Kodėl visos planetos sukasi vienoje plokštumoje?  (11)

Saulės sistemos skrieja vienoje plokštumoje. Argi tai nėra nuostabu ir neliudija mūsų išskirtinumo? Visata laukia būti atrasta.

Mūsų planetų sistema yra tvarkinga, kur keturios vidinės planetos, asteroidų juosta ir dujų milžinės sukasi vienoje plokštumoje apie Saulę. Netgi ir toliau esančios Kuiperio juostos objektai išsirikiavę toje pat plokštumoje. Žinant, kad Saulė apvali, o žvaigždžių su planetomis yra visomis įsivaizduojamomis kryptimis, būtų pernelyg didelis sutapimas, kad visi šie pasauliai būtų susilygiavę. Tiesą sakant, praktiškai visų stebėtų sistemų planetos irgi yra susilygiavusios į vieną plokštumą. Štai ką šiuo klausimu sako mokslas.

Dabar mūsų sistemos planetų orbitos išmatuotos neįtikėtinai tiksliai, ir visos jos apie Saulę sukasi toje pačioje dvimatėje plokštumoje, o didžiausias nukrypimas siekia 7°.

Tiesą sakant, jei iš lygties pašalintume Merkurijų, arčiausiai Saulės esančią ir didžiausią inklinaciją turinčią planetą, paaiškės, kad visos kitos planetos sulygiuotos gerokai tiksliau: nuokrypis nuo Saulės sistemos nekintamosios plokštumos tėra ~2°.

 

Be to, jos gan artimai sulygiuotos su Saulės sukimosi ašimi: kaip kad planetos, skriedamos apie Saulę, sukasi apie savo ašį, taip sukasi ir pati Saulė. Ir, kaip tikriausiai numanote, jos sukimosi plokštuma sudaro apie 7° su visų planetų orbitomis.

Tačiau, atrodytų, jos turėtų skrieti visiškai atsitiktinėmis orbitomis, juk planetas orbitoje išlaikanti gravitacija vienodai puikiai veikia visomis kryptimis. Būtų galima tikėtis kad planetos sudarytų kažkokį spiečių, o ne gražius, kone idealius apskritimus. Tiesą sakant, pasitraukus pakankamai toli nuo Saulės — už planetų, asteroidų, už panašių į Halley kometų ir net už Kuiperio juostos — būtent tokia tvarka ir yra.

Tai kas gi paskatino planetas susispiesti į vieną diską apie Saulę, o ne likti spiečiumi? Norint tai suprasti, reikėtų nusikelti į laikus, kai formavosi Saulė, į molekulinių dujų debesį – tokia yra visų naujų žvaigždžių pradžia.

Kai molekulinis debesis išauga iki pakankamo ir gravitaciškai susieto dydžio, ir atvėsta tiek, kad galėtų trauktis ir kolapsuoti, veikiamos savo paties gravitacijos, panašiai Pypkės ūkas (viršuje, kairėje), jis suformuoja pakankamai tankius regionus, kuriuose susidaro tankūs naujų žvaigždžių telkiniai (apskritimai, viršuje dešinėje).

Iš karto matosi, kad šis ūkas — ir bet kuris kitas toks ūkas — nėra ideali sfera, o įgauna netvarkingą, pratisą formą. Gravitacija netobulumų nepakenčia, o kadangi gravitacija yra greitinanti jėga, atstumui tarp masyvių objektų sumažėjus per pusę, sustiprėja keturis kartus - netgi menkus pradinės formos skirtumus ji kaip mat neįtikėtinai išdidina.

Taip susidaro labai asimetriškas ūkas, kurio tankiausiuose regionuose formuojasi žvaigždės. Tuo tarpu atskiros žvaigždės yra praktiškai idealiai apvalios, kaip kad ir mūsų Saulė.

Bet kadangi ūkai tampa labai asimetriški, jų viduje žvaigždės formuojasi iš netobulų, asimetriškų dujų gumulų. Iš pradžių jie susitraukia į vieną (iš trijų) matmenų, o kadangi medžiaga — sudaryta, kaip mes visi iš atomų branduolių ir elektronų — susidauždama su kita medžiaga, sulimpa, tai susidaro pailgas medžiagos diskas. Taip, nesunku nuspėti, gravitacija tą medžiagą trauks link masės centro, kur susiformuoja žvaigždė(s), bet apie jas lieka vadinamasis protoplanetinis diskas. Hubble kosminiu teleskopu šiuos diskus esame matę tiesiogiai!

Tai yra pirmoji užuomina, rodanti, kad galiausiai viskas susirikiuos į plokštumą, užuot lakioję spiečiais sferoje. Kitam žingsniui praverčia simuliacijos, nes neegzistavome taip ilgai, kad kokioje nors jaunoje žvaigždžių sistemoje galėtume stebėti visą procesą — jis trunka apie milijoną metų. Bet štai ką rodo simuliacijos.

Viena kryptimi „susiplojęs“ protoplanetinis diskas traukiasi ir toliau, nes į jo centrą pritraukiama vis daugiau medžiagos. Bet nors ir ten atsiduria daug medžiagos, dalis jos lieka stabilioje disko orbitoje.

Kodėl?

Yra fizikinė savybė, kuri turi būti išsaugoma: judesio kiekio momentas, rodantis, kiek visoje sistemoje — dujose, dulkėse, žvaigždėse ir taip toliau — yra sukimosi. Kadangi uždaroje sistemoje judesio kiekio momentas yra tvarus dydis, ir jis gan tolygiai pasiskirsto tarp visų sistemos dalelių, diske viskas turi judėti, grubiai tariant, ta pačia kryptimi (prieš arba pagal laikrodžio rodyklę). Laikui bėgant, diskas pasiekia stabilų dydį ir storį, ir tada nedideli gravitacijos netolygumai pradeda formuoti planetas.

 

 

Aišku, yra mažų, subtilių skirtumų tarp įvairių disko dalių, o taip pat ir pradinės sąlygos šiek tiek skiriasi. Centre besiformuojanti žvaigždė nėra taškas, o nemenkas, milijono kilometrų skersmens objektas. Tad, viską sudėjus, sukimasis nevyksta idealiai vienoje plokštumoje, bet labai arti to. Tiesą sakant, tik neseniai — prieš tris metus — buvo atrasta pirmoji planetų sistema (neskaitant mūsiškės), kurioje vyko planetų formavimasis vienoje plokštumoje.

 

Ūko pakraščiuose esančią jauną žvaigždę (atvaizdo viršuje, kairėje) — HL Tauri už maždaug 450 šviesmečių — supa protoplanetinis diskas. Pačiai žvaigždei tik maždaug milijonasmetų. Atvaizdas gautas ALMA, ilgos bazės radioteleskopų masyvu, fiksuojančiu gan ilgas (milimetrines) bangas, tai yra, daugiau nei tūkstantį kartų ilgesnes, nei gali regėti mūsų akys.

Tai akivaizdžiai yra diskas, kuriame viskas yra toje pačioje plokštumoje, tačiau jame yra tamsūs „plyšiai“. Šie plyšiai atitinka jaunas planetas, pritraukiančias netoli jų atsidūrusią materiją! Nežinia, kurios iš jų susilies, kurios bus išsviestos laukan, o kurios migruos vidun ir bus prarytos centrinės žvaigždės, bet regime esminį jaunos žvaigždžių sistemos vystymosi momentą. Nors jaunų planetų esame regėję ir anksčiau, konkrečiai ši fazė niekados dar nebuvo užfiksuota. Nuo visos planetų sistemų vystymosi stadijos – nuo ankstyviausių iki vidutinių ir vėliausių – yra nuostabios ir visos atitinka tą patį scenarijų.

Taigi, kodėl visos planetos sukasi toje pačioje plokštumoje? Nes susiformuoja asimetriškame dujų debesyje, kuris iš pradžių kolapsuoja trumpiausiu atstumu; materija „teškiasi” ir sulimpa; traukiasi vidun, bet dalis ima suktis apie centrą, o planetos ima formuotis iš disko netolygumų; visos jos sukasi toje pačioje plokštumoje, nukrypdamos nuo jos daugių daugiausiai, vos keliais laipsniais.

Tai yra atvejis, kur stebėjimai ir teorinais skaičiavimai paremtos simuliacijos ypač gerai sutampa. Tai įspūdinga istorija, kuri ne tik simuliacijomis, bet ir tiesioginiais Visatos stebėjimais iliustruoja, kad visos planetos žvaigždžių sistemoje sukasi toje pačioje plokštumoje!

Aut. teisės: www.technologijos.lt

(52)
(6)
(46)

Komentarai (11)