700 milhões de anos - levou muito tempo para o nosso sistema solar se formar. Um curto espaço de tempo na escala do Universo. Mas todos os eventos importantes para nossa “família solar” aconteceram durante esse tempo. O que eles são?
No começo havia uma nuvem
Tudo começou há cerca de 4 bilhões de 600 milhões de anos. Foi então que uma enorme nuvem de poeira molecular, flutuando silenciosamente na Via Láctea, de repente começou a encolher. Isso aconteceu graças a uma supernova que explodiu nas proximidades, a onda de choque da qual passou por toda a nuvem e provocou um colapso gravitacional. E a explosão de uma estrela gigante encheu a nuvem de gás e elementos pesados - ferro e urânio, que mais tarde se tornaram os tijolos que compõem o sistema solar.
A compressão foi muito rápida. Além disso, a nuvem também girou. O fato é que tudo ao nosso redor, incluindo a galáxia, está em rotação constante. A rotação faz parte da física do colapso estelar. Quando a gravidade surgiu na nuvem de gás e poeira, ela não apenas começou a girar mais rápido, mas também se achatou em um disco. Sob condições de rápida compressão e rotação caótica, o gás e a poeira começaram a se compactar em muitos pedaços. Esses caroços não eram nada mais do que estrelas futuras.
Muito em breve, parte dessa nuvem se tornará um sistema solar fragmentado, no centro do qual uma protoestrela brilhante brilhará. Ele começará a absorver poeira e gás, que consistiam na nebulosa solar. A maior parte de todo esse "lixo" estará nas profundezas do Sol, e planetas, satélites, asteróides e até nós mesmos são formados a partir de seus escassos restos.
O sistema solar não foi o único "filho" de uma enorme nuvem de gás e poeira, ao mesmo tempo que seus "irmãos" - outros sistemas estelares - "nasceram" com ela.
Podemos observar a mesma coisa hoje na constelação de Orion, através da qual uma nuvem molecular gigante se estende por centenas de anos-luz. Em alguns lugares, estrelas jovens são vistas formando-se a partir desses caroços, como bolas de discoteca gigantes, iluminando o gás circundante com todas as cores do arco-íris.
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Nebulosa de orion
Foto: NASA
Hoje, existem duas abordagens para a formação de sistemas planetários. Um deles é o desenvolvimento das ideias do cientista soviético Viktor Safronov, o chamado modelo de acréscimo no núcleo. De acordo com este modelo, inicialmente um certo espaço em branco do planeta é formado, um embrião, um núcleo rochoso, no qual o gás então se acumula, e um planeta gigante como Júpiter, Saturno ou outros planetas gigantes é formado. A segunda abordagem está associada às tentativas de explicar a formação de planetas no disco protoplanetário pelo mesmo mecanismo que leva à formação de estrelas, ou seja, a instabilidade gravitacional. Se o disco for massivo o suficiente e houver muita matéria nele, algumas inomogeneidades podem se formar, as quais serão comprimidas sob a influência de sua própria gravidade. Se eles forem grandes o suficiente, eles cairão para dentro,colapsar e se transformar em planetas massivos. Na comunidade científica, a primeira, a teoria de Safronov da formação dos planetas, ainda tem uma vantagem.
Planethesimals
Em sua "infância", o sistema solar não tinha planetas. O próprio Sol também não existia como tal - havia apenas uma pequena proto-estrela, cuja luz era muito fraca devido ao gás e poeira acumulados ao seu redor. No entanto, os planetas se formarão muito rapidamente.
O material para sua "confecção" foi dividido em várias "camadas" dependendo das temperaturas do disco. Mais perto do protosun, em temperaturas acima de 2.000 graus, tudo evaporou. A uma distância de 8 milhões de km, havia uma linha de pedras onde metais e minerais se solidificaram. O próximo limite é geralmente chamado de linha de neve - este é o limite superior do sistema solar interno. Água, metano e amônia existem aqui apenas na forma de gelo. Mas por que estamos falando sobre essas substâncias? É simples - há a maioria deles no sistema solar, especialmente água. Todos esses são componentes do hidrogênio de uma forma ou de outra, e o hidrogênio é o elemento mais abundante no sistema solar naquela época.
Esses e outros elementos estão unidos por uma coisa - eles ainda estão aqui na forma de partículas microscópicas. Mas muito em breve, por acréscimo, eles começarão a ser atraídos um pelo outro e se transformarão em pedras e pedaços de gelo que, por sua vez, também se atrairão. Eles formam pedaços de pedra mais ou menos grandes (cerca de 1 km por 1,5 km), chamados planetesimais. Este é o primeiro material de construção a partir do qual os protoplanetas, os "embriões" dos planetas, serão formados em 3 milhões de anos.
Visão artística da linha de neve
Foto: ESA
Gigantes gasosos
Nesse ínterim, os protoplanetas são semelhantes em tamanho à Lua. Colidindo uns com os outros, eles formam grandes planetas. Os planetas do sistema solar interno - Mercúrio, Vênus, Terra e Marte - acabaram sendo pequenos, menores que os externos, porque receberam menos material de construção (mais perto da estrela, onde é quente o suficiente devido à sua radiação, o gelo não pode se condensar, não pode se condensar água, amônia e outros gases na matéria sólida, portanto, apenas planetas pedregosos podem ser formados lá, então esses planetas são menos massivos, porque menos matéria está disponível para sua formação).
Literalmente em 3 milhões de anos, um gigante do sistema solar aparece - o jovem Júpiter congelado. Antes de se tornar um gigante gasoso, Júpiter era uma super-terra - um grande planeta rochoso com uma massa várias vezes maior que a da Terra. Ele continuou a crescer, atraindo novos protoplanetas para si. Por causa de sua massa, Júpiter se tornou um "ladrão gravitacional". Como um aspirador de ambientes, ele absorveu todos os gases em seu caminho e em 100 mil anos aumentou 90% de sua massa atual.
Outros planetas do sistema solar externo - Saturno, Urano e Netuno - seguiram seu exemplo de "hooligan". E embora a maioria deles não tenha conseguido acumular uma massa "muscular" tão convincente, Júpiter e Saturno acabaram absorvendo 92% de toda a matéria não solar!
Graças à "gula" desses dois gigantes, ao longo de 10 milhões de anos de existência do jovem sistema solar, quase todo o gás nele, em particular, hidrogênio e hélio, devido aos quais Júpiter e Saturno cresceram tão rapidamente, se esgotaram. Sua "ganância" irreprimível, no entanto, jogou nas mãos de seus irmãos mais "modestos". Afinal, se Júpiter e Saturno não atraíssem todo o gás e poeira, poderíamos contemplar nosso Sol apenas como um disco difuso bastante escuro. No entanto, eles não podiam - na ausência de luz solar normal, a vida em nosso planeta dificilmente poderia atingir tal variedade que criaturas tão curiosas como o Homo sapiens aparecessem nele. O sol, entretanto, contribuiu para isso. Afinal, ele continuou a absorver hidrogênio e hélio, caso contrário não teria crescido até esse tamanho e continuaria a ser uma proto-estrela. Júpiter, a propósito, poderia ter se tornado uma estrela,se tivesse uma massa muito maior.
O segundo nascimento do Sol
Nosso Sol nasceu duas vezes. A estrela da qual falamos até agora era apenas um protosun. No início de sua vida, o espectro de sua luz era diferente. O protosun estava tão enérgico quanto agora, mas mais vermelho. Na idade de 50 milhões de anos, um evento significativo ocorre com o sistema solar - nossa estrela atinge uma temperatura e pressão críticas, e uma reação nuclear começa em seu núcleo. Com a energia de uma bomba de hidrogênio, nosso protosun explode e uma nova estrela completa nasce.
Planetas internos
O sol estava maduro e os formados Júpiter, Saturno, Urano e Netuno voaram sobre a linha de neve. Enquanto isso, na quente região interna, onde havia muitas pedras e pouco gás, o caos foi criado à medida que minúsculos protoplanetas continuavam a colidir e crescer.
A formação dos planetas internos do sistema solar durou 10 vezes mais do que a formação de gigantes gasosos. Após 75 milhões de anos, esse processo chegou ao fim. A poeira dessas "batalhas" se espalhou e os contornos dos quatro planetas internos - Mercúrio, Vênus, Terra e Marte - emergiram das profundezas do espaço.
A infância de nossa Terra, entretanto, foi difícil. Na época em que a proto-Terra atingiu seu tamanho atual e assumiu uma órbita estável, ela tinha um perseguidor espacial. Acredita-se que nos estágios iniciais de desenvolvimento, a Terra foi acompanhada por outro protoplaneta - Thea. Tinha quase a mesma órbita da Terra. Ela literalmente seguiu seus calcanhares. Não é surpreendente que tal "controle" mais cedo ou mais tarde resultasse em um "conflito" feroz - os planetas colidiram. E, novamente, grandes desastres se transformaram em uma grande criação - a partir dos fragmentos de Thea e da própria Terra, um satélite - se formou a Lua (leia sobre isso na última edição da revista na matéria “História da Terra em 30 minutos”). Tendo sobrevivido ao cataclismo e formado a Lua, a Terra se tornou um dos planetas mais estáveis do sistema solar interno. Este é provavelmente outro motivoporque foi nela que apareceu a vida (pelo menos, tão diversa).
Anel de Asteróide e Cinturão de Kuiper
Parece que a formação dos planetas acabou, mas entre Marte e Júpiter até hoje existe um anel que deveria ter se transformado em outro planeta há muito tempo. Mas seu nascimento é impossível - o "destino vilã" na forma do gigante Júpiter não permite que ela se forme: a força gravitacional do planeta gasoso constantemente empurra asteróides uns contra os outros e os impede de serem atraídos um pelo outro.
Mais perto da borda do sistema solar, além da órbita de Netuno, está outro anel de asteróides - o cinturão de Kuiper. Há muitas rochas e gelo nele, mas todos voam tão longe uns dos outros que quase nunca colidem, portanto, não formam planetas.
Os objetos do cinturão principal são mostrados em verde, o disco espalhado - em laranja. Os quatro planetas externos são destacados em azul, os asteróides de Tróia de Netuno em amarelo e Júpiter em rosa. O aparecimento da lacuna na parte inferior da figura é devido à presença da faixa da Via Láctea nesta área, escondendo objetos tênues
Além do anel de asteróides e do cinturão de Kuiper, há também uma região esférica hipotética no sistema solar chamada nuvem de Oort. É ela quem, segundo muitos pesquisadores, é considerada a "pátria" dos cometas de longo período. E embora a existência da nuvem de Oort não seja confirmada instrumentalmente, muitos dados indiretos indicam sua existência. Acredita-se que a nuvem de Oort seja o remanescente do disco protoplanetário original que se formou em torno do Sol há cerca de 4,6 bilhões de anos. A hipótese geralmente aceita é que os objetos da Nuvem de Oort se formaram originalmente muito mais perto do Sol no mesmo processo que os planetas e asteróides se formaram, mas as interações gravitacionais com jovens planetas gigantes como Júpiter lançaram esses objetos em órbitas elípticas ou parabólicas extremamente alongadas. …
Bombardeio pesado tardio
No entanto, 50 milhões de anos após o nascimento do sistema solar, havia 100 vezes mais corpos no cinturão de Kuiper e no anel de asteróides do que hoje. Todos eles desempenharam um papel destrutivo, mas muito importante na evolução dos planetas internos rochosos, incluindo a nossa Terra.
A causa do drama, porém, foram os gigantes gasosos, cujas órbitas deslocadas quase destruíram o sistema solar. Quando Júpiter entrou em ressonância com Saturno, a excitação gravitacional surgiu e uma catástrofe ocorreu - os planetas se espalharam por todo o sistema solar. Dois planetas, Netuno e Urano, foram os que mais sofreram. Suas órbitas estão invertidas.
A ressonância Júpiter-Saturno diminuiu completamente o cinturão de asteróides e o cinturão de Kuiper. 99% dos corpos nos cinturões de asteróides e Kuiper espalhados, a maioria deles fora do sistema solar. Mas alguns entraram. A Terra, como outros planetas rochosos, estava na linha de fogo. Este evento é conhecido como bombardeio pesado tardio. Mas o princípio “sem fresta de esperança” funcionou novamente. Muitos cientistas acreditam que foram precisamente esses bombardeios que poderiam trazer água para a Terra e, ao mesmo tempo, minerais orgânicos e substâncias das quais a vida se desenvolveu mais tarde.
Desde então, até onde a ciência moderna sabe, não houve cataclismos graves no sistema solar. Muitos geralmente o consideram atípico em comparação com outros sistemas semelhantes, precisamente por causa de sua estabilidade. Somos especiais?..
O sistema solar deve existir por cerca de 5 bilhões de anos mais - até que a reação termonuclear no interior do sol pare e ele se expanda. Quando isso acontecer, ele se transformará em uma gigante vermelha e engolirá Mercúrio, Vênus e, possivelmente, nossa Terra. Mas mesmo que nosso planeta evite esse destino, a vida nele se tornará completamente impossível devido à proximidade do sol gigante. A zona habitável mudará para os limites do sistema planetário. No entanto, devido ao enorme aumento da área de superfície, o Sol será uma estrela muito mais fria do que antes. Depois disso, nosso sistema enfrentará uma tragédia ainda maior - o Sol começará a encolher novamente. Isso continuará até que se transforme em uma anã branca - um núcleo estelar, um objeto incomumente denso com metade da massa original da estrela, mas apenas do tamanho da Terra. O processo de "morte" do Sol, como tudo mais neste mundo, começou na hora de seu nascimento. Conforme o sol queima suas reservas de combustível de hidrogênio, a energia liberada para sustentar o núcleo tende a se esgotar, fazendo com que a estrela se contraia. Isso aumenta a pressão em seu interior e aquece o núcleo, acelerando a combustão do combustível. Como resultado, o Sol brilha cerca de dez por cento a cada 1,1 bilhão de anos e vai brilhar mais 40% nos próximos 3,5 bilhões de anos. Como resultado, o Sol brilha cerca de dez por cento a cada 1,1 bilhão de anos e vai brilhar mais 40% nos próximos 3,5 bilhões de anos. Como resultado, o Sol brilha cerca de dez por cento a cada 1,1 bilhão de anos e vai brilhar mais 40% nos próximos 3,5 bilhões de anos.
