Vznik slnečnej sústavy - Formation of the solar system

Vznik slnečnej sústavy, vznik sluneční soustavy, slnečná, sústava, Zem, Mesiac, Slnko, planéta, planéty, vesmír, astro, astronomia, rotácie,

Vznik slnečnej sústavy
Rastislav Vallo © 2004

Základný princíp - tvorba (vznik) telies

Vzájomné pripútanie hmotných častíc, a vznik telies, exaktne umožňujú zákony mechaniky, iba v prostredí, ktoré kladie pohybu odpor. Telesá sa vtedy nepohybujú po keplerovských kuželosečkách, ale vplyvom trenia a rastom hmotnosti (po gravitačnom pripútaní relatívne statickej látky) strácajú rýchlosť. Podľa Andrleho [2] je odpor brzdiaceho prostredia (od trenia) daný vzťahom:

F = - a m V r ^-2

...kde "F" je brzdná sila, "a" konštanta nadobúdajúca malých hodnôt, "m" hmota obiehajúcej častice (telesa), "V" jej rýchlosť, "r" vzdialenosť od centrálneho telesa. Brzdná sila je premenná hodnota závislá na rýchlosti, hmotnosti a nepriamo úmerná štvorcu vzdialenosti.

Pri vhodnom uhle priblíženia (v podstate pri čiastočnom súbehu) a limitovanej vzájomnej rýchlosti, môžu započať telesá vzájomný obeh. Potom ak sú telesá dostatočne veľké, možno tvrdiť, že vznikol nestabilný planetárny systém (s jednou planétou). Z počiatku sa menšie teleso pohybuje po krivke blízkej výstrednej "elipse" ktorá sa zmenšuje (nie je matematickou elipsou - obr. 1). Zmenšuje sa jej excentricita a veľká poloos dráhy. Dráha sa v konečnej fáze matematicky blíži k archimedovej špirále so stredom vo väčšom telese. (Názornú a exaktnú simuláciu poskytuje program).

Obr. 1 - Pripútanie a vzájomné približovanie telies v prostredí prachu a plynu,
ktoré kladie pohybu odpor. Najvýraznejšie klesá hodnota Q = a + e

Najneskôr na obvode Roche-ovej medze sa obiehajúce teleso roztrhne a jeho zvyšky po zostupnej krivke padnú na povrch centrálneho telesa. (Roztrhanie sa čiastočne podobá na roztrhanie meteoru po vniku do atmosféry Zeme - rozdiel je v tom, že meteor vnikne do atmosféry strmo, a je tuhým telesom.) Teleso ktoré sa pozvoľna (niekoľko rokov) približuje v pericentre dáhy k centrálnemu len veľmi pomaly vniká do kritického bodu a slapové sily permanentne deformujú jeho tvar.
Odpor voči trhaniu je nízky - teleso nie je tuhé. Jeho fyzikálne vlastnosti sú blízke kvapaline, pretože aj inak tuhé prvky vplyvom vysokej hmotnosti a teploty v strede, sú v plynnom stave. Vplyvom odporu prostredia a odstredivých síl (od vysokej rotácie) nastane jeho roztrhanie a pohltenie. Centrálne, väčšie teleso skokom zvýši svoju hmotnosť.

Rast hmotnosti môže byť prerušený, ak obe tmavé telesá opustia medzihviezdne mračno. Proces môže po niekoľkých miliónoch rokoch "per partes" pokračovať po opätovnom vniknutí do medzihviezdneho mračna.

Zhrnutie: Okolo každej tvoriacej sa hviezdy (Proto-Hviezdy), tmavého telesa, sa pred jej vznikom opakovane a mnohokrát utvorí planetárny systém, ktorý sa do nej zrúti. Iba posledný, ktorý vznikne po jej zažiarení, ostane zachovaný. Hviezda tlakom žiarenia odstráni (odtláča) plyn a prach - prostredie ktoré kladie pohybu odpor.

Pohyb látky Galaxiou - pred vznikom slnečnej sústavy

Hmota-látka slnečnej sústavy má rozdielny pôvod z hľadiska času, miesta a spôsobu vzniku. Vodík a hélium pochádzajú z raného obdobia vývoja vesmíru. Prvky ťažšie ako H a He vznikli neskôr, ako "popol" termonukleárnej syntézy hviezd, ktoré explodovali ako supernovy.

Tvorba telies po explózii supernovy

Explózia supernovy je ako "velký tresk" v mikro-merítku. Po explózii, expanzii a prudkom poklese tlaku, látka kondenzuje a zhlukuje sa v podstatne priaznivejších podmienkach, ako po "veľkom tresku". Z horúceho plynu sa po kondenzácii tvoria prachové zrniečka, ktoré sa vzájomne približujú po zbortených elipsách v prostredí plynu a prachu, a tvoria sa stále väčšie telesá asi do hmotnosti asteroidu, prípadne "malej" planéty. Všeobecne sa akceptuje, že po big-bang-u nastala tvorba obrovských hviezd plynúca z nehomogenity prostredia, ktorého zárodkom bola rozdielna hmotnosť jadier H a He. Podmienky na utvorenie telies z pozostatkov supernovy sú výhodnejšie. Látka po supernove obsahuje všetky prvky Mendelejovej sústavy s podstatne väčším rozpätím hmotnosti prvkov. Ak akceptujeme tvorbu telies po big-bangu, je plne oprávnené akceptovať tvorbu telies aj po explózii supernovy. Prirodzeným dôkazom sú snímky Krabej hmloviny, kde možno priamo vidieť zhlukovanie hmoty v "ornamentoch". V zásade platí "základný princíp" (z úvodnej časti).

Obr. 2 - Krabia hmlovina - po explózii supernovy (explózia bola spozorovaná v roku 1054)

Tvorba telies v mračnách Galaxie

V Galaxii, od jej vzniku explodovalo asi 100-200 miliónov supernov. Táto chladnúca, nežiariaca, "tmavá hmota" podľa posledných pozorovaní je zastúpená osobitne v halo - odhaduje sa až 20-25%. (Odtiaľ pôvodné pomenovanie MACHO - MAssive Compact Halo Objects). Pretože disk je podstatne hmotnejší, pomer zastúpenia je menší (odhaduje sa okolo 6%). Z celkového objemu plynie, že na každú hviezdu Galaxie pripadá priemerné množstvo tmavej hmoty (popola supernov) v objeme väčšom ako 20 hmotností Jupitera. Hviezdy sa pohybujú voľným priestorom i špirálovými mračnami. Pri pohybe mračnami žiarením odtláčajú prach a plyn. Potom na vzájomnom gravitačnom rozhraní hviezd sa prach a plyn sústreďuje do útvarov podobným "bublinám", kde ich hustota je o 2-4 rády vyššia.

atom H/cm^3  hustota g/cm^3		  prostredie	
1	     10^-26g/cm^3		  priem. hust. plynu a prachu 
10-1000	     10^-25g/cm^3 - 10^-23g/cm^3  bežné medzihviezdne mraky
10^5 - 10^7  10^-21g/cm^3 - 10^-19g/cm^3  gravitačné rozhranie hviezd

Ak sa v mračne pohybuje teleso "tmavej hmoty", okolité hviezdy "tlačia" naň žiarením prach a plyn - a samotné teleso, pretože je tmavé, nežiariace, túto látku gravitačne pripútava na svoj povrch. Pripútanie hmoty relatívne statického mračna spôsobuje, že galaktická rýchlosť telesa klesá a jeho dráha je sklápaná k rovine disku (Galaxie), do smeru pohybu mračien a disku.
Tieto telesá s rôznou hmotnosťou, vlastnosťami podobné Jupiteru sa v mračnách dostávajú do vzájomného gravitačného vplyvu (nastáva nekeplerovský pohyb vplyvom brzdenia). Veľké telesá pohlcujú menšie, sebe podobné telesá.
Podľa prepočtu a modelovania postačuje k zachyteniu telesa aj vzájomná rýchlosť, ktorá o 50-100% presahuje únikovú rýchlosť - v závislosti od uhla priblíženia a hustoty prostredia. (Tvorbu telies v globálnom merítku možno prirovnať k situácii, keď počas dažďa, sa na povrchu utvoria najskôr malé, neskôr väčšie prúdy vody, ktoré sa nevyhnutne ďalej spájajú do veľkých tokov).

Látka telies sa postupne gravitačne usporiada. Prvky a zlúčeniny s velkou špecifickou hmotnosťou klesajú k stredu telesa a teleso utvorí guľový tvar. Dopadajúci studený medzihviezdny plyn teleso chladí, jeho teplota najmä na povrchu spočiatku rýchlo klesá. Tmavé, nežiariace objekty, s ešte horúcim jadrom z ťažkých prvkov, so stuhnutým povrchom, a masívnou atmosférou z H a He sú podobné Jupiteru. Iba takéto tmavé, chladné telesá možu počas pohybu mračnami priberať ďalšiu hmotu a inicializovať vznik hviezd.

V súčasnosti existuje množstvo dôkazov o existencii telies tmavej hmoty, ktoré sa pohybujú Galaxiou samostatne. (Paczynsky: "Pôvod vzniku MACHO musíme hľadať v supernovách, ... kandidáti na pomenovanie "skrytá hmota" sú aj: hnedý trpaslík, planéta typu Jupiter, Zem, veľký a malý asteroid".)