kosmogoni.html
© J Westman 1998, 2005, 2006, 2011


Så uppstår solsystem.

Det verkar vara nånting rätt naturligt att stjärnor får ett planetsystem då de bildas. Astronomerna upptäcker planeter runt andra stjärnor och kan även iaktta förstadier till hur solsystem uppstår. Så vad hände när vårt solsystem uppstod ?



jw12.12 1998, Senastuppdat 7.11 2006, 24.12 2011

Tidigare sa man att stjärnor - det är något som lyser av sig själva – planeter är sådant som kretsar kring Solen och vi ser dom därför att de återkastar solljus.
   Idag (1998)kan vi också göra skillnad mellan stjärnor och planeter i deras uppkomst. Stjärnor är de stora massanhopningarna som uppstår då delar av interstellära gasmoln drar sig samman. Planeter: det är resterna av en delprocess, en följd av att stjärnor uppstår.

   Från 1700-talet kunde man spekulera i annat än gudomlig skapelse. År 1755 föreslog filosofen Immanuel Kant och sedan 40 år senare matematikern Pierre Simon, markis de Laplace varsin teori om att solsystemet har uppkommit genom att en virvlande gasmassa först plattade till sig till en skiva med en koncentration i centrum och ur den skivan uppstod solen ur klumpen i mitten och planeterna efterhand som gas- och stoftskivans yttre delar svalnade.~ Vid det laget hade astronomerna upptäckt dimmiga saker nebulosor, och en del av dem såg ut som just sånahär planetsystem i vardande. Nebulosorna gav namn åt Kants och Laplaces funderingar: nebulosa-teorin.

Nebulosateorin
  Sanningen uppdagades först mer än 100 år senare. Nu vet vi att många av de skivor som skymtade i dåidens teleskop inte alls är enskilda stjärnor utan hela Vintergatssystem.

Nebulosateorin var emellertid förkastad vid det laget, den var en fin teori men där fanns ett krux: nånting som heter rotationsmoment. Mängden rotationsenergi var fel fördelad. Solen, som innehåller 99,85 procent av all massa i solsystemet besdatt bara 2 % avrotationsmomentet, medan planeterna, bara 0,14 % av massan, hade 98 procent avrotationsmomentet.

Hur detdär är möjligt kunde inte Kants och Laplaces teorier förklara, och kring 1900 kom en rad katatstrof-teorier. De hade också föregångare från 1700-talet: Georges Louis Leclerc, greve de Buffon föreslog 1745, ren tio år före Kant kom med sin nebulosa-teori, att planet-materialet hade slagits ut ur solen genom en kollision med nån annan himlakropp. Det förklarade rotationsmomentet också.

Den amerikanske geologen Thomas Chrowder Chamberlin föreslog år 1900 att en passerande stjärna drog ut material ur solen - dethär materialet svalnade och klumpade ihop sig till småkroppar - som Chamberlin kallade "planetesimaler", namnet är härlett från "infinitesimaler" emedan de äro pyttesmå men nästan oändligt många - och dehär planet-frö-na i sin tur klumpades till asteroidstora kroppar, som till slut samlades till planeter.

Den brittiske matematikern Sir James Hopwood Jeans utvecklade teorin vidare år 1917, han la fram hur en förbipasserande stjärna drog ut ett cigarrformat moln ur Solen.

I astronomiböcker från tjugo och trettitralen förekommer en bild av det här - man avbildar solen och sen cigarren med de små planeterna Merkurius Venus Jorden och Mars i cigarrens tunna ända nära solen och storplaneterna Jupiter och Saturnus i mitten, de lite mindre gasgiganterna Uranus och Neptunus längst ute.
   Det var bara det att en sådanhär stjärn-passage skulle vara en mycket sällsynt katatstrof - om den teorin var riktig skulle det inte finnas många planetsystem i Vintergatan om några alls.

Gas- och stoftmoln till stjärnor
   Kants och Laplaces gasmolnsteorier fick Törnrosakyssen av den tyske astronomen Carl Friedrich von Weiszäcker - vars bror sedermera blev västtysk president - von Weiszäcker publicerade 1944 sin ny-version och där handlade det om att materialet i ett kollapsande gas och stoftmoln bildade virvlar, som kunde ge upphov till sammanklumpningar. Problemet med rörelsemomentet kunde också lösas: dels genom att den unga solen alldeles uppenbart förlorade materia - det såg man att unga stjärnor gjorde – också mängder av gas som nog kollapsade men inte samlades till planeterna.

Då borde man ju kunna upptäcka solsystem i tillblivelse så att säja - och det har skett i vår tid, när astronomerna kunde placera instrument utanför den störande jordatmosfären.

År 1983 upptäckte man med den första infraröd-satelliten IRAS att sommarhimlens klart lysande stjärna Vega har ett överskott av så att säja kall värmestrålning, som är ett tecken på stoft runt stjärnan. Ett sådant överskott vid Vega hade upptäckts redan sårtionden tidigare vid infrarödobservationer pså Mauna Kea, upptäckten blev även publicerad men lämnades utan avseende.

År 1984 avbildades en första stoftskiva runt stjärnan Beta Pictoris . och när astronomerna för några år sedan riktade in rymdteleskopet HST mot de stora gas- och stoftmolnen i stjärnbilden Orion, fann man stora mängder av stjärnor med stoft-skivor kring sig. Om några miljoner år kommer det att finnas planeter där.

Sedan år 1995 har man indikationer på planeter kring många andra stjärnor - visserligen de mest udda dvs stora som Jupiter eller mer, och nära moderstjärnan - men ändå. Processer som ger upphov till planeter måste vara vanliga - i själva verket nånting som sker varje gång en stjärna uppstår. Vad det sen blir är en annan sak

Hurudant är det stoff som solsystem göras av? Jo, ursprungligen är det ett moln av mest gas, väte och helium, med lite anrikning av stoft, några procent tyngre grundämnen. Alla grundämnen som är tyngre än väte och helium har bildats inuti generationer av stjärnor.

Under Universums sådär 14 miljarder år har halten grundämnen som är tyngre än väte och helium stigit till omkring 4 procent. Den här stoft-anrikade gasen är ur jordisk synvinkel ytterst tunn – tiotusen molekyler per kubikcentimeter, vilket motsvarar densiteten på ungefär tretusen kilometer över jordytan - men i kosmiska mått tiotusenfalt medeldensiteten.
  Molnet är kallt, bara kanske tio till femti grader över absoluta nollpunkten. Gasen virvlar oregelbundet omkring - men då och då förtätas den av chockvågor från tunga stjärnor som exploderar som supernovor. Och då kan den kollapsa och stjärnor bildas.

  Stjärnor och sten.
  Det finns varuprover från solsystemets begynnelse i laboratorierna. Månen gav inte de ursprungliga varuprover man hade hoppats på, men vid samma tid – slutet av sextitalet och början av sjuttitalet - fick vetenskapen tillgång till mycket ursprungliga meteoriter som föll ner på jorden och genast togs tillvara. Det var stenmeteoriter som kallas kondriter därför att de innehåller stoftklumpar, kondruler - och det är ursprungligt stoftmaterial

Man kan åldersbestämma det här materialet med den såkallade radioaktiva klockan - olika radioaktiva moderämnen sönderfaller vart och ett i sin egen takt och lämnar efter sig dotterämnen. Då man mäter den mängd dotterämne som har uppstått jämfört med moderämnet, så vet man när dom inneslöts i provet. Och meteoriterna visar att kondrulstenen kondenserades för drygt fyra och en halv miljarder år sedan. Så gammalt är solsystemet alltså.
   Nu har materialet i rymd-molnet från början en svag virvelrörelse och i kollapsen förstärks den här rörelsen - som när en konståkare på isen gör sin piruett och drar in armarna mot kroppen och börjar snurra snabbare. Material som faller in hamnar i satellitbanor och bildar en såkallad uppsamlingsskiva.

Det kommer in material ovanifrån och nedanifrån rotationsplanet, det kolliderar i rotationsplanet och bromsas upp - energin avgår som värmestrålning. Endel faller in i centrum - riktigt hur är inte klart - och en del sprutar ut ur hela systemet längs rotationsaxlarna - astronomerna iakttar dethär som dubbelsidiga utlåsningsströmmar.- det som blir kvar i den roterande skivan bibehåller rörelsemomentet. Det tar bara en miljon år för uppsamlingsskivan att bildas, och sedan kommer följande skede i utvecklingen till planeter - det kommer att ta omkring 10 miljoner år.

Planeterna blir till.
   Vad har vi nu att tillgå efter att uppsamlignsskivan har bildats. Jo, av varje tusen kilogram material i uppsamlingsskivan är 984 kg väte och helium som gas. 11 kg kilogram består av diverseslag av is - fruset vatten, frusen koldioxid, metan och endel annat. Knappt 5 kg av 1 000 kg är stenmaterial och metaller, som kisel, kalcium, aluminium, magnesium och järn.
   Is sten och metall bildar små korn, smutsiga snöflingor om man så vill – dom är inte mer än en tiotusendels millimeter stora, och en del av det materialet förblev långt ute från centrum och lite finns kvar, det har klumpat ihop sig till det som vi ser som kometkärnor. Tror vi.

I centrum av uppsamlingsskivan är det hett. Solen har ännu inte tänt, men det instörtande materialet hettas upp av friktion och av att det stoppas upp. Värmestrålningen från centrum påverkar materialet omkring. Man kan skilja på tre zoner, en het zon längst inne, en kall zon däromkring och en mycket kall längst ute.

Längst inne är det så hett att alla gaser kokar bort och det mesta av is-materialet övergår också till gas. Det leder också till en kemisk fraktionering - Jorden har tillexempel mist fyra femtedelar av den mängd av grundämnet natrium vi borde ha - därför att natrium hör till de mera flyktiga ämnena som kokades bort ur materialet på vårt avstånd från solen. Gaserna strömmar utåt - från högre mot lägre tryck till en början, och i slutändan, efter tio miljoner år, pådriven av den direkta solstrålningen när solen tänder på allvar.
   Kvar blir en svärm stoftkorn, och eftersom de alla rör sig i banor som ligger mycket nära varann fastnar de i varann då de törnar samman, och de börjar bilda större klumpar.

Riktigt hur det kommer sig att de mikroskopiska klumparna växer till sig till lite större klumpar är inte riktigt klart - det är först då de får diametrar på nån kilometer som deras egengravitation börjar hålla dom samman.

~ Det som sker nu sker med bibliska förtecken. Åt dem som ha skall vara givet och åt dem som inte har ska det lilla de har tas bort. Datasimulationer visar att det bara behövs sådär tjugotusen år för att det ur miljoner kilometerstor esimaler ska uppstå hundratals kroppar som är ungefär lika stora som vår måne. Sen blir det svårare att datasimulera, kollisionerna är inte längre statistik utan slumpmässiga enskilda händelser.

Vår måne uppstår genom en sån slump. I alla fall är de inre planeterna så gott som färdigvuxna 10 miljoner år efter att uppsamlingsskivan hade bildats. Sen tar det ännu hundratals miljoner år innan resterna av planetbyggnationen har sopats upp och det jobbet är inte ännu helt avslutat.

Längre ut blir is-materialet kvar och klumparna växer i rasande fart. Här kommer jätteplaneterna Jupiter och Saturnus att uppstå, för de samlar också på sig av gaserna så snart kärnorna av sten och is börjar få tillräcklig egengravitation. Den uppsopningen slutar då solen tänder och driver ut den gas som finns kvar.

Jupiter dominerar sitt område av rymden så att ingen egentlig planet kommer åt att bildas ännu halvvägs från Jupiter in mot solen - där finns bara ett bälte småkroppar -asteroiderna.

Ännu längre ut går tillväxten långsammare igen för därute avtar skivans densitet och kollisionerna mellan is- och stoftpartiklarna blir mera ovanliga. Två medelstora gasjättar - Uranus och Neptunus uppstår men mycket material blir kvar som kometer, de flesta i ett moln långt utanför planeterna, Oort's moln, och som ett bälte av lite större småkroppar närmare intill men ändå utanför de stora gas-planeternas banor, Kuipers bälte. Det är först under 1900-taletst sista årtionde astronomerna har börjat upptäcka Kuiper-bältesasteroiderna. De fanns de som ansåg att Pluto-Charon bara är att betrakta som den största av dem, för Pluto-banan är typisk för dehär objekten, och man tyckte att den ligger mitt i bältet! Även den lilla trösten hade vikit 2005, för då upptäktes den första av de Kuiper-objekt som är större än Pluto. Pluto ligger i bältets innerkant och har en för Kuiperobjekt moderat excentrisk bana. Och efter augusti 2006 räknas Pluto inte längre som "egentlig planet".


Se även Gas, is och sten

Skicka kommentarer till juhaniwestman@gmail.com
Tillbaka till första astro-sidan.
Tillbaka till paradsidan.