Muodostuminen ja kehitys aurinkokunnan määritetään malli, joka on laajalti hyväksytty tänään tunnetaan ” Solar Nebula Hypoteesi ”. Tämä malli kehitettiin ensimmäisen kerran XVIII nnen vuosisadan Emanuel Swedenborg , Immanuel Kant ja Pierre-Simon Laplace . Tämän hypoteesin seurauksena on ollut mukana monia erilaisia tieteenaloja, kuten tähtitiede , fysiikka , geologia ja planetologia . Avaruuden valloituksen alusta 1950-luvulta lähtien ja 1990-luvulla löydettyjen eksoplaneettojen jälkeen malleja on kyseenalaistettu ja parannettu uusien havaintojen huomioon ottamiseksi.
Tämän mallin arvioiden mukaan aurinkokunta alkoi olla olemassa 4,55 - 4,56 miljardia vuotta sitten pienen osan jättimäisen molekyylipilven painovoiman romahtamisen myötä . Suurin osa alkuperäisen pilven massasta romahti tämän alueen keskelle muodostaen Auringon , kun taas sen hajallaan olevat jäänteet muodostivat protoplaneettalevyn , jonka perusteella planeetat , kuut , asteroidit ja muut aurinkokunnan pienet kappaleet .
Aurinkokunta on kehittynyt huomattavasti sen perustamisen jälkeen. Monet kuut muodostuivat kaasumaisesta levystä ja pölystä ympäröivien planeettojensa ympärillä, kun taas muiden uskotaan muodostuneen itsenäisesti ja sitten planeetan kaappaamana. Lopuksi, toiset, kuten Kuu on Maan , olisi (hyvin todennäköisesti) tulos mullistavaa törmäyksiä . Elinten välisiä törmäyksiä on tapahtunut jatkuvasti tähän päivään saakka, ja niillä on ollut keskeinen rooli aurinkokunnan kehityksessä. Planeettojen sijainnit ovat liukastuneet huomattavasti, ja jotkut planeetat ovat vaihtaneet paikkoja. Nyt oletetaan, että tämä planeettamuutto oli nuoren aurinkokunnan evoluution tärkein ajuri.
Noin viiden miljardin vuoden kuluttua aurinko jäähtyy ja laajenee huomattavasti nykyisen halkaisijansa yli ja tulee punaiseksi jättiläiseksi . Sitten se työntää ylemmät kerroksensa planeettasumujen mallin mukaan ja jättää taakse tähtiruuman: valkoisen kääpiön . Kaukaisessa tulevaisuudessa läheisyydessä kulkevien tähtien gravitaatiovoima repii vähitellen vanhan järjestelmän planeettojen kulkua tähdestään. Jotkut planeetat tuhoutuvat, kun taas toiset heidät avaruuteen. Useiden biljoonien vuosien jälkeen on todennäköistä, että mustaksi kääpiöksi tullut Aurinko on yksin ja jäinen eikä kiertoradalla kiertele yhtään kehoa.
Maailman alkuperään ja kohtaloon liittyvät ideat raportoidaan vanhimmissa tiedoissa. Kuitenkin, koska aurinkokunnan olemassaolo sellaisena kuin se on tällä hetkellä määritelty, ei ollut vielä tiedossa, maailman muodostuminen ja kehitys eivät viitanneet siihen. Ensimmäinen askel, joka avasi oven järkevälle selitykselle, oli heliocentrismin hyväksyminen , joka asetti Auringon järjestelmän keskelle ja sen ympärille kiertävän Maan. Jos tämä käsitys oli tiedossa edeltäjille, kuten Samoksen Aristarchus vuodesta 280 eaa. AD, se pysyi tekeillä vuosisatoja ja sitä ei yleisesti hyväksytty vasta loppuun XVII th luvulla. Termiä "aurinkokunta" käytettiin tiukasti ottaen ensimmäisen kerran vuonna 1704.
Immanuel Kant vuonna 1755 ja itsenäisesti Pierre-Simon Laplace vuonna XVIII nnen vuosisadan ensimmäisellä muotoili hypoteesin sumu aurinko. Tämä hypoteesi on standarditeorian alkio, joka tällä hetkellä liittyy aurinkokunnan muodostumiseen. Tämän hypoteesin tärkein kritiikki oli sen ilmeinen kyvyttömyys selittää Auringon suhteellinen kulmamomentin puute planeetoihin nähden. Nuorten tähtien havainnointi ja tutkiminen on kuitenkin 1980-luvun alkupuolelta lähtien osoittanut, että niitä ympäröivät kylmät pöly- ja kaasulevyt, aivan kuten aurinkosumuhypoteesi ennusti , mikä puolestaan oli luottoluokituksen arvoinen.
Aurinkokunnan päätoimijan, auringon tulevan evoluution määrittäminen vaatii ymmärtämistä, mistä se vetää energiaansa. Hyväksynnän Arthur Eddington n suhteellisuusperiaate of Albert Einstein kertoo, että auringon energia tulee reaktioista ydinfuusion tapahtuvia hänen sydämensä. Vuonna 1935 Eddington jatkoi tätä päättelyä ja ehdotti, että tähtien sisällä olisi voinut muodostua myös muita elementtejä. Fred Hoyle käsittelee tätä tarkemmin ja selittää, että kehittyneet tähdet, joita kutsutaan punaisiksi jättiläisiksi, luovat niihin suuren määrän vetyä ja heliumia raskaampia elementtejä. Kun punainen jättiläinen lopulta työntää ulkokerroksensa, siihen kertyneet elementit vapautuvat ja voidaan integroida uudelleen uusien tähtijärjestelmien muodostumiseen.
Nykyinen malli muodostumisen planeettojen Solar System, jonka kasvu on planetesimaali , kehitettiin 1960-luvulla Venäjän astrophysicist Viktor Safronov .
Käyttämällä radioaktiivista dating , tutkijat arvioivat ikä aurinkokunnan olevan noin 4,6 miljardia vuotta vanha. Terrestrial zirkoni jyvät sisältyvät kivet uudempi kuin ne on ajoitettu enemmän kuin 4,2 miljardia vuotta sitten, vaikka jo vuonna 4,4. Maapallon vanhimmat kivet ovat noin 4 miljardia vuotta vanhoja. Tämän ikäiset kivet ovat harvinaisia, koska maapallon kuorta muokkaavat jatkuvasti eroosiot , tulivuoret ja levytektoniikka . Aurinkokunnan iän arvioimiseksi tutkijoiden on käytettävä meteoriitteja, jotka muodostuivat, kun aurinkosumu alkoi tiivistyä. Vanhimmat meteoriitit, kuten Canyon Diablo-meteoriitti , ovat 4,6 miljardia vuotta vanhoja; siksi aurinkokunnan on oltava vähintään tämän ikäinen. Aurinkokunnan tiivistyminen alkusumusta olisi tapahtunut korkeintaan 10 miljoonassa vuodessa.
Presolaarisen sumuhypoteesin mukaan aurinkokunta muodostui useiden valovuosien läpimitaltaan olevan molekyylipilven fragmentin gravitaatioromahduksen seurauksena . Jopa muutama vuosikymmen sitten Uskottiin, että aurinko oli muodostunut suhteellisen eristetyssä ympäristössä, mutta muinaisten meteoriittien tutkimus on paljastanut jälkiä isotoopeista, joiden puoliintumisaika on lyhentynyt, kuten rauta 60 , joka on vain muodostuu, kun massiiviset, lyhytaikaiset tähdet räjähtävät. Tämä paljastaa, että yksi tai useampi supernova esiintyi Auringon läheisyydessä sen muodostuessa. Paineaalto johtuvat supernova voinut laukaista muodostumista Sun luomalla tiheämpi alueiden pilvi, siihen pisteeseen aloittamisesta romahtaa. Koska vain lyhytaikaiset massiiviset tähdet muodostavat supernovoja, Aurinko olisi ilmestynyt suurelle tähtituotannon alueelle, joka voidaan epäilemättä verrata Orionin sumuun . Tutkimus Kuiperin vyön rakenteesta ja siellä löydetyistä odottamattomista materiaaleista viittaa siihen, että aurinko muodostui tähtijoukon joukosta, joka halkaisijaltaan oli 6,5 - 19,5 valovuotta ja edustaa kollektiivista massaa, joka vastaa 3000 kertaa Auringon massaa. Erilaiset nuoren auringon simulaatiot, jotka ovat vuorovaikutuksessa läheisyydessä kulkevien tähtien kanssa ensimmäisten 100 miljoonan vuoden aikana, tuottavat epänormaaleja kiertoratoja. Tällaisia kiertoratoja havaitaan ulkoisessa aurinkokunnassa, etenkin hajallaan olevien kohteiden kiertoradat .
Yksi niistä romahtavista kaasualueista, "ennen aurinkosumua", olisi muodostanut aurinkokunnan. Tämän alueen halkaisija oli 7000 - 20 000 tähtitieteellistä yksikköä (AU) ja massa vain suurempi kuin Auringon. Sen koostumus oli paljolti sama kuin nykyisen auringon. Se koostuu vedystä , sekä heliumin ja jälkiä litiumin tuottaman ensiarvoisen nukleosynteesi , jotka muodostavat noin 98% sen massasta. Loput 2% massasta edustavat raskaampia alkuaineita , jotka syntyvät vanhempien tähtien sukupolvien nukleosynteesillä . Elämänsä loppuun mennessä nämä muinaiset tähdet olivat karkottaneet raskaammat elementit tähtienväliseen väliaineeseen ja aurinkosumuun.
Koska säilyttämisen impulssimomentti , sumu kehrätty nopeammin kuin se romahtanut. Kuten materiaalien sumua kondensoitu, törmäys taajuus atomien tehnyt niistä lisääntynyt, muuntamalla niiden liike-energia otetaan lämpöä . Keskus, jossa suurin osa massasta kerättiin, tuli kuumemmaksi ja kuumemmaksi kuin ympäröivä levy. 100 000 vuoden aikana kilpailevat painovoimat, kaasun paine, magneettikentät ja pyörimissuunta saivat sumun supistumaan ja tasoittumaan pyöriväksi protoplaneettalevyksi , jonka halkaisija oli noin 200 AU ja muodostamaan sen keskelle kuuman ja tiheän protostaattitähden ( tähti, jossa vedyn fuusio voi vielä alkaa).
Kehityksen tässä vaiheessa aurinko oli todennäköisesti T-Tauri-tyyppinen vaihteleva tähti . T Tauri-tähtien tutkimukset osoittavat, että niiden mukana on usein planeettaa edeltäviä aineita, joiden massa on 0,001 - 0,1 aurinkopainoa . Nämä levyt kattavat useita satoja AU: ta - Hubble- avaruusteleskooppi on havainnut halkaisijaltaan jopa 1000 AU: n protoplaneettalevyjä tähtiä muodostavilla alueilla , kuten Orionin sumu, ja ovat melko kylmiä ja saavuttavat korkeintaan tuhat Kelviniä .
50 miljoonan vuoden kuluttua lämpötila ja paine auringon ytimessä kasvoivat niin korkealle, että sen vety alkoi sulautua, mikä loi sisäisen energialähteen, joka vastusti gravitaatiota, kunnes ' hydrostaattinen tasapaino saavutetaan. Tämä merkitsi Auringon pääsyä sen ensimmäiseen vaiheeseen, joka tunnetaan pääjaksona . Pääsekvenssitähdet saavat energiansa vedyn fuusiosta heliumiin ytimissään. Aurinko on edelleen pääjaksotähti tähän päivään saakka.
Oletetaan, että eri planeetat muodostuivat aurinkosumun , kaasumaisesta ja pölyisestä levynmuotoisesta pilvestä, jota ei suoraan upotettu auringon muodostumiseen. Ilmiötä, jota tiedeyhteisö pitää tällä hetkellä ja jonka mukaan planeetat muodostuivat, kutsutaan " kasvuksi ". Tämän menetelmän mukaisesti, planeetat syntyvät pölyn rakeiden kertymäkiekko kiertävät Keski prototähtivaihetta . Suoran kosketuksen seurauksena nämä jyvät yhdistyvät halkaisijaltaan 1–10 kilometriä oleviksi lohkoiksi , jotka puolestaan törmäävät toisiinsa muodostaen suurempia, noin 5 km leveitä kappaleita planetesimaaleja . Nämä lisääntyvät vähitellen lisääntyneiden törmäysten myötä muutaman senttimetrin vuosivauhdilla seuraavien miljoonien vuosien ajan.
Inner Solar System , alueella järjestelmän sisällä 4 AU Sun, on liian kuuma haihtuvien molekyylien, kuten veden ja metaanin ja tiivistyä. Siihen muodostuvat planeettasymbolit voivat koostua vain kemiallisista komponenteista, joilla on korkea sublimaatiotaso , kuten metalleista (kuten rauta , nikkeli ja alumiini ) ja silikaattikivistä . Näistä kivirungoista tulee Tellur-planeettoja : Elohopea , Venus , Maa ja Mars . Koska nämä kemialliset yhdisteet ovat universumissa melko harvinaisia, mikä vastaa vain 0,6% sumun massasta, maaplaneettojen kasvu ei ole kovin merkittävää. Maan alkio kasvaa korkeintaan 0,05 Maan massa ja lakkaa kertynyt aines 100000vuosi muodostamisen jälkeen Auringon Uudet törmäykset ja lähes planeettojen kokoisten kappaleiden fuusio antavat maanpäällisten planeettojen kasvaa nykyiseen kokoonsa (katso alla olevat maanpäälliset planeetat ).
Kun maanpäälliset planeetat muodostuvat, ne kehittyvät edelleen kaasu- ja pölylevyssä. Kaasua tukee osittain painemekanismi, joten se ei kiertele niin nopeasti kuin Auringon ympärillä olevat planeetat. Väliaineen aiheuttama vastus aiheuttaa kulmamomentin siirron ja sen seurauksena planeetat siirtyvät vähitellen uusille kiertoradoille. Matemaattiset mallit osoittavat, että levyn lämpötilan vaihtelut säätelevät tätä siirtymisnopeutta, mutta sisäisillä planeetoilla on selvä taipumus siirtyä lähemmäksi aurinkoa levyn hajoamisen yhteydessä. Tämä muutto sijoittaa lopulta maanpäälliset planeetat nykyisille kiertoradoilleen.
Giant kaasuplaneetat , nimittäin Jupiter , Saturnus , Uranus ja Neptune , muodostavat edelleen ulkopuolella, yli jään linja (jota kutsutaan myös ”halla line”). Tämä viiva osoittaa Marsin ja Jupiterin kiertoradan välisen rajan, jossa aine on riittävän kylmä, jotta sen haihtuvat jääyhdisteet pysyvät kiinteinä. Kaasujätteitä muodostavaa jäätä on runsaammin kuin metalleja ja silikaatteja, jotka muodostavat maan planeetat. Tämä antaa jättiläisille mahdollisuuden tulla tarpeeksi massiivisiksi, jotta ne pääsevät sieppaamaan vetyä ja heliumia , jotka ovat maailmankaikkeuden kevyimmät mutta myös runsaimmat elementit. Planetesimaali muodostettu yli jään linja kerääntyä enemmän kuin neljä Maan massoja yli kolmen miljoonan vuoden aikana. Nykyään neljän kaasujätin osuus on melkein 99% kaikista Auringon ympäri kiertävistä massoista. Astrofyysikot uskovat, että ei ole sattumaa, että Jupiter sijaitsee aivan jääviivan takana. Jäälinja keräisi tällöin suuria määriä vettä haihduttamalla putoavaa jäätä ulommilta alueilta. Tämä loisi matalapaineisen alueen, joka helpottaisi kiertävien hiukkasten kiihtyvyyttä tämän linjan rajalla ja keskeyttäisi niiden liikkeet kohti aurinkoa. Tämä johtuu siitä, että jäälinja toimii esteenä, joka saa materiaalin kerääntymään nopeasti ~ 5 tähtitieteellistä yksikköä auringosta. Tämä ylimääräinen materiaali sulautuu suureksi, noin kymmenen maamassan alkioksi, joka alkaa sitten kasvaa nopeasti, kun se imee ympäröivässä levyssä olevaa vetyä. Sitten alkio saavuttaa 150 maamassaa vain 1000 vuodessa, kunnes se saavuttaa nimellisen massansa, 318 kertaa maapallon. Saturnuksen huomattavasti pienempi massa selittyy sillä, että se olisi muodostunut muutama miljoona vuotta Jupiterin jälkeen, kun sen ympäristössä olisi ollut vähemmän kaasua.
Uraanin ja Neptunuksen uskotaan muodostuneen Jupiterin ja Saturnuksen jälkeen. Voimakas aurinkotuuli puhalsi sitten suurimman osan levyn materiaalista. Tämän seurauksena planeetoilla on mahdollisuus kerätä vain pieni määrä vetyä ja heliumia - korkeintaan yksi maamassa kumpikin. Uranus ja Neptunus luokitellaan joskus " epäonnistuneiksi ydeiksi " , toisin sanoen "epäonnistuneiksi ytimiksi". Keskeinen ongelma, jota erilaiset aurinkokunnan muodostumisteoriat kohtaavat, liittyy niiden muodostumiseen tarvittavaan asteikkoon. Planeettojen sijainnissa heidän olisi pitänyt kestää sata miljoonaa vuotta ytimiensä yhdistämiseen. Tämä tarkoittaa, että Uranus ja Neptune muodostuivat todennäköisesti lähempänä aurinkoa, lähellä Saturnusta, tai ehkä jopa Saturnuksen ja Jupiterin välillä, ja muuttoivat myöhemmin ulospäin (katso alla oleva planeettojen muuttoliike ). Kaikkia planeettasymbolivyöhykkeen liikkeitä ei välttämättä suunnattu kohti aurinkoa; Stardust- koetin Comet Wild 2: lta palauttamat näytteet viittaavat siihen, että aurinkokunnan päämuodostelman materiaalit siirtyivät järjestelmän lämpimiltä alueilta Kuiperin vyöhykkeen alueille .
Kolmen tai kymmenen miljoonan vuoden kuluttua nuoren Auringon tähti tuulet hajottavat kaiken kaasun ja pölyn protoplaneettalevyltä "puhaltamalla" ne tähtienväliseen tilaan lopettaen siten planeettojen kasvun.
Varhaisimmat teoriat aurinkokunnan muodostumisesta oletettiin, että planeetat muodostuivat lähellä paikkaa, jossa ne kiertävät. Kuitenkin tämä näkemys on muuttunut ratkaisevasti vuoden lopulla XX : nnen vuosisadan alussa ja XXI : nnen vuosisadan. Tällä hetkellä uskotaan, että aurinkokunta oli hyvin erilainen kuin nykyään sen muodostumisen jälkeen: sisäisessä aurinkokunnassa oli useita vähintään yhtä massiivisia esineitä kuin elohopea, aurinkokunnan ulompi osa oli paljon pienempi kuin se on nyt, ja Kuiperin vyö oli paljon lähempänä aurinkoa.
XXI - vuosisadan alussa tiedeyhteisössä on yleisesti hyväksytty, että meteoriittivaikutuksia on esiintynyt säännöllisesti, mutta suhteellisen harvoin aurinkokunnan kehityksessä ja evoluutiossa. Kuun muodostuminen, samoin kuin Pluto-Charon-järjestelmä , on seurausta Kuiper-vyön esineiden törmäyksestä. Muiden asteroidien lähellä olevien kuiden ja muiden Kuiperin vyöhykkeellä olevien esineiden uskotaan myös olevan törmäysten tulos. Iskuja tapahtuu edelleen, mistä on osoituksena törmäys Shoemaker-Levy 9 kanssa Jupiter heinäkuussa 1994 , tai Tunguska tapahtuman päälle30. kesäkuuta 1908.
Planeettojen muodostumisajan lopussa aurinkokunnan asuttivat 50-100 kuuta, joista osa oli kooltaan verrattavissa Marsin muodostavaan protoplaneettiin . Lisäkasvu oli mahdollista vain siksi, että nämä organismit törmäsivät ja sulautuivat toisiinsa vielä 100 miljoonaa vuotta. Nämä esineet olisivat olleet vuorovaikutuksessa gravitaatiolla toistensa kanssa, toistensa kiertoradat vetämällä toistensa yli, kunnes ne törmäsivät, sulautuivat ja suurensivat, kunnes tunnemme tänään neljä maapalloa. Yksi näistä jättiläisistä törmäyksistä on luultavasti syy Kuun muodostumiseen (katso alla olevat kuut ), kun taas toinen olisi poistanut nuoren Merkuruksen ulkokuoren .
Tämä malli ei pysty selittämään, kuinka maanpäällisten protoplaneettojen alkuperäiset kiertoradat, joiden olisi pitänyt olla erittäin epäkeskeisiä törmäyksen mahdollistamiseksi, tuottivat huomattavan vakaat lähes pyöreät kiertoradat, joita maanpäällisillä planeetoilla on nykyään. Yksi hypoteesi tälle "epäkeskisyyden kaatumiselle" on, että telluuriplaneetat olisivat muodostuneet kaasulevyyn, jota Aurinko ei ole vielä karkottanut. Ajan myötä tämän jäännöskaasun "gravitaatiovastus" olisi rajoittanut planeettojen energiaa ja tasoittanut niiden kiertoratoja. Kuitenkin tällainen kaasu, jos se olisi ollut olemassa, olisi estänyt maapallon kiertoradan tulemasta aluksi niin epäkeskiseksi. Toinen hypoteesi on, että gravitaatiovastus ei tapahtunut planeettojen ja jäännöskaasujen välillä, vaan planeettojen ja jäljellä olevien pienten kappaleiden välillä. Kun suuret kappaleet liikkuivat pienempien esineiden joukon läpi, jälkimmäiset, suurempien planeettojen painovoiman houkuttelemana, muodostivat suuremman tiheyden alueen, "painovoiman herätyksen" taivaankappaleiden tiellä. Tämän seurauksena planeetan jälkeeseen kasautuneiden esineiden lisääntynyt painovoima hidasti suurempia esineitä asettamalla ne säännöllisemmille kiertoradoille.
Telluurisen alueen ulkoreunaa, 2 ja 4 AU: n päässä Auringosta, kutsutaan asteroidivyöksi . Alkuperäinen asteroidivyö sisälsi tarpeeksi materiaalia muodostamaan kaksi tai kolme maapalloa muistuttavaa planeettaa, ja sinne muodostui suuri määrä planeettasymboleita . Kuten maanpäällisten planeettojen kohdalla, tällä alueella olevat planeetta-eläimet sulautuivat myöhemmin ja muodostivat 20-30 kuuta Marsin protoplaneetan kokoisia. Jupiterin läheisyyden vuoksi tämän planeetan muodostuminen, kolme miljoonaa vuotta Auringon jälkeen, on kuitenkin vaikuttanut voimakkaasti alueen historiaan. Keskiliikeresonanssi Jupiter ja Saturnus ovat erityisen vahvoja asteroidivyöhykkeellä ja vetovoiman vaikutuksesta enemmän massiivinen alkioita hajallaan monet planetesimaali noihin resonanssia. Jupiterin painovoima lisäsi näiden esineiden nopeutta resonansseillaan, aiheuttaen niiden puhkeamisen törmäyksissä muiden kappaleiden kanssa sen sijaan, että ne yhdistettäisivät.
Kun Jupiter vaelsi sisäänpäin ja jatkoi muodostumistaan (katso alla oleva planeettojen muuttoliike ), resonanssit olisivat pyyhkäisseet asteroidivyön osien yli häiritsemällä alueen dynamiikkaa ja lisäämällä kappaleiden suhteellista nopeutta yksi kerrallaan muihin verrattuna. Resonanssien ja protoplaneettojen kumulatiivinen toiminta on joko ajautunut planeettasymbolit asteroidivyön kehälle tai häirinnyt niiden taipumuksia ja kiertoradan epäkeskisyyksiä . Jupiter heitti myös osan näistä massiivisista alkioista, kun taas toiset pystyivät muuttamaan sisäiseen aurinkokuntaan ja näyttämään roolia maan planeettojen lopullisessa kiinnittymisessä. Tänä primaarisen pelkistyksen aikana jättiläisplaneettojen ja protoplaneettojen vaikutukset jättivät asteroidivyön kokonaispainoon, joka vastaa alle 1% maapallon massasta, koostuen enimmäkseen pienistä planeetta-eläimistä. Tämä oli vielä yli 10 20 kertaa massa nykyisen vyön, joka on noin 1 / 2000 maapinta-alasta. Toissijainen pelkistysjakso, joka pienensi asteroidivyön sen nykyiseen massaan, tapahtui todennäköisesti, kun Jupiter ja Saturn tulivat väliaikaiseen kiertoradaresonanssiin 2: 1 (katso alla).
Tällä jättimäisten iskujen jaksolla sisäisen aurinkokunnan sydämessä oli luultavasti merkitystä maapallolla tällä hetkellä olevan veden (~ 6 × 10 21 kg ) hankkimisessa muinaisesta asteroidivyöstä. Vesi on liian haihtuvaa, jotta sitä olisi ollut läsnä maapallon muodostumisen aikana, ja sen on oltava saapunut myöhemmin aurinkokunnan kauemmilta ja kylmemmiltä alueilta. Veden toivat luultavasti protoplaneetat ja pienet planeetta-eläimet, jotka Jupiter laukaisi asteroidivyöstä. Vuonna 2006 löydettyä päävyöhön komeettojen populaatiota on ehdotettu myös maapallon läsnä olevan veden mahdolliseksi alkuperäksi. Vertailun vuoksi Kuiperin vyöhykkeen tai jopa kauempien alueiden komeetat toivat vain 6% maapallolla olevasta vedestä. Panspermia- hypoteesi ehdottaa, että elämä saattaa olla talletettu maapallolle tällä tavalla, vaikka tiedeyhteisö ei hyväksy tätä ajatusta laajalti.
Sumuhypoteesin mukaan " jääjätit ", Uranus ja Neptune , ovat "väärässä paikassa". Ne todellakin sijaitsevat alueella, jossa sumun pienentynyt tiheys ja jossa kiertoradan pitkä kesto tekee niiden muodostumisesta erittäin epätodennäköistä. Siksi uskotaan, että ne muodostuivat kiertoradoille lähellä Jupiterin ja Saturnuksen kiertoratoja, joissa oli enemmän materiaalia. He olisivat sitten siirtyneet aurinkokunnan ulkopuolelle useiden satojen miljoonien vuosien ajan.
Ulkopuolisten planeettojen muuttoliike on tarpeen myös selittää aurinkokunnan syrjäisimpien alueiden olemassaolo ja ominaisuudet. Neptunuksen ulkopuolella aurinkokuntaa laajentaa Kuiper-vyö , hajalla olevat esineet ja Oortin pilvi . Nämä kolme pientä jäätä sisältävää harvaa populaatiota uskotaan olevan lähtökohta useimmille havaituille komeeteille . Tällä etäisyydellä Auringosta kiinnittyminen oli liian hidasta, jotta planeetat voisivat muodostua ennen kuin aurinkosumu hajosi. Siksi alkuperäinen levy menetti tarpeeksi massaa ja tiheyttä yhdistääkseen ne planeetoiksi. Kuiperin vyö sijaitsee 30-55 AU: n päässä auringosta, kun taas kauempana sironnut levy ulottuu yli 100 AU: n. Oortin pilvi alkaa 50000 AU: sta. Alun perin Kuiperin vyö oli kuitenkin paljon tiheämpi ja paljon lähempänä aurinkoa. Sen ainesosat eivät kiertäneet enempää kuin 30 AU. Auringon lähempänä he kiertelivät Uranuksen ja Neptunuksen ohitse, jotka kääntyivät muodostuessaan paljon lähempänä aurinkoa (todennäköisesti 15-20 AU-alueella). Neptunus oli silloin lähempänä aurinkoa kuin Uranus.
Aurinkokunnan muodostumisen jälkeen kaikkien kaasujättien kiertoradat kehittyivät hitaasti. Sitten heihin vaikutti heidän vuorovaikutuksensa suuren määrän jäljellä olevien planeetta-eläinten kanssa. 500-600 miljoonan vuoden jälkeen, noin 4 miljardia vuotta sitten, Jupiter ja Saturnus tulivat 2: 1-resonanssiin. Saturnus teki yhden vallankumouksen Auringon ympäri, kun taas Jupiter teki kaksi. Tämä resonanssi loi painovoiman, joka työnsi takaisin ulommat planeetat. Sitten Neptune ohitti Uranuksen kiertoradan ja syöksyi muinaiseen Kuiperin vyöhykkeeseen. Planeetta hajotti suurimman osan näistä pienistä jääpaloista sisäänpäin samalla kun se liikkui ulospäin. Sitten nämä planeettasimulaattorit hämmentivät puolestaan seuraavaa planeettaa, jonka he tapasivat samalla tavalla, siirtäen planeettojen kiertoradat ulospäin lähestyessään Aurinkoa. Tämä prosessi jatkui, kunnes planeetta-eläimet olivat vuorovaikutuksessa Jupiterin kanssa. Valtava painovoima, jonka aurinkokunnan suurin planeetta heille sitten kohdisti, lähetti heidät erittäin elliptisiin kiertoradoihin . Jotkut heitettiin jopa ulos auringon painovoimasta. Tämä toi Jupiterin tulemaan merkittävästi lähemmäksi aurinkoa. Nämä Jupiterin leviämät esineet erittäin elliptisillä kiertoradoilla muodostavat Oortin pilven. Neptunuksen muuttoliikkeen vähemmän jyrkälle rinteelle sirottamat esineet muodostavat Kuiperin vyön ja hajalevyn. Tämä skenaario selittää Kuiper-hihnan ja sironneen levyn pienen massan. Jotkut hajallaan olevista esineistä, etenkin Pluto, sitoutuivat painovoimaisesti Neptunuksen kiertoradalle pakottaen ne kiertoradan resonansseihin . On myös mahdollista, että kitka planetesimaalisten kiekkojen kanssa teki jälleen Uranuksen ja Neptunuksen kiertoradat.
Toisin kuin ulkoiset planeetat, telluuriset, sisäiset planeetat eivät olisi muuttaneet merkittävästi aurinkokunnan kehityksen aikana, koska niiden kiertoradat pysyivät vakaina jättimäisten iskujen aikana.
Grand Tack hypoteesi , muotoiltu 2011, kertoo pienuus Mars kaksinkertaisella muuttoliike on Jupiter .
Ulkopuolisten planeettojen muuttoliikkeestä johtuvat painovoimahäiriöt olisivat ennustaneet suuren määrän asteroideja kohti sisäistä aurinkokuntaa, mikä heikentäisi huomattavasti alkuperäistä vyötä, kunnes se saavutti hyvin pienen massan, jonka tiedämme tänään. Tämä tapahtuma olisi voinut aloittaa "suuren myöhäisen pommituksen", joka tapahtui noin 4 miljardia vuotta sitten, toisin sanoen 500-600 miljoonaa vuotta aurinkokunnan muodostumisen jälkeen. Tämä massiivisten pommitusten jakso kesti useita satoja miljoonia vuosia, ja sen osoittavat muinaiset kraatterit, jotka ovat edelleen näkyvissä sisäisen aurinkokunnan geologisesti kuolleissa tähdissä , kuten Kuu ja Elohopea. Maapallon vanhimmat jäljet ovat peräisin 3,8 miljardista vuodesta, melkein heti suuren myöhäisen pommituksen päättymisen jälkeen.
Vaikutukset olisivat tavallisia (vaikka tällä hetkellä harvinaisia) tapahtumia aurinkokunnan kehityksessä. He edelleen esiintyy, kuten on esitetty törmäyksissä kuten että Shoemaker-Levy 9 kanssa Jupiter vuonna 1994 heinäkuu 2009 Jupiter vaikutus , ja meteoriittikraatteria vuonna Arizonassa . Akkiraatioprosessi on siis epätäydellinen ja voi silti olla uhka maapallon elämälle.
Ulkoisen aurinkokunnan kehitykseen näyttää vaikuttaneen läheiset supernovat ja luultavasti myös tähtienvälisten pilvien kulku . Kaukimpien aurinkokunnan kappaleiden pinnat olisivat kokeneet avaruusmuutoksia aurinkotuulista, mikrometeoriiteista ja tähtienvälisen väliaineen neutraaleista komponenteista .
Asteroidivyön kehitystä suuren myöhäisen pommituksen jälkeen hallitsivat pääasiassa törmäykset. Suurikokoisilla esineillä on riittävä painovoima pidättämään kaikki väkivaltaisten törmäysten aiheuttamat materiaalit. Asteroidivyössä näin ei yleensä ole. Tämän seurauksena monet suuret kappaleet hajotettiin paloiksi, ja joskus näistä esineistä taottiin uusia esineitä vähemmän väkivaltaisissa törmäyksissä. Joidenkin asteroidien ympärillä olevat kuut voidaan tällä hetkellä selittää vain alkuperäisestä esineestä poistetun materiaalin yhdistymisellä ilman tarpeeksi energiaa voidakseen paeta sen painovoimasta kokonaan.
Kuut kiertävät suurimman osan aurinkokunnan planeetoista sekä monia muita avaruuskappaleita. Nämä luonnolliset satelliitit tulevat yhdestä kolmesta mahdollisesta mekanismista:
Jupiterilla ja Saturnuksella on suuri määrä kuita, kuten Io , Eurooppa , Ganymede ja Titan , jotka voivat olla peräisin jokaisen jättiläisplaneetan ympärillä olevista levyistä samalla tavalla kuin planeetat muodostuivat levyn kanssa Auringon ympärillä. Tämän alkuperän osoittaa kuiden suuri koko ja niiden läheisyys planeettaansa. Näitä kahta yhdistettyä ominaisuutta ei todellakaan voida kumuloida siepattuihin kuuhun. Toisaalta tarkasteltujen planeettojen kaasumainen luonne tekee mahdottomaksi luoda kuita törmäyksistä johtuvalla roskalla. Kaasujättien uloimmat kuut ovat yleensä pieniä ja niillä on epäkeskiset kiertoradat, joilla on satunnaisia taipumuksia. Nämä ovat kaapattujen esineiden odotettuja ominaisuuksia. Suurin osa näistä kuista kiertää vastaavien planeettojensa kiertosuuntaan. Suurin epäsäännöllinen kuu on Neptunuksen ympärillä oleva Triton-kuu , jonka sanotaan olevan kiinniotettu Kuiperin vyön esine.
Kiinteiden kappaleiden kuut luotiin törmäyksillä ja sieppauksilla. Kahden pienen Marsin kuun , Deimos ja Phobos , sanotaan olevan kiinni asteroidit . Maan kuun sanotaan muodostuneen yhden jättimäisen vino törmäyksen seurauksena. Iskulaite esine, jota kutsutaan Theia , oli saada massa ja koko verrattavissa Mars, ja vaikutus olisi tapahtunut muutamia kymmeniä miljoonia vuosia muodostamisen jälkeen sisäisen planeettoja. Törmäys lähetti osan Theian vaipan kiertoradalle, joka yhdistyi muodostaen Kuun. Tämä jättimäinen vaikutus oli viimeisin yhdistymissarjassa, joka muodosti Maan. Théia olisi muodostunut johonkin maa-aurinko-parin (joko L4 tai L5) Lagrange-pisteistä , sitten se olisi ajautunut asemastaan. Charon , Pluton kuu , olisi voinut muodostua myös suuren törmäyksen seurauksena; Pluto-Charon- ja Earth-Moon-parit ovat ainoat aurinkokunnassa, joissa satelliitin massa on suurempi kuin 1% planeetan massasta.
Tähtitieteilijät uskovat aurinkokunnan kuin me sen tunnemme, ei pitäisi muuttaa syvään ennenkuin aurinko on sulatettu kaikki vedyn sen ytimestä heliumia, joka alkaa sen kehitys päässä pääjakson on Hertzsprung- kaavio Russell päästä punainen jättiläinen vaihe . Silti aurinkokunta kehittyy edelleen.
Planeettojen kiertoratojen tutkiminen on jo pitkään johtanut toistuviin epäonnistumisiin, havainnot poikkeavat kuitenkin yhä tarkemmista taulukoista. Niinpä Neptunuksen olemassaolon odotettiin korjaavan Uranuksen virheet . Kuitenkin, kun planeettojen liikeradat on mallinnettu oikein nykyiselle ajalle, jäi kysymys näiden liikkeiden säännöllisyydestä pitkällä aikavälillä. Kun Kepler tuo elliptiset liikkeet heliosentriseen järjestelmään , liikkeitä kuvataan jaksollisiksi , vakaiksi ja loputtomiin säännöllisiksi. Laplace ja Lagrange osoittavat lopulta, että havaitut epäsäännöllisyydet ovat pieniä kiertoradan muodon heilahteluja ( epäkeskisyyttä ).
Kuitenkin, kun liikeradan laskelmat tehdään etäisiksi ajoiksi, ratkaisuihin liittyy yhä suurempia virhemarginaaleja, joten kiertoradojen liike ei ole enää säännöllistä vaan kaoottista . Nykyinen malli osoittaa eksponentiaalisen kiertoradan ja kiertoradatasojen suunnan. Todellisuudessa Laplacen ja Lagrangen tulosten näennäinen vakaus johtuu pääasiassa siitä, että niiden ratkaisut perustuivat osayhtälöihin. Muutaman kymmenen miljoonan vuoden jälkeen epävarmuus kiertoradoista on valtava. Näiden evoluutioiden ytimessä on kiertoradan resonanssi , joka voi tuottaa kriittisiä vaiheita kiertoradan evoluutiolle pitkällä aikavälillä (katso esimerkki Marsista ja vaikutuksista sen ilmastoon ). Vaikka itse resonanssi pysyy vakaana, on mahdotonta ennustaa Pluton asemaa millä tahansa tarkkuudella yli 10-20 miljoonan vuoden kuluttua, mutta tiedetään, millä arvoalueella sen on oltava. Toinen esimerkki on kaltevuus maapallon akseli , joka kitkan takia kohdistunut maan vaipassa , jonka vuorovaikutukset (vuorovesi) aiheuttama Moon (katso alla ), tulee mittaamattomia yli 1,5-4500000000 vuosi vanha.
Ulkopuolisten planeettojen (Jupiter, Saturnus, Uranus, Neptune) kiertoradat ovat kaoottisia hyvin pitkällä aikavälillä, minkä seurauksena niillä on Lyapunovin horisontti 2–230 miljoonan vuoden välein. Kaikissa tapauksissa tämä tarkoittaa sitä, että planeetan sijaintia kiertoradallaan on lopulta mahdotonta ennustaa varmuudella (esimerkiksi talvien ja kesien päivämäärä tulee epävarmaksi), mutta joissakin tapauksissa kiertoradat voivat muuttua radikaalisti. Tämä kaaos ilmenee voimakkaammin epäkeskisyyden muutoksina , jolloin joidenkin planeettojen kiertoradat muuttuvat enemmän tai vähemmän merkittäviksi elliptisiksi.
Viime kädessä ulompi aurinkokunta on (melkein) vakaa siinä mielessä, että yksikään sen planeetoista ei törmää toiseen tai tule ulos aurinkokunnasta seuraavien miljardin vuoden aikana.
Sisäisen aurinkokunnan odotetaan kokevan suuremman kaaoksen. Vaikka melkein kaikissa tapauksissa sisäisten planeettojen kiertoradojen tulisi pysyä tietyllä etäisyydellä toisistaan; arvioidussa muutamien prosenttien "todennäköisyydessä" (malleissa) on mahdollista, että kiertoradat elliptoivat tarpeeksi päällekkäin ja aiheuttavat katastrofaalisen sisäisten planeettojen kiertoradan epävakauden. Alkaen elohopeasta, joka on epävakain, joka saattaa joutua törmäyskurssille Venuksen tai Auringon kanssa usean miljardin vuoden ajan.
Samalla aikavälillä Merkuruksen epäkeskisyys voi kasvaa entisestään (ylittää 0,6), ja Venuksen, Maan ja Marsin lähellä olevat käytävät voivat teoreettisesti poistaa sen aurinkokunnasta tai johtaa törmäykseen näiden planeettojen kanssa. Se voi myös aiheuttaa muiden sisäisten planeettojen (Venuksen, Maan ja Marsin) kiertoradan laajenemisen ja päällekkäisyyden aiheuttaen törmäysvaaran. Näissä malleissa Marsin epäkeskisyys voi nousta 0,2: een ja aiheuttaa sen vuoksi sen ylittävän maapallon kiertoradan: maa ja Mars voivat törmätä tai Mars voidaan poistaa aurinkokunnasta. On myös mahdollista, että Venuksen ja Maan kiertoradan epäkeskisyydet muuttuvat sellaisiksi, että törmäys voi tapahtua.
Kuujärjestelmien kehitystä ohjaavat vuorovesi . Kuu kohdistaa vuorovesivoiman esineeseen, jonka ympäri se kiertää (yleensä planeetta), joka luo pullistuman planeetan halkaisijan poikkeavan painovoiman eron vuoksi. Samaan aikaan suurempi pullistuma vääristää luonnollista satelliittia. Kun kuu kiertää planeetan pyörimissuuntaan ja planeetta pyörii nopeammin kuin tämä kuu, vuorovesi-aiheuttama kohouma tulee jatkuvasti alavirtaan kuun kiertoradalta. Tässä tilanteessa kulmamomentti siirtyy planeetan pyörimisestä satelliitin kierrokseen. Kuu saa siten energiaa ja kääntyy sitten spiraaliksi, joka vie sen pois planeetalta. Vastineeksi planeetan luovuttama energia vähentää sen pyörimisnopeutta.
Maan ja Kuun kuvaavat tätä tilannetta. Nykyään maapallolla on gravitaatiolukko Kuussa, jossa yksi kierros on yhtä kierrosta (noin 29,5 päivää). Siten Kuu näyttää aina saman kasvot maapallolle. Tulevaisuudessa se jatkaa siirtymistään, ja maapallon kierto hidastuu asteittain. Jos ne selviävät auringon laajenemisesta 50 miljardin vuoden kuluttua, maa ja kuu ovat kaikessa resonanssissa, lukittuina vuorovesi. Jokainen jää loukkuun "kiertoradan resonanssiin", jossa Kuu kiertää maata 47 päivässä. Lisäksi ne pyörivät akseliensa ympäri samalla nopeudella ja kumpikin näyttää yhden ja saman pallonpuoliskon toiselle. Galilein kuut on Jupiterin monia muita esimerkkejä, samoin kuin suurin osa pienemmistä kuut Jupiter ja suurimmissa kuita Saturnuksen .
Voi tapahtua kaksi erilaista skenaariota, joissa vuorovesi on kohonnut kiertoradastaan. Jos luonnollinen satelliitti kiertää planeettaa nopeammin kuin se kääntyy itsensä puoleen, kulmamomentin siirtymissuunta muuttuu päinvastaiseksi, joten planeetan pyöriminen kiihtyy samalla kun kuun pyörimisnopeus pienenee. Jos luonnollinen satelliitti on taaksepäin, ts. Kun se kiertää planeetan vastakkaiseen suuntaan, pyörimisen ja pyörimisen kulmamomenteilla on vastakkaiset merkit, joten siirto pyrkii vähentämään kahden pyörimisen suuruutta toisiaan ulos.
Kummassakin näistä tapauksista kulmamomentin ja energian siirto säilyy, kun tarkastellaan kahden kehon järjestelmää kokonaisuutena. Kuun kierrosta vastaavien energioiden summa, joka lisätään planeetan pyörimiseen, ei kuitenkaan ole säilynyt, vaan pienenee ajan myötä. Tämä selitetään lämmön haihdutuksella, joka johtuu vuorovesi-pullistuman liikkeen aiheuttamasta kitkasta siinä aineessa, johon planeetta on tehty. Jos planeetat olisivat ihanteellisia nesteitä ilman kitkaa, vuoroveden kohouma keskittyisi satelliitin alle eikä energiansiirtoa tapahtuisi. Kineettisen energian menetys kitkan kautta tekee kulmamomentin siirron mahdolliseksi.
Kummassakin tapauksessa vuorovesien voiman hidastuminen saa kuun kiertymään lähempänä planeettaansa, kunnes vuorovesi korostaa sen kokonaan. Satelliitit voivat siten luoda rengasjärjestelmän planeetan ympäri , elleivät ne kiirehdi sen ilmakehään tai törmää sen pintaan. Tällainen kohtalo odottaa Marsin Phobos- kuuta 30-50 miljoonan vuoden kuluessa, Neptunuksen Triton- kuu 3,6 miljardissa vuodessa, Métis- kuu ja Jupiterin Adrastee- kuu ja vähintään 16 pientä satelliittia. Uranus ja Neptune. Desdemona kuu Uranus voi myös törmäävät yhteen sen naapurimaiden kuita.
Kolmas mahdollisuus on, että nämä kaksi runkoa ovat lukkiutuneet toisiinsa. Tällöin vuorovesi kohoaa suoraan kuun alle. Tällöin kulmamomenttia ei enää siirry eikä kiertorata enää muutu. Pluto ja Charon-järjestelmä on esimerkki tämän tyyppisestä konfiguraatio.
Ennen vuoden 2004 Cassini-Huygens -koeoperaatiota uskottiin yleisesti, että Saturnuksen renkaat olivat paljon nuorempia kuin aurinkokunta ja hävisivät 300 miljoonan vuoden kuluessa. Gravitaatiovaikutusten Saturnuksen kuun kanssa ajateltiin työntävän asteittain ulommat renkaat takaisin kohti planeettaa, kun taas meteoriittien kuluminen ja Saturnuksen painovoima pyyhkäisivät loput pois, jättäen Saturnuksen lopulta riisutuksi. Siitä huolimatta tämän tehtävän tiedot saivat tutkijat tarkistamaan alkuperäistä näkemystään. Havainnot ovat todellakin paljastaneet 10 km: n paksuisena jäämateriaalia, joka on rakenteinen paloiksi, joka rikkoutuu ja uudistuu jatkuvasti ja uudistaa renkaita. Saturnuksen renkaat ovat paljon massiivisempia kuin kaikkien muiden kaasujättien renkaat. Tämä valtava massa olisi säilyttänyt renkaat Saturnuksessa siitä lähtien, kun planeetta muodostui 4,5 miljardia vuotta sitten, ja se säilyttää ne vielä useita miljardeja vuosia.
Pitkällä aikavälillä tärkeimmät muutokset aurinkokunnassa tulevat auringon evoluutiosta ja ikääntymisestä. Kun se polttaa polttoainettaan (vetyä), se nostaa lämpötilaa ja polttaa jäljellä olevan polttoaineen paljon nopeammin. Siten aurinko nostaa kirkkauttaan 10% jokaista 1,1 miljardia vuotta. Miljardin vuoden kuluttua Auringon säteily on lisääntynyt ja sen asuttava vyöhyke on siirtynyt ulospäin, mikä tekee maanpinnasta liian kuuman nestemäisen veden olemassaolemiseksi siellä luonnollisesti. Tuolloin kaikki maallinen elämä on mahdotonta. Veden, mahdollisen kasvihuonekaasun , haihtuminen valtamerien pinnalta voi nopeuttaa lämpötilan nousua, mikä voi lopettaa kaiken elämän maapallolla vielä nopeammin. Tällä hetkellä on mahdollista, että lämpötila Marsin pinnalla nousee vähitellen. Hiilidioksidi ja vesi, joka on tällä hetkellä jäätynyt Marsin maaperän alle, vapautuu ilmakehään ja luo kasvihuoneilmiön. Jälkimmäinen lämmittää planeettaa, kunnes se saavuttaa olosuhteet, jotka ovat verrattavissa nykyisiin maapallon olosuhteisiin, tarjoten mahdollisesti uuden saaren elämään. 3,5 miljardin vuoden kuluttua olosuhteet maapallon pinnalla ovat samanlaisia kuin Venus tänään.
Noin 5,4 miljardin vuoden kuluttua auringon ydin on tullut tarpeeksi kuumaksi aiheuttamaan vedyn fuusion sen ylemmissä kerroksissa. Tämä tuottaa tähtipinnan valtavan inflaation, joka laajenee vastaavasti. Tässä vaiheessa se siirtyy elinkaarensa uuteen vaiheeseen, joka tunnetaan nimellä Punainen jättiläinen . 7,5 miljardin vuoden kuluttua aurinko ulottuu 1,2 AU: n säteelle, eli 256 kertaa sen nykyisen koon. Punaisen jättiläisen haaran huipulla , koska sen pinta on moninkertaistunut, sen valovoima on 2700 kertaa suurempi ja sen seurauksena se on paljon kylmempi pinnalla (noin 2600 K ). Tänä punaisen jättiläisen elinaikanaan aurinko aiheuttaa aurinkotuulen, joka kuljettaa noin 33% sen massasta. Tuolloin on mahdollista, että Titan kuun sekä Saturnuksen pääsee pintalämpötila tarpeen ylläpitää elämää.
Kun aurinko laajenee, sen tulisi absorboida planeetat Merkurius ja todennäköisesti Venus . Kohtalon maa ei ole yhtä selkeä; Kun aurinko ympäröi maapallon nykyisen kiertoradan, se on menettänyt kolmanneksen massastaan (ja painovoimasta), minkä seurauksena kunkin planeetan kiertoradat kasvavat huomattavasti. Ottaen huomioon vain tämän ilmiön, Venuksen ja Maan pitäisi epäilemättä välttää polttamista, mutta vuoden 2008 tutkimus viittaa siihen, että maapallo todennäköisesti absorboituu vuorovesi-vuorovaikutusten vuoksi Auringon laajentuneen ulkokuoren heikon kaasun kanssa.
Auringon ydintä ympäröivässä vaipassa palava vety lisää vähitellen ytimen massaa, kunnes se on saavuttanut noin 45% nykyisestä aurinkomassasta. Tässä vaiheessa tiheydestä ja lämpötilasta tulee niin korkea, että heliumin sulaminen hiileksi alkaa, mikä saa heliumin välkkymään ; aurinko laskee sitten noin 250-11 kertaa sen nykyisen säteen. Siksi kirkkaus laskee noin 54 - 3000 kertaa nykyisen tason ja sen pintalämpötila nousee noin 4770 K: seen . Auringosta tulee horisontaalinen haaratähti, joka polttaa heliumin ytimessään vakaasti samalla tavalla kuin se polttaa vetyä tänään. Heliumin sulamisaika ei kuitenkaan ylitä 100 miljoonaa vuotta. Lopulta se pakotetaan turvautumaan jälleen vety- ja heliumivarantoon ulkokerroksissaan ja laajenee toisen kerran kiertäen niin kutsutun jättiläisten asymptoottisena haarana . Tässä vaiheessa sen kirkkaus kasvaa, saavuttaa 2090 kertaa sen nykyisen kirkkauden, ja se jäähtyy noin 3500 K: iin . Tämä vaihe kestää noin 30 miljoonaa vuotta, minkä jälkeen 100 000 vuoden aikana Auringon ulkokerrokset pulssitetaan vähitellen ulos, heittäen valtava ainevirta avaruuteen ja muodostaen (väärin) nimetyn halon. " Planeettasumu ". Poistettu materiaali sisältää heliumia ja hiiltä, jotka on tuotettu auringon ydinreaktioissa, rikastamalla edelleen tähtien välistä väliainetta raskailla alkuaineilla tuleville aurinkokunnan sukupolville.
Tämä on suhteellisen "rauhallinen" tapahtuma, toisin kuin supernova , jota aurinko on liian pieni jatkaakseen evoluutiossaan. Tarkkailija, joka voi todistaa tästä tapahtumasta, olisi havainnut valtavan kiihtyvyyden aurinkotuulen nopeudessa, mutta ei tarpeeksi tuhoamaan planeetan kokonaan. Tähden massahäviö voi kuitenkin aiheuttaa kaaoksen eloon jääneiden planeettojen kiertoradoilla, mikä johtaa lopulta törmäykseen tai jopa työntää ne kokonaan aurinkokunnasta, ellei vuorovesivoimat murskaa niitä kokonaan. Sen jälkeen Auringosta on jäljellä vain valkoinen kääpiö , poikkeuksellisen tiheä esine, jonka osuus maan alkuperäisestä massasta on 54%. Aluksi tämä valkoinen kääpiö voisi olla 100 kertaa kirkkaampi kuin nykyinen aurinko. Se koostuu kokonaan rappeutuneesta hiilestä ja hapesta , mutta ei koskaan saavuta riittävää lämpötilaa näiden elementtien fuusion käynnistämiseksi. Siten se jäähtyy vähitellen ja tulee yhä vähemmän valaisevaksi.
Kun aurinko on "kuollut", tässä "paljas sydän" -muodossa, sen vetovoima kiertävillä kehoilla, kuten planeetoilla, komeeteilla ja asteroideilla, on heikentynyt sen massahäviön vuoksi auringossa. Kaikki jäljellä olevien planeettojen kiertoradat laajenevat; jos Venusta, maata ja Marsia on edelleen olemassa, niiden kiertoradat ovat suunnilleen 1,4, 1,9 ja 2,8. Kaikista planeetoista tulee pimeitä, jäisiä ja täysin vailla kaikkea elämää. Ne kiertävät edelleen tähtensä kiertorataa, nopeuttaan pienentämällä lisääntyneen etäisyyden auringosta ja sen pienemmän painovoiman vuoksi. Kaksi miljardia vuotta myöhemmin, kun aurinko on jäähtynyt välillä 6000 K - 8000 K , hiili ja happi auringon ytimessä "jäädyttävät" 90% jäljellä olevasta massastaan ja siitä tulee kristallirakenne. Lopulta biljoonien vuosien jälkeen aurinko lakkaa kokonaan loistamasta ja siitä tulee musta kääpiö .
Aurinkokunta kulkee Linnunradan ympäri pyöreällä kiertoradalla, noin 30000 valovuoden päässä galaktisesta keskustasta . Täydellisen kierroksen suorittaminen 220 km / s nopeudella kestää vähintään 220, ellei 250 miljoonaa vuotta . Tällä nopeudella järjestelmä on muodostumisestaan lähtien saavuttanut jo vähintään 20 kierrosta.
Jotkut tutkijat ovat ehdottaneet, että aurinkokunnan polku galaksin läpi on yksi tekijöistä, jotka johtavat maapallolla fossiilisten tietueiden kautta havaittujen jaksottaisten massan sukupuuttoon . Kiertoratojensa aikana aurinko kokee todellakin pieniä pystysuuntaisia värähtelyjä, jotka saavat sen ylittämään säännöllisesti galaktisen tason . Kun se on galaktisen tason ulkopuolella, galaktisen vuorovesi on heikoin. Kun se tulee galaktisen levyn, joka tapahtuu joka 20-25000000vuosi, se palauttaa alla paljon suurempi vaikutus galaktisen levyn, joka mukaan jotkut matemaattisia malleja, lisää virtausta komeetat pois pilvi. On Oort . Tämä sitten neljä kertaa suurempi virtaus johtaa tuhoisan vaikutuksen todennäköisyyden merkittävään kasvuun.
Kuitenkin muut tutkijat havaitsevat, että aurinko on tällä hetkellä lähellä galaktista tasoa ja viimeinen suuri sammumistapahtuma juontaa juurensa 15 miljoonaan vuoteen. Tästä johtuen Auringon pystysuora sijainti ei yksin voi selittää näitä jaksoittaisia sukupuuttoon. Sitten he pitävät pikemminkin laukaisijana tosiasiaa, että aurinko ylittää ajoittain galaksin spiraalivarret . Spiraalivarret sisältävät paitsi suuremman määrän molekyylipilviä myös suuremman konsentraation loistavia sinisiä jättiläisiä . Vaikka pilven painovoima voi olla vuorovaikutuksessa ja häiritä Oortin pilviä, siniset jättiläiset, joiden elinikä on lyhyempi, räjähtävät väkivaltaisesti supernoviksi .
Vaikka valtaosa havaittavissa olevan maailmankaikkeuden galakseista on nopeasti siirtymässä pois Linnunradalta, Andromedan galaksi , Paikallisen ryhmän suurin jäsen , on kohti meitä nopeudella 120 km / s . Kahden miljardin vuoden kuluttua Andromedan ja Linnunradan odotetaan törmäävän toisiinsa, aiheuttaen molempien loimien, ulkovartensa kiertämällä vuorovesi voimien kautta valtaviin vuorovesi- pyrstöihin . Jos tämä alkuhäiriö tapahtuu, tähtitieteilijät arvioivat, että aurinkokunta vedetään Linnunradan vuorovesi hännään 12 prosentilla ja mahdollisuudesta, että se sitoutuu painovoimaisesti Andromedaan 3 prosentilla ja on siten olennainen osa tätä galaksia. Toisen gravitaatiokierroksen jälkeen, jonka aikana aurinkokunnasta poistumisen todennäköisyys putoaa 30%: iin, syntyy supermassiivinen musta aukko . Lopulta noin seitsemän miljardin vuoden kuluttua Linnunrata ja Andromeda saattavat sulautumisensa jättimäiseksi elliptiseksi galaksiksi . Sulautumisen aikana lisääntynyt painovoima pakottaa kaasun (jos se on riittävä) keskittymään muodostuvan elliptisen galaksin keskelle. Tämän odotetaan johtavan voimakkaaseen tähtien muodostumiseen, jota kutsutaan tähtien muodostavaksi purskegalaksiksi . Lisäksi äskettäin muodostuneeseen mustaan aukkoon tunkeutuva kaasu syöttää sitä, muuttaen sen aktiiviseksi galaksiksi . Näiden vuorovaikutusten väkivalta työntää aurinkokunnan todennäköisesti uuden galaksin ulommaan haloon, jättäen sen suhteellisen koskemattomaksi näiden törmäysten aiheuttamasta säteilystä.
Olisi väärin uskoa, että tämä törmäys voi häiritä aurinkokunnan planeettojen kiertorataa. Vaikka on totta, että ohi kulkevien tähtien painovoima voi irrottaa planeettoja tähtienvälisessä tilassa, tähtien väliset etäisyydet ovat niin suuret, että todennäköisyys, että Linnunradan ja Andromedan törmäys aiheuttaa häiriöitä järjestelmään, annettujen tähtien lukumäärä on merkityksetön. Vaikka nämä tapahtumat voivat vaikuttaa aurinkokuntaan kokonaisuudessaan, aurinkoa ja planeettoja ei pidä häiritä.
Ajan myötä tähtitapaamisen kumulatiivinen todennäköisyys kasvaa, ja planeettojen häiriöistä tulee käytännössä väistämätöntä. Olettaen, että maailmankaikkeuden loppua julistavaa Big Crunch- tai Big Rip -skenaariota ei tapahdu, laskelmat osoittavat, että ohimennen tähtien painovoima on riisuttu kuolleen auringon kokonaan jäljellä olevista planeetoistaan miljoonalla miljardilla (10 15 ) vuodella. Tämä kohta merkitsee sitten "aurinkokunnan" loppua. Vaikka aurinko ja planeetat voivat selviytyä siitä, aurinkokunta lakkaa olemasta, kuten ymmärrämme.
Aurinkokunnan muodostumisen aikataulu määritettiin käyttämällä radiometristä dataa . Tutkijoiden arvion mukaan aurinkokunta on 4,6 miljardia vuotta vanha. Vanhin tunnettu kalliot on maapallolla ovat noin 4,4 miljardia vuotta vanha. Tämän ikäiset kivet ovat harvinaisia, koska maapallon pinta muuttuu jatkuvasti eroosion , tulivuoren ja levytektonisten vaikutusten vuoksi . Aurinkokunnan iän arvioimiseksi tutkijat käyttävät meteoriitteja , jotka muodostuivat aurinkosumun alkukondensaation aikana. Suurin osa meteoriiteista (ks. Canyon Diablo ) on päivätty 4,6 miljardia vuotta sitten, mikä viittaa siihen, että aurinkokunnan tulisi olla vähintään tuon ikäinen.
Muita tähtiä ympäröivien levyjen tutkimukset ovat myös mahdollistaneet aikataulun luomisen aurinkokunnan muodostumiselle. Yhden ja kolmen miljoonan vuoden ikäisillä tähdillä on runsaasti kaasua sisältäviä levyjä, kun taas yli 10 miljoonan vuoden ikäisten tähtien ympärillä olevilla levyillä ei ole lainkaan kaasua, mikä viittaa siihen, että ympärillä olevat jättiläiset kaasuplaneetat olivat muodostuneet.
Aurinkokunnan evoluution aikajärjestysHuomaa : Kaikki päivämäärät ja ajat tällä aikajanalla ovat likimääräisiä, ja ne tulisi ymmärtää vain indikaattoreina, jotka antavat suuruusluokan .
Vaihe | Kesto auringon muodostumisesta | Tapahtumat |
---|---|---|
Auringon esijärjestelmä | Miljardeja vuosia ennen aurinkokunnan muodostumista | Edellisten sukupolvien tähdet elävät ja kuolevat, suonensisäinen raskaiden alkuaineiden kohdalla tähtienvälinen aine , josta aurinkokuntamme syntyi |
~ 50 miljoonaa vuotta ennen aurinkokunnan muodostumista | Aurinkokunta muodostui tähtitarhassa, kuten Orionin sumu . Massiivisimmat tähdet muodostuivat myös siellä, elävät siellä elämänsä ja lopulta kuolevat supernovaräjähdyksessä . Supernova laukaisi sitten aurinkokunnan muodostumisen. | |
Auringon muodostuminen | 0 - 100 000 vuotta | Auringon esisumu muodostuu ja alkaa romahtaa itsestään. Sitten aurinko alkaa muodostua. |
100000-50 miljoonaa vuotta sitten | Aurinko on prototähti , kuten T Tauri . | |
100 000 - 10 miljoonaa vuotta sitten | Ulommat planeetat ovat muodostumassa. Kymmenen miljoonan vuoden kuluttua protoplaneettalevyn sisältämä kaasu on puhallettu pois, ja ulompien planeettojen muodostuminen on melkein täydellinen. | |
10–100 miljoonaa vuotta sitten | Maan planeetat ja kuu ovat muodostumassa. Valtavia vaikutuksia tapahtuu. Sitten vesi kerrostuu maapallolle. | |
Pääjärjestys | 50 miljoonaa vuotta | Aurinko tulee pääjärjestyksessä tähti . |
200 miljoonaa vuotta | Maapallon vanhimmat kivet ovat muodostumassa. | |
500-600 miljoonaa vuotta sitten | Resonanssi kiertoradat Jupiter ja Saturnus siirrä Neptunus osaksi Kuiperin vyöhyke . Suuri myöhäinen pommituksen tapahtuu Aurinkokunnan sisempi. | |
800 miljoonaa vuotta sitten | Vanhin tiedossa oleva elämänmuoto ilmestyy maapallolle. | |
4,6 miljardia vuotta | Tänään . Aurinko on edelleen tärkein sekvenssitähti, joka jatkuvasti kuumenee ja kirkastuu noin 10 prosentin nopeudella miljardin vuoden välein. | |
6 miljardia vuotta | Sunin asuttava vyöhyke siirtyy pois Maan kiertoradalla, mahdollisesti liukuva kuin Mars . | |
7 miljardia vuotta | Linnunrata ja Andromedan galaksi tulevat törmäyksen . On mahdollista, että tässä yhteydessä Andromeda vangitsee aurinkokunnan, ennen kuin galaksit sulautuvat kokonaan. | |
Pääsekvenssin jälkeinen jakso | 10 miljardista 12 miljardiin vuoteen | Aurinko alkaa polttaa vetyä sen ydintä ympäröivässä kuoressa ja päättää elämänsä pääsekvenssitähtinä. Aurinko alkaa seurata haara punaisia jättiläisiä on Hertzsprungin-Russellin kaavio , tulossa uskomattoman kirkas (tekijällä 2700 tai enemmän), leveämpi (säde 250 kertaa suurempi) ja kylmempi (Katse ylös 2600 K ): Sun on sitten punainen jättiläinen. Se imee elohopean ja lopulta Venuksen ja Maan. |
~ 12 miljardia vuotta | Auringosta tulee tähti, joka palaa heliumia vaakasuoralla haaralla, joka ylittää jättiläisten asymptoottisen haaran vaiheet . Sitten se menettää noin 30% massastaan kaikissa vaiheissa, jotka seuraavat pääjärjestystä. Jättiläisten asymptoottinen haara päättyy planeettasumun poistumiseen, jättäen auringon ytimen taakseen valkoisen kääpiön muodossa . | |
Auringon jäänteet | > 12 miljardia vuotta | Auringonvalkoinen kääpiö ei enää tuota energiaa, vaan kylmyy jatkuvasti ja saavuttaa lopulta mustan kääpiön tilan . |
~ miljoona miljardia vuotta (10 15 vuotta) | Aurinko jäähtyi 5 K: seen . Läheisten tähtien painovoima irrottaa planeetat kiertoradaltaan. Aurinkokunta lakkaa olemasta. |