisia protoplaneettoja. Näistä kehittyy hitaasti planeettoja.

Jos protoplaneetta on kyllin suuri, se pystyy keräämään kaasua, jolloin siitä tulee Neptunuksen tapainen jääjättiläinen, lopulta Jupiteria muistuttava kaasupitoinen jättiläisplaneetta.

Jättiläisplaneetta syntyy monesti lumirajan ulkopuolella. Lumiraja on vyöhyke, jossa vesihöyry tiivistyy jääksi. Avaruudessa kun vesi ei ole nesteenä. Lumirajan lähellä on enemmän planeettojan syntyainetta kuin muualla. Tämä mahdollistaa jättiläisplaneetan nopean synnyn. Jättiläisplaneetta syntyy monesti nopeammin kuin kiviplaneetta.

Tähteä ympäröivä kiekko on jo osin hajonnut, jättiläisplaneettoja syntynyt

Miksi syntyy erilaisia planeettakuntia

Harvinaisen piitkäikäistä, massiivista planeettojen syntykiekkoa sanotaan "Peter Pan" kiekoksi, koska se ei kehity nopeasti. Kuvassa on silti jo syntynyt planeettoja.

Planeettakunnan syntyyn vaikuttavat monet perustekijät. Keskustähden massa. Ainekiekon pölypitoisuus, massa, elinikä ja tiheysjakauma. Kiekon elinikää muuttavat lähitähtien aiheuttamat häiriöt: vetovoima, säteily. Pienikin pölyn määrän lisääminen kasvattaa huomattavasti planeettojen syntynopeutta ja lyhentää kiekon elinikää. Toisaalta hyvin pölyköyhät kiekot voivat hävitä nopeasti ennen planeettojen synty, koska ne hajaantuvat helposti tähtien säteilyynn, jota pöly ei niin paljoa varjosta.

Planeettakuntia muuttaa paljon planeettojen ajautuminen. Tätä sanotaan migraatioksi. Migraatiota estävät luultavasti toisten planeettojen vaikutus ja ainekiekon niin sanotut kuolleet vyöhykkeet, joille tähden ionisäteily ei pääse. Lisäksi, kun planeetat ovat syntyneet, saattaa alkaa "vetovoimabiljardi" joka muuttaa planeettojen ratoja paljon, ennen kuin vakaat radat löytyvät.

Keskustähden massa

Mitä painavampia keskuatähdet ovat, sitä suurempia ovat kaasu- ja pölykiekot, sitä suurempia planeetat.

Hyvin painavien tähtien kaasu- ja pölykiekot hajaantuvat niin nopeasti, ettei planeettoja ehdi syntyä.

Massa, sitkoisuus

Raskas, pölypitoinen planeettojen syntykiekko on monesti vähäsitkoinen. Sen kaasu ja pöly ajauttuvat siloin hitaasti kohti tähteä. Tällöin planeetat ehtivät kasvaa suuriksi. Monesti painavien tähtien ainekiekot ovat isoja.

Monesti ohuet planeettojen syntykiekot ovat hyvin sitkoisia: syntyy pieniä planeettoja. Näistä aine häviää nopeasti pois, planeetat eivät ehdi kasvaa suuriksi. Ne ovat silloin maan kaltaisia tai jäisiä kaasuplaneettoja, "Neptunuksia". Aurinkoa kevyemmillä tähdillä on tämän mukaan usemmin kevyitä kiekkoja, vaikka poikkeuksia on.

Metallipitoisuus

Metallipitoisilla tähdillä on useammin useampia ja raskaampia planeettoja. Metallipitoisuus nopeuttaa planeettojen syntyä, ja toisaalta hidastaa syntykiekon hajaantumista tähtien röntgensäteilyyn. Metallipitoisuus vähentää veden määrää. Metalliköyhyys lyhentää kiekkojen elinikää. Hyvin metalliköyhillä, vanhoilla tähdillä ei ole planeettoja, ehkä vain asteroideja ja komeettoja.

Massan jakauma

Jos tähden lähellä on hyvin paljon planeettojen syntyainetta ja kaukana vähän, massajakauma on jyrkkä.

Tällöin suuria jättiläisplaneettoja saattaa syntyä tähden lähellekin.

Jos planeettojen syntykiekon massa vähenee loivasti tähdestä poispäin mentäessä, jättiläisplaneettoja ei synny tähden lähelle.

Lähitähtien vaikutus

Jos lähellä runsaasti tähtiä, syntykeikko ohenee nopeasti. Tällöin syntyy vain pieniä planeettoja. Monessa tapauksessa lähellä on tähtiä, jotka "syövät" säteilyllään kaasukiekkoa merkittävästi.

Väitetään jopa, että hyvin tihessä tähtijoukossa ei syntyisi lainkaan jättiläisplaneettoja ja planeettakunta olis vesiköyhä, koska lähitähdet kuumentavat, tavallaan "keittävät" säteilyllään veden pois.

Planeettojen vaeltelu

Tietyn kokoiset planeetat vaeltavat kaasukiekossa kohti tähteä tai siitä poispäin. Yleensä vaelluksen suunta on kohti tähteä, mutta voi olla siitä poiskin päin. Muun muassa kiekon sitkoisuus ja massa sekä sen jakauma vaikuttavat vaelteluun.

Sitkoisessa kaasukiekossa tapahtuva planeettojen vaeltelu saattoi ajaa planeettoja kiertämään lähelle tähteään tai jopa syöstä tähtiin.

Kaasukiekon lisäksi vaeltelua aiheuttavat planetesimaalien vetovoimat.

Hyvin massiiviseen kiekkoon saattaa syntyä monia kaasujättiläisiä. Näiden keskinäiset vetovoimavaikutukset ajavat planeetat soikeille radoille. Näin syntyy "soikeita Jupitereita".

Ne saattavat törmätä toisiinsa. Ne voivat syöksyä tähteen tai karata. Ne voivat muuttua "kuumiksi Jupitereiksi" kiertämään lähellä tähteään.

Tämmöinen "planeettojen synnyn jälkeinen vetovoimabiljardi" voi jopa poistaa kaikki planeetat.

Vakaat planeetakunnat ovat sellaisia, joissa planeettojen kiertoaikojen suhde on tasainen luku. Esimerkiksi Mars kiertää aurinkokunnassamme kaksi kertaa hitaammin Aurinkoa kuin Maa. Tätä sanotaan 2:1 resonanssiksi. Kaikki aurinkokuntamme planeetat ovat resonansseissa jonkun toisen kanssa. Saturnus on Jupiterin kanssa 5:2 resonansissa.

Kaiken kukkuraksi on mahdollista, että vapaana kelluva suurimassainen planeetta kulkee planeettojen ohi ja syöksee näitä radoiltaan. Näin lainalaisuuksien lisäksi myös sattuma muokaa planeettakuntia niiden syntyessä.

Sanastoa

Asteroidi: pikkuplaneetta, avaruuden kiinteä kappale, jonka läpimitta noin 100 m -1000 km

Lumiraja: planaattakunan syntyteoriassa vyöhyke, jonka sisäpuolela vesi on höyryä, ulkopuolella kiinteää. On myös muita lumirajoja, esimerkiksi hiilidioksidin ja häkäkaasun lumirajat.

Planetesimaali: asteroidin kokoinen kappale, jollaisista planeetta syntyvät

Protoplaneetta: noin Kuun tai Marsin kokoinen, suunnilleen 1000-6000 km läpimittainen kappale, joista kasautuu planeettoja

Resonanssi: kahden kappaleen värähtely samassa tahdissa tai tahtien monikerroissa: 1:1, 1:2, 1:3 tai esim 2:3, 2:5 ... Tähtitieteessä värähtelyä vastaa planeetan kiertoaika. Resonanisst joko vakauttavat tai muuttavat planeettojen kiertoratoja.