700 millions d'années - il en a fallu beaucoup pour que notre système solaire se forme. Un peu de temps à l'échelle de l'Univers. Mais tous les événements clés de notre «famille solaire» ont réussi à se produire pendant cette période. Que sont-ils?
Au début il y avait un nuage
Tout a commencé il y a environ 4 milliards 600 millions d'années. C'est alors qu'un énorme nuage de poussière moléculaire, flottant tranquillement dans la Voie lactée, a soudainement commencé à rétrécir. Cela s'est produit grâce à une supernova qui s'est enflammée à proximité, dont l'onde de choc a traversé tout le nuage et a provoqué un effondrement gravitationnel. Et l'explosion d'une étoile géante a rempli le nuage de gaz et d'éléments lourds - du fer et de l'uranium, qui sont ensuite devenus les briques qui composent le système solaire.
La compression a été très rapide. De plus, le nuage a également tourné. Le fait est que tout ce qui nous entoure, y compris la galaxie, est en rotation constante. La rotation fait partie de la physique de l'effondrement stellaire. Lorsque la gravité est apparue dans le nuage de poussière de gaz, elle a non seulement commencé à tourner plus rapidement, mais s'est également aplatie en un disque. Dans des conditions de compression rapide et de rotation chaotique, le gaz et la poussière ont commencé à se compacter en de nombreux morceaux. Ces morceaux n'étaient rien de plus que de futures étoiles.
Très bientôt, une partie de ce nuage deviendra un système solaire fragmenté, au centre duquel brillera une proto-étoile brillante. Il commencera à absorber la poussière et le gaz, qui étaient alors constitués de la nébuleuse solaire. La plupart de tous ces «déchets» seront dans les profondeurs du Soleil, et les planètes, les satellites, les astéroïdes et même nous-mêmes sont formés à partir des rares restes.
Le système solaire n'était pas le seul «enfant» d'un énorme nuage de gaz et de poussière, en même temps ses «frères» - d'autres systèmes stellaires - sont «nés» avec lui.
On peut observer la même chose aujourd'hui dans la constellation d'Orion, à travers laquelle un nuage moléculaire géant s'étend sur des centaines d'années-lumière. À certains endroits, de jeunes étoiles peuvent être vues de ces amas, comme des boules disco géantes, illuminant le gaz environnant de toutes les couleurs de l'arc-en-ciel.
Vidéo promotionelle:
Nébuleuse d'Orion
Photo: NASA
Aujourd'hui, il existe deux approches de la formation des systèmes planétaires. L'un d'eux est le développement des idées du scientifique soviétique Viktor Safronov, le soi-disant modèle d'accrétion sur le noyau. Selon ce modèle, dans un premier temps un certain blanc de la planète se forme, un embryon, un noyau rocheux, sur lequel le gaz s'accumule ensuite, et une planète géante comme Jupiter, Saturne ou d'autres planètes géantes se forme. La seconde approche est associée aux tentatives d'expliquer la formation des planètes dans le disque protoplanétaire par le même mécanisme qui conduit à la formation d'étoiles, c'est-à-dire l'instabilité gravitationnelle. Si le disque est suffisamment massif et qu'il contient beaucoup de matière, des inhomogénéités peuvent se former, qui seront compressées sous l'influence de leur propre gravité. S'ils sont assez massifs, ils tomberont vers l'intérieur,s'effondre et se transforme en planètes massives. Dans la communauté scientifique, la première, la théorie de Safronov sur la formation des planètes, présente toujours un avantage.
Planéthésimaux
Dans son «enfance», le système solaire n'avait pas de planètes. Le Soleil lui-même, en tant que tel, n'existait pas non plus - il n'y avait qu'une petite proto-étoile, dont la lumière était très faible en raison du gaz et de la poussière accumulés autour de lui. Cependant, les planètes se formeront très rapidement.
Le matériau pour leur «fabrication» était divisé en plusieurs «couches» en fonction des températures du disque. Plus près du protosun, à des températures supérieures à 2 mille degrés, tout s'est évaporé. À une distance de 8 millions de km, il y avait une ligne de pierre où métaux et minéraux se solidifiaient. La limite suivante est généralement appelée la ligne de neige - c'est la limite supérieure du système solaire interne. L'eau, le méthane et l'ammoniac n'existent ici que sous forme de glace. Mais pourquoi parlons-nous de ces substances? C'est simple - il y en a la plupart dans le système solaire, en particulier l'eau. Ce sont tous des composants de l'hydrogène sous une forme ou une autre, et l'hydrogène est l'élément le plus abondant du système solaire à ce moment-là.
Ces deux éléments et d'autres sont unis par une chose - ils sont toujours là sous la forme de particules microscopiques. Mais très bientôt, par accrétion, ils commenceront à être attirés les uns vers les autres et ils se transformeront en pierres et en morceaux de glace, qui, à leur tour, s'attireront également ensemble. Ils forment des morceaux de pierre plus ou moins gros (environ 1 km sur 1,5 km), appelés planétésimaux. C'est le premier matériau de construction à partir duquel les protoplanètes, les «embryons» des planètes, se formeront dans 3 millions d'années.
Vision artistique de la ligne de neige
Photo: ESA
Géantes gazeuses
En attendant, les protoplanètes sont de taille similaire à la Lune. En collision les uns avec les autres, ils forment de grandes planètes. Les planètes du système solaire interne - Mercure, Vénus, Terre et Mars - se sont révélées petites, plus petites que les planètes extérieures, car elles avaient moins de matériaux de construction (plus près de l'étoile, où elle est assez chaude en raison de son rayonnement, la glace ne peut pas se condenser, ne peut pas se condenser l'eau, l'ammoniac et d'autres gaz en matière solide, donc seules des planètes pierreuses peuvent s'y former. Par conséquent, ces planètes sont moins massives, car moins de matière est disponible pour leur formation).
Littéralement dans 3 millions d'années, un géant du système solaire apparaît - le jeune Jupiter gelé. Avant de devenir une géante gazeuse, Jupiter était une super-terre - une grande planète rocheuse d'une masse plusieurs fois supérieure à celle de la Terre. Il a continué à se développer, attirant de plus en plus de protoplanètes vers lui-même. En raison de sa masse, Jupiter est devenu un "voleur gravitationnel". Comme un aspirateur spatial, il a absorbé tous les gaz sur son passage et en 100 mille ans a augmenté de 90% de sa masse actuelle.
D'autres planètes du système solaire externe - Saturne, Uranus et Neptune - ont suivi son exemple de "hooligan". Et bien que la plupart d'entre eux n'aient pas réussi à accumuler une masse "musculaire" aussi convaincante, Jupiter et Saturne ont finalement absorbé 92% de toute la matière non solaire!
Grâce à la «gourmandise» de ces deux géants, pendant les 10 millions d'années d'existence du jeune système solaire, presque tout le gaz qu'il contient, en particulier l'hydrogène et l'hélium, grâce auxquels Jupiter et Saturne ont grandi si vite, s'est épuisé. Leur irrépressible «avidité», cependant, a joué entre les mains de leurs frères plus «modestes». Après tout, si Jupiter et Saturne n'attiraient pas tout le gaz et la poussière, nous ne pourrions contempler notre Soleil que comme un disque flou plutôt sombre. Cependant, ils ne pouvaient pas - en l'absence de lumière solaire normale, la vie sur notre planète aurait difficilement pu atteindre une telle variété que des créatures aussi curieuses que l'Homo sapiens y apparaissent. Le soleil, cependant, y a contribué lui-même. Après tout, il a continué à absorber l'hydrogène et l'hélium, sinon il n'aurait pas atteint cette taille et est resté une proto-étoile. Jupiter, en passant, aurait pu devenir une étoile lui-même,s'il avait une masse beaucoup plus grande.
La deuxième naissance du soleil
Notre Soleil est né deux fois. L'étoile dont nous avons parlé jusqu'à présent n'était qu'un proto-soleil. Au début de sa vie, le spectre de sa lumière était différent. Le protosun était aussi énergique qu'il l'est maintenant, mais plus rouge. À l'âge de 50 millions d'années, un événement important se produit avec le système solaire: notre étoile atteint une température et une pression critiques et une réaction nucléaire commence dans son noyau. Avec l'énergie d'une bombe à hydrogène, notre protosun explose et une nouvelle étoile à part entière est née.
Planètes intérieures
Le soleil était mûr et Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune formés ont survolé la ligne de neige. Pendant ce temps, dans la région intérieure chaude, où il y avait beaucoup de roches et peu de gaz, le chaos a été créé alors que de minuscules protoplanètes continuaient à entrer en collision et à se développer.
La formation des planètes intérieures du système solaire a duré 10 fois plus longtemps que la formation des géantes gazeuses. Après 75 millions d'années, ce processus a pris fin. La poussière de ces «batailles» s'est dissipée et les contours de quatre planètes intérieures - Mercure, Vénus, Terre et Mars - ont émergé des profondeurs de l'espace.
L'enfance de notre Terre a cependant été difficile. Au moment où la proto-terre atteignait sa taille actuelle et prenait une orbite stable, elle avait un poursuivant spatial. On pense que dans les premiers stades de développement, la Terre était accompagnée d'une autre protoplanète - Thea. Il avait presque la même orbite que la Terre. Elle a littéralement suivi ses talons. Il n'est pas surprenant qu'un tel «contrôle» ait tôt ou tard abouti à un «conflit» féroce - les planètes sont entrées en collision. Et encore une fois, de grandes catastrophes se sont transformées en une grande création - à partir des fragments de Thea et de la Terre elle-même, un satellite - la Lune s'est formée (lire à ce sujet dans le dernier numéro du magazine dans l'article "Histoire de la Terre en 30 minutes"). Ayant survécu au cataclysme et formé la Lune, la Terre est devenue l'une des planètes les plus stables du système solaire interne. C'est probablement une autre raisonpourquoi la vie y est apparue (du moins, si diversifiée).
Anneau d'astéroïdes et ceinture de Kuiper
Il semblerait que la formation des planètes soit terminée, mais entre Mars et Jupiter à ce jour, il y a un anneau qui aurait dû se transformer en une autre planète il y a longtemps. Mais sa naissance est impossible - la «méchanceté-destin» sous la forme du géant Jupiter ne lui permet pas de se former: la force gravitationnelle de la planète gazeuse pousse constamment les astéroïdes ensemble et les empêche d'être attirés les uns vers les autres.
Plus près du bord du système solaire, au-delà de l'orbite de Neptune, se trouve un autre anneau d'astéroïdes - la ceinture de Kuiper. Il y a beaucoup de roches et de glace dedans, mais ils volent tous si loin les uns des autres qu'ils ne se heurtent presque jamais, donc ils ne forment pas de planètes.
Les objets de la ceinture principale sont représentés en vert, le disque dispersé - en orange. Les quatre planètes extérieures sont surlignées en bleu, les astéroïdes troyens de Neptune en jaune et Jupiter en rose. L'apparition de l'écart en bas de la figure est due à la présence de la bande de la Voie lactée dans cette zone, cachant des objets faibles
En plus de l'anneau d'astéroïdes et de la ceinture de Kuiper, il existe une région sphérique hypothétique dans le système solaire appelée le nuage d'Oort. C'est elle qui, selon de nombreux chercheurs, est considérée comme la «patrie» des comètes de longue période. Et bien que l'existence du nuage d'Oort ne soit pas confirmée de manière instrumentale, de nombreuses données indirectes indiquent son existence. On pense que le nuage d'Oort est le vestige du disque protoplanétaire original qui s'est formé autour du Soleil il y a environ 4,6 milliards d'années. L'hypothèse généralement acceptée est que les objets Oort Cloud se sont formés à l'origine beaucoup plus près du Soleil dans le même processus que les planètes et les astéroïdes ont été formés, mais l'interaction gravitationnelle avec de jeunes planètes géantes telles que Jupiter a jeté ces objets sur des orbites elliptiques ou paraboliques extrêmement allongées. …
Bombardement lourd tardif
Cependant, 50 millions d'années après la naissance du système solaire, il y avait 100 fois plus de corps dans la ceinture de Kuiper et l'anneau d'astéroïdes qu'aujourd'hui. Tous ont joué un rôle destructeur mais très important dans l'évolution des planètes internes rocheuses, y compris notre Terre.
La cause du drame, cependant, était alors les géantes gazeuses, dont les orbites déplacées ont presque détruit le système solaire. Lorsque Jupiter est entré en résonance avec Saturne, une excitation gravitationnelle s'est produite et une catastrophe s'est produite - les planètes se sont dispersées à travers le système solaire. Deux planètes, Neptune et Uranus, ont le plus souffert. Leurs orbites sont inversées.
La résonance Jupiter-Saturne a complètement éclairci à la fois la ceinture d'astéroïdes et la ceinture de Kuiper. 99% des corps des ceintures d'astéroïdes et de Kuiper se sont dispersés, la plupart d'entre eux se trouvant à l'extérieur du système solaire. Mais certains sont entrés à l'intérieur. La terre, comme les autres planètes rocheuses, était dans la ligne de feu. Cet événement est connu comme le bombardement lourd tardif. Mais le principe du «pas de doublure» a de nouveau fonctionné. De nombreux scientifiques pensent que ce sont précisément ces bombardements qui pourraient amener de l'eau sur Terre, et en même temps des minéraux et des substances organiques à partir desquels la vie s'est développée plus tard.
Depuis lors, à la connaissance de la science moderne, il n'y a pas eu de cataclysme sérieux dans le système solaire. Beaucoup le considèrent généralement comme atypique par rapport à d'autres systèmes similaires précisément en raison de sa stabilité. Sommes-nous spéciaux?..
Le système solaire devrait exister pendant encore 5 milliards d'années - jusqu'à ce que la réaction thermonucléaire à l'intérieur du soleil s'arrête et se dilate. Lorsque cela se produit, il se transforme en une géante rouge et avale Mercure, Vénus et peut-être notre Terre. Mais même si notre planète évite ce destin, la vie y deviendra totalement impossible en raison de la proximité du soleil géant. La zone habitable se déplacera jusqu'aux bords mêmes du système planétaire. Cependant, en raison de la surface extrêmement accrue, le Soleil sera une étoile beaucoup plus froide qu'auparavant. Après cela, notre système fera face à une tragédie encore plus grande: le Soleil recommencera à rétrécir. Cela continuera jusqu'à ce qu'il se transforme en une naine blanche - un noyau stellaire, un objet inhabituellement dense de la moitié de la masse d'origine de l'étoile, mais seulement de la taille de la Terre. Le processus de «mort» du Soleil, comme tout le reste de ce monde, a commencé au moment de sa naissance. Au fur et à mesure que le soleil brûle ses réserves d'hydrogène, l'énergie libérée pour soutenir le noyau a tendance à s'épuiser, provoquant la contraction de l'étoile. Cela augmente la pression à l'intérieur et réchauffe le noyau, accélérant ainsi la combustion du carburant. En conséquence, le Soleil s'éclaircit d'environ 10% tous les 1,1 milliard d'années et égayera encore 40% au cours des 3,5 milliards d'années à venir. En conséquence, le Soleil s'éclaircit d'environ 10% tous les 1,1 milliard d'années, et égayera encore 40% au cours des 3,5 milliards d'années à venir. En conséquence, le Soleil s'éclaircit d'environ 10% tous les 1,1 milliard d'années, et égayera encore 40% au cours des 3,5 milliards d'années à venir.