700 millones de años: nuestro sistema solar tardó mucho en formarse. Poco tiempo en la escala del Universo. Pero todos los eventos clave para nuestra "familia solar" lograron suceder durante este tiempo. ¿Qué son?
Al principio había una nube
Todo comenzó hace unos 4 mil millones 600 millones de años. Fue entonces cuando una enorme nube de polvo molecular, flotando silenciosamente en la Vía Láctea, de repente comenzó a encogerse. Esto sucedió gracias a una supernova que estalló cerca, cuya onda de choque atravesó toda la nube y provocó un colapso gravitacional. Y la explosión de una estrella gigante llenó la nube de gas y elementos pesados: hierro y uranio, que luego se convirtieron en los ladrillos que componen el sistema solar.
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La compresión fue muy rápida. Además, la nube también giró. El hecho es que todo lo que nos rodea, incluida la galaxia, está en constante rotación. La rotación es parte de la física del colapso estelar. Cuando la gravedad surgió en la nube de gas y polvo, no solo comenzó a girar más rápido, sino que también se aplanó en un disco. En condiciones de rápida compresión y rotación caótica, el gas y el polvo comenzaron a compactarse en muchos grumos. Estos bultos no eran más que estrellas futuras.
Muy pronto, parte de esta nube se convertirá en un sistema solar fragmentado, en el centro del cual brillará una protoestrella brillante. Comenzará a absorber polvo y gas, que luego consistía en la nebulosa solar. La mayor parte de toda esta "basura" estará en las profundidades del Sol, y los planetas, satélites, asteroides e incluso nosotros mismos se formarán a partir de los escasos restos.
El sistema solar no fue el único "hijo" de una enorme nube de gas y polvo, al mismo tiempo sus "hermanos" - otros sistemas estelares - nacen con ella.
Lo mismo podemos observar hoy en la constelación de Orión, a través de la cual una nube molecular gigante se extiende cientos de años luz. En algunos lugares, se pueden ver estrellas jóvenes desde estos grupos, como bolas de discoteca gigantes, iluminando el gas circundante con todos los colores del arco iris.
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Nebula de Orión
Foto: NASA
Hoy existen dos enfoques para la formación de sistemas planetarios. Uno de ellos es el desarrollo de las ideas del científico soviético Viktor Safronov, el llamado modelo de acreción en el núcleo. Según este modelo, al principio se forma un cierto espacio en blanco del planeta, un embrión, un núcleo rocoso, sobre el que luego se acumula gas, y se forma un planeta gigante como Júpiter, Saturno u otros planetas gigantes. El segundo enfoque está asociado con intentos de explicar la formación de planetas en el disco protoplanetario mediante el mismo mecanismo que conduce a la formación de estrellas, es decir, la inestabilidad gravitacional. Si el disco es lo suficientemente masivo y hay mucha materia en él, se pueden formar algunas inhomogeneidades, que se comprimirán bajo la influencia de su propia gravedad. Si son lo suficientemente masivos, caerán hacia adentro,colapsar y convertirse en planetas masivos. En la comunidad científica, la primera, la teoría de Safronov de la formación de planetas, todavía tiene una ventaja.
Planethesimals
En su "infancia", el sistema solar no tenía planetas. El Sol en sí tampoco existía como tal; solo había una pequeña protoestrella, cuya luz era muy tenue debido al gas y el polvo acumulados a su alrededor. Sin embargo, los planetas se formarán muy rápidamente.
El material para su "fabricación" se dividió en varias "capas" dependiendo de las temperaturas del disco. Más cerca del proto-sol, a temperaturas superiores a los 2000 grados, todo se evaporó. A una distancia de 8 millones de km, había una línea de piedra donde se solidificaron metales y minerales. El siguiente límite generalmente se llama línea de nieve: este es el límite superior del sistema solar interior. El agua, el metano y el amoníaco existen aquí solo en forma de hielo. Pero, ¿por qué estamos hablando de estas sustancias? Es simple: la mayoría de ellos se encuentran en el sistema solar, especialmente en el agua. Todos estos son componentes del hidrógeno de una forma u otra, y el hidrógeno es el elemento más abundante en el sistema solar en ese momento.
Tanto estos como otros elementos están unidos por una cosa: todavía están aquí en forma de partículas microscópicas. Pero muy pronto, por acreción, comenzarán a atraerse entre sí y se convertirán en piedras y trozos de hielo, que, a su vez, también se atraerán entre sí. Forman piezas de piedra más o menos grandes (aproximadamente 1 km por 1,5 km), llamadas planetesimales. Este es el primer material de construcción a partir del cual los protoplanetas, los "embriones" de los planetas, se formarán en 3 millones de años.
Visión artística de la línea de nieve.
Foto: ESA
Gigantes de gas
Mientras tanto, los protoplanetas son de tamaño similar a la Luna. Chocando entre sí, forman grandes planetas. Los planetas del sistema solar interior (Mercurio, Venus, Tierra y Marte) resultaron ser pequeños, más pequeños que los exteriores, porque tenían menos material de construcción (más cerca de la estrella, donde hace suficiente calor debido a su radiación, el hielo no se puede condensar, no se puede condensar agua, amoníaco y otros gases en materia sólida, por lo que solo se pueden formar allí planetas pedregosos. Por lo tanto, estos planetas son menos masivos, porque hay menos materia disponible para su formación).
Literalmente, en 3 millones de años, aparece un gigante del sistema solar: el joven Júpiter helado. Antes de convertirse en un gigante gaseoso, Júpiter era una super-Tierra, un gran planeta rocoso con una masa varias veces mayor que la de la Tierra. Continuó creciendo, atrayendo nuevos protoplanetas hacia sí mismo. Debido a su masa, Júpiter se convirtió en un "ladrón gravitacional". Como una aspiradora espacial, absorbió todos los gases a su paso y en 100 mil años ha aumentado el 90% de su masa actual.
Otros planetas en el sistema solar exterior - Saturno, Urano y Neptuno - siguieron su ejemplo de "hooligan". Y aunque la mayoría de ellos no logró acumular una masa "muscular" tan convincente, ¡Júpiter y Saturno finalmente absorbieron el 92% de toda la materia no solar!
Gracias a la "glotonería" de estos dos gigantes, a más de 10 millones de años de existencia del joven sistema solar, casi todo el gas que contiene, en particular, el hidrógeno y el helio, por lo que Júpiter y Saturno crecieron tan rápido, se agotó. Su irreprimible "codicia", sin embargo, le hizo el juego a sus hermanos más "modestos". Después de todo, si Júpiter y Saturno no atrajeron todo el gas y el polvo, podríamos contemplar nuestro Sol solo como un disco difuso bastante tenue. Sin embargo, no pudieron: en ausencia de la luz solar normal, la vida en nuestro planeta difícilmente podría lograr tal variedad que aparecieran criaturas tan curiosas como el Homo sapiens. Sin embargo, el sol contribuyó a ello. Después de todo, continuó absorbiendo hidrógeno y helio, de lo contrario no habría crecido a este tamaño y permaneció como una protoestrella. Júpiter, por cierto, podría haberse convertido él mismo en una estrella,si tuviera una masa mucho mayor.
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El segundo nacimiento del sol
Nuestro Sol nació dos veces. La estrella de la que hemos hablado hasta ahora era solo un proto-sol. Al comienzo de su vida, el espectro de su luz era diferente. El protosun era tan enérgico como ahora, pero más rojo. A la edad de 50 millones de años, ocurre un evento significativo con el sistema solar: nuestra estrella alcanza una temperatura y presión críticas, y comienza una reacción nuclear en su núcleo. Con la energía de una bomba de hidrógeno, nuestro protosun explota y nace una nueva estrella en toda regla.
Planetas internos
El sol estaba maduro y los formados Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno volaron sobre la línea de nieve. Mientras tanto, en la región interior caliente, donde había muchas rocas y poco gas, se creó el caos a medida que pequeños protoplanetas seguían chocando y creciendo.
La formación de los planetas interiores del sistema solar duró 10 veces más que la formación de gigantes gaseosos. Después de 75 millones de años, este proceso ha llegado a su fin. El polvo de estas "batallas" se dispersó, y los contornos de los cuatro planetas interiores (Mercurio, Venus, Tierra y Marte) emergieron de las profundidades del espacio.
La infancia de nuestra Tierra, sin embargo, fue difícil. En el momento en que la proto-tierra alcanzó su tamaño actual y tomó una órbita estable, tenía un perseguidor espacial. Se cree que en las etapas iniciales de desarrollo, la Tierra estuvo acompañada por otro protoplaneta: Thea. Tenía casi la misma órbita que la Tierra. Ella literalmente siguió sus talones. No es de extrañar que tal "control" tarde o temprano tuvo que resultar en un feroz "conflicto": los planetas chocaron. Y nuevamente, los grandes desastres se convirtieron en una gran creación, a partir de los escombros de Thea y la Tierra misma, un satélite, se formó la Luna (lea sobre esto en el último número de la revista en el artículo "Historia de la Tierra en 30 minutos"). Habiendo sobrevivido al cataclismo y formado la Luna, la Tierra se ha convertido en uno de los planetas más estables del sistema solar interior. Esta es probablemente otra razónpor qué la vida apareció en él (al menos, tan diversa).
Anillo de asteroides y cinturón de Kuiper
Parecería que la formación de los planetas terminó, pero entre Marte y Júpiter hasta el día de hoy hay un anillo que debería haberse convertido en otro planeta hace mucho tiempo. Pero su nacimiento es imposible: el "destino de villano" en la forma del gigante Júpiter no le permite formarse: la fuerza gravitacional del planeta gaseoso empuja constantemente a los asteroides juntos y evita que se atraigan entre sí.
Más cerca del borde del sistema solar, más allá de la órbita de Neptuno, hay otro anillo de asteroides: el cinturón de Kuiper. Contiene muchas rocas y hielo, pero todos vuelan tan lejos unos de otros que casi nunca chocan, por lo que no forman planetas.
Los objetos del cinturón principal se muestran en verde, el disco disperso, en naranja. Los cuatro planetas exteriores están resaltados en azul, los asteroides troyanos de Neptuno en amarillo y Júpiter en rosa. La aparición del hueco en la parte inferior de la figura se debe a la presencia de la franja de la Vía Láctea en esta zona, ocultando objetos tenues
Además del anillo de asteroides y el cinturón de Kuiper, también hay una región esférica hipotética en el sistema solar llamada nube de Oort. Es ella quien, según muchos investigadores, es considerada la "patria" de los cometas de larga duración. Y aunque la existencia de la nube de Oort no está confirmada instrumentalmente, muchos datos indirectos indican su existencia. Se cree que la nube de Oort es el remanente del disco protoplanetario original que se formó alrededor del Sol hace unos 4.600 millones de años. La hipótesis generalmente aceptada es que los objetos de la Nube de Oort se formaron originalmente mucho más cerca del Sol en el mismo proceso en el que se formaron los planetas y asteroides, pero la interacción gravitacional con planetas gigantes jóvenes como Júpiter arrojó estos objetos en órbitas elípticas o parabólicas extremadamente alargadas. …
Bombardeo pesado tardío
Sin embargo, 50 millones de años después del nacimiento del sistema solar, había 100 veces más cuerpos en el cinturón de Kuiper y el anillo de asteroides que en la actualidad. Todos ellos han jugado un papel destructivo pero muy importante en la evolución de los planetas interiores rocosos, incluida nuestra Tierra.
La causa del drama, sin embargo, fueron los gigantes gaseosos, cuyas órbitas desplazadas casi destruyeron el sistema solar. Cuando Júpiter entró en resonancia con Saturno, surgió la excitación gravitacional y ocurrió una catástrofe: los planetas se dispersaron por todo el sistema solar. Dos planetas, Neptuno y Urano, fueron los que más sufrieron. Sus órbitas se invierten.
La resonancia Júpiter-Saturno ha adelgazado por completo tanto el cinturón de asteroides como el cinturón de Kuiper. El 99% de los cuerpos en los cinturones de asteroides y Kuiper se dispersaron, la mayoría de ellos fuera del sistema solar. Pero algunos entraron. La tierra, como otros planetas rocosos, estaba en la línea de fuego. Este evento se conoce como el bombardeo pesado tardío. Pero el principio de "ningún lado positivo" funcionó nuevamente. Muchos científicos creen que fueron precisamente estos bombardeos los que podrían traer agua a la Tierra y, al mismo tiempo, minerales y sustancias orgánicos a partir de los cuales se desarrolló la vida más tarde.
Desde entonces, hasta donde sabe la ciencia moderna, no ha habido cataclismos serios en el sistema solar. Muchos generalmente lo consideran atípico en comparación con otros sistemas similares precisamente por su estabilidad. ¿Somos especiales? …
El sistema solar debería existir durante otros 5 mil millones de años, hasta que la reacción termonuclear en el interior del sol se detenga y se expanda. Cuando esto suceda, se convertirá en una gigante roja y se tragará a Mercurio, Venus y posiblemente nuestra Tierra. Pero incluso si nuestro planeta escapa a este destino, la vida en él se volverá completamente imposible debido a la proximidad del Sol gigante. La zona habitable se desplazará hasta los mismos bordes del sistema planetario. Sin embargo, debido al área de superficie extremadamente aumentada, el Sol será una estrella mucho más fría que antes. Después de eso, nuestro sistema enfrentará una tragedia aún mayor: el Sol comenzará a encogerse nuevamente. Esto continuará hasta que se convierta en una enana blanca, un núcleo estelar, un objeto inusualmente denso, la mitad de la masa original de la estrella, pero solo del tamaño de la Tierra. El proceso de "morir" del Sol, como todo lo demás en este mundo, comenzó en el momento de su nacimiento. A medida que el sol quema sus reservas de combustible de hidrógeno, la energía liberada para sostener el núcleo tiende a agotarse, lo que hace que la estrella se contraiga. Esto aumenta la presión en su interior y calienta el núcleo, acelerando así la combustión del combustible. Como resultado, el Sol se ilumina alrededor del diez por ciento cada 1.100 millones de años y se iluminará otro 40% durante los próximos 3.500 millones de años. Como resultado, el Sol se ilumina aproximadamente un diez por ciento cada 1.100 millones de años y se iluminará otro 40% durante los próximos 3.500 millones de años. Como resultado, el Sol se ilumina aproximadamente un diez por ciento cada 1.100 millones de años y se iluminará otro 40% durante los próximos 3.500 millones de años.
