Ontstaan en evolutie van het zonnestelsel | beschrijft hoe het Zonnestelsel begon, en hoe het veranderde
De vorming en evolutie van het zonnestelsel beschrijft hoe het zonnestelsel begon en hoe het veranderde.
Ongeveer 4,6 miljard jaar geleden was er een grote gaswolk in de buurt van ons gebied in de ruimte. Alle dingen met massa komen samen, of trekken naar elkaar toe. Dit trok al het gas naar het centrum. Uiteindelijk verhoogde de druk in het centrum de temperatuur, zodat waterstofatomen samensmolten tot helium. Zo ontstond de ster die wij kennen als de zon.
Het proces waardoor zonnestelsels ontstaan wordt de nebulaire theorie genoemd. Het ontstaan van de planeten is echter niet hetzelfde als het ontstaan van de zon. De Zon is niet alleen veel groter, maar heeft ook een heel andere samenstelling dan de planeten.
De spin van de planeten rond de zon, en elk rond zijn eigen as, werd eerst veroorzaakt doordat de oorspronkelijke gaswolk op verschillende plaatsen een verschillende dichtheid had. De spin nam toe door de samentrekking onder de zwaartekracht (behoud van energie). De platheid van de vorm van het zonnestelsel nam ook toe. Naarmate de ineenstorting voortschreed, zorgde behoud van impulsmoment ervoor dat de rotatie versnelde. Dit voorkomt grotendeels dat het gas direct aan de centrale kern blijft kleven. Het gas wordt gedwongen zich in de buurt van het equatoriale vlak naar buiten te verspreiden en een schijf te vormen, die op haar beurt aan de kern kleeft.
Door de zwaartekracht kwamen de atomen in de zon heel dicht bij elkaar te liggen. Al deze energie maakte van onze zon uiteindelijk een ster. Die krijgt zijn energie van de omzetting van waterstof in helium. Dat proces bevindt zich nog in het beginstadium.
Door de enorme massa van de zon (99,86% van de hele massa van het zonnestelsel) heeft zij een zeer sterke zwaartekracht. De middelpuntvliedende kracht van de planeten die rond de zon draaien, compenseert de zwaartekracht van de zon. De enorme dichtheid in de kern veroorzaakt een fusiereactie die waterstof verandert in helium met de straling van warmte, licht en andere vormen van elektromagnetische straling.
Rots en stof maken de aardse planeten, hun manen, asteroïden en alle andere objecten in het zonnestelsel. Ook de gasreuzen hebben een rotsachtige of metalen kern. Dit is bekend uit de gegevens van satellieten. Dit rotsachtige materiaal kan niet van de zon komen, want de zon bestaat uit waterstof plus wat helium.
De volgende vraag is: als de zon waterstof in helium verandert, waar komen dan alle andere elementen vandaan? Er is maar één antwoord mogelijk: deze hogere elementen zijn afkomstig van eerdere generaties sterren. Enorme supernova's die miljarden jaren geleden in de buurt van het jonge zonnestelsel explodeerden, hebben de hogere elementen voortgebracht. Enorme sterren doorlopen hun levenscyclus veel sneller dan kleinere sterren. Dat komt door de nog hogere druk en temperatuur in hun binnenste in vergelijking met een gemiddelde hoofdreeksster zoals de zon.
Een kunstenaarsidee van de nevel waarmee het zonnestelsel begon
Geschiedenis van het idee
De nevelhypothese, zoals ze werd genoemd, werd voor het eerst uitgewerkt in de 18e eeuw. Drie mannen werkten eraan:
- Emanuel Swedenborg (1688-1772)
- Immanuel Kant (1724-1804)
- Pierre-Simon Laplace (1749-1827)
Swedenborg had het idee, en Kant werkte het uit tot een echte theorie. In 1755 publiceerde Kant zijn Universal natural history and theory of the heavens (uiteraard in het Duits). Hij stelde dat gaswolken, nevels, langzaam ronddraaien, geleidelijk instorten en afvlakken door de zwaartekracht. Zij vormen uiteindelijk sterren en planeten.
Ondertussen werd een soortgelijk model onafhankelijk ontwikkeld en in 1796 voorgesteld door Laplace in zijn Exposition du systeme du monde. Hij dacht dat de Zon oorspronkelijk een uitgebreide hete atmosfeer had in het hele volume van het Zonnestelsel. Zijn theorie ging uit van een samentrekkende en afkoelende protosolaire nevel. Naarmate deze afkoelde en afkoelde, werd hij platter en draaide hij sneller, waarbij hij een reeks gasvormige ringen van materiaal afgooide (of afstootte); en volgens hem condenseerden de planeten uit dit materiaal. Zijn model was vergelijkbaar met dat van Kant, maar gedetailleerder en op kleinere schaal. Helaas was er een probleem met Laplace's versie. Het belangrijkste probleem was de verdeling van het impulsmoment tussen de zon en de planeten. De planeten hebben 99% van het impulsmoment, en dit feit kon niet worden verklaard door het nevelmodel. Het duurde vrij lang voordat dit werd begrepen.
De geboorte van de moderne algemeen aanvaarde theorie over de vorming van planeten - het solaire nebulaire schijfmodel (SNDM) - is te danken aan de Sovjet-astronoom Victor Safronov. Zijn boek Evolution of the protoplanetary cloud and formation of the Earth and the planets, vertaald naar het Engels in 1972, had een groot effect. In dit boek werden bijna alle belangrijke problemen van het proces van planeetvorming geformuleerd en sommige ervan opgelost. De ideeën van Safronov werden verder ontwikkeld. Er zijn nog heel wat aspecten van het zonnestelsel die verklaard moeten worden.
Hoewel het oorspronkelijk alleen van toepassing was op ons eigen zonnestelsel, wordt nu gedacht dat het SNDM de gebruikelijke manier van stervorming in het hele universum is. Sinds augustus 2017 zijn er meer dan 3000 buitenaardse planeten ontdekt in ons melkwegstelsel.
Meteorieten als aanwijzingen voor data
Volgens de nevelhypothese is het zonnestelsel ontstaan uit de zwaartekrachtinstorting van een fragment van een reusachtige moleculaire wolk. De wolk was ongeveer 20 parsec (65 lichtjaar) groot, terwijl de fragmenten ruwweg 1 parsec (drie en een kwart lichtjaar) groot waren.
Vanwege het behoud van impulsmoment draaide de nevel sneller naarmate hij instortte. Naarmate het materiaal in de nevel condenseerde, begonnen de atomen erin met toenemende frequentie te botsen, waardoor hun kinetische energie werd omgezet in warmte. Het centrum, waar de meeste massa zich verzamelde, werd steeds heter dan de omringende schijf. Na ongeveer 100.000 jaar ontstond in het centrum een hete, dichte protoster.
De oudste insluitsels die in meteorieten zijn gevonden, zijn mogelijk het eerste vaste materiaal dat in de presolaire nevel is gevormd. Ze zijn 4568,2 miljoen jaar oud. Dit is één definitie van de leeftijd van het zonnestelsel.
Hubble-beeld van protoplanetaire schijven in de Orionnevel, een lichtjaar brede "stellaire kraamkamer" die waarschijnlijk sterk lijkt op de oernevel waaruit de zon is ontstaan.
Vragen en antwoorden
V: Wat is de neveltheorie?
A: De nebulaire theorie is een proces waardoor zonnestelsels ontstaan. Het verklaart hoe een grote gaswolk in een gebied in de ruimte door de zwaartekracht kan worden samengetrokken, waardoor uiteindelijk een ster zoals de zon en de planeten worden gevormd.
V: Hoe krijgt de zon haar energie?
A: De zon krijgt haar energie door waterstof in helium te veranderen via een fusiereactie in haar kern, waarbij warmte, licht en andere vormen van elektromagnetische straling vrijkomen.
V: Waardoor draaien de planeten om hun eigen as?
A: De oorspronkelijke gaswolk had verschillende dichtheden op verschillende plaatsen, waardoor hij rond de zon en de eigen as van elke planeet draaide. Deze draaiing werd versterkt door samentrekking onder de zwaartekracht (behoud van energie) en behoud van impulsmoment.
V: Waar komen alle elementen vandaan waaruit aardse planeten, manen, asteroïden enz. bestaan?
A: Alle elementen behalve waterstof en helium zijn afkomstig van eerdere generaties sterren die miljarden jaren geleden in de buurt van ons jonge zonnestelsel explodeerden - deze enorme supernova's produceerden hogere elementen.
V: Waarom doorlopen reuzensterren hun levenscyclus veel sneller dan kleinere sterren?
A: Reuzensterren hebben een nog hogere druk en temperatuur dan een gemiddelde hoofdreeksster zoals de zon - hierdoor doorlopen zij hun levenscyclus veel sneller dan kleinere sterren.
V: Waardoor werd ons zonnestelsel ongeveer 4,6 miljard jaar geleden gevormd?
A: Ongeveer 4,6 miljard jaar geleden was er een grote gaswolk nabij ons gebied in de ruimte - alle dingen met massa trekken naar elkaar toe, dus dit trok al het gas naar het centrum tot het een voldoende hoge druk bereikte om waterstofatomen samen te smelten tot helium.
