اگرچه سیارات ستارگان خود را در کهکشان احاطه کرده اند، اما نحوه شکل گیری آن ها همچنان موضوع بحث دانشمندان است. علی رغم وجود چندین سیاره در منظومه شمسی ما، دانشمندان هنوز در مورد چگونگی به وجود آمدن سیارات اطمینان ندارند. در این مقاله به بررسی این سؤال که زمین چگونه شکل گرفت می پردازیم.
تئوری های مطرح شده درباره نحوه شگل گیری زمین
در حال حاضر دو نظریه مطرح و مهم درباره این سوال که زمین چگونه شکل گرفت، وجود دارد.
اولین و به طور گسترده ای پذیرفته شده ترین نظریه، افزایش هسته نام دارد. این نظریه در مورد نحوه شکل گیری زمین و سیارات سنگی مانند زمین به خوبی کار می کند اما در توجیه شکل گیری سیارات غول پیکر مشکل دارد.
نظریه مطرح دوم، بی ثباتی دیسک نام دارد. که ممکن است توجیهی باشد بر نحوه تشکیل و ایجاد سیارات غول پیکر.
دانشمندان هم چنان در تلاش هستند تا به درک دقیق تری از این نظریه ها برسند تا بهتر بتوانند در مورد سیارات در منظومه شمسی و خارج از آن مطالعه و تحقیق کنند.
نظریه افزایش هسته (The core accretion model)
برای درک این موضوع که زمین چگونه شکل گرفت باید به گذشته سفر کنیم؛ به تقریباً ۴.۶ میلیارد سال پیش، زمانی که منظومه شمسی ابری از غبار و گاز بود که به عنوان سحابی خورشیدی شناخته می شد. گرانش با شروع به چرخش، مواد را در خود فرو ریخت و خورشید را در مرکز سحابی تشکیل داد.
با ظهور خورشید، مواد باقیمانده شروع به جمع شدن می کنند. ذرات کوچک توسط نیروی جاذبه به یکدیگر متصل شده و ذرات بزرگ تری را تشکیل می دهند.
طوفان های خورشیدی عناصر سبک تر مانند هیدروژن و هلیوم را از مناطق نزدیک به مناطق دور تری فرستاد و تنها مواد سنگین را برای ایجاد جهان های خاکی کوچک تر مانند زمین باقی گذاشت.
اما در آن مناطق دورتر، بادهای خورشیدی تأثیر کمتری روی عناصر سبک تر دارند و به آن ها اجازه می دهد تا به غول های گاز تبدیل شوند. به این ترتیب سیارک ها، ستاره های دنباله دار، سیارات و قمرها ایجاد شدند.
هسته سنگی زمین ابتدا تشکیل شد، در حالی که عناصر سنگین با یکدیگر برخورد کرده و به یکدیگر متصل شده اند. مواد متراکم به مرکز فرو رفتند، در حالی که مواد سبک تر در حال ایجاد پوسته زمین بودند.
میدان مغناطیسی سیاره احتمالاً در همین زمان تشکیل شده است. گرانش برخی از گازهای تشکیل دهند، جو اولیه سیاره را تشکیل داد.
زمین در اوایل تکامل خود، توسط یک جسم بزرگ دچار ضربه شد. این برخورد قطعا گوشته سیاره جوان را به فضا پرتاب کرد. جاذبه زمین باعث شد بسیاری از این قطعات بهم نزدیک شوند و ماه را تشکیل دهند که به دور خالق آن می چرخد. (نحوه شکل گیری ماه در مقاله “ماه چگونه پدید آمده است” به طور کامل بررسی شده است)
جریان گوشته در زیر پوسته باعث تکتونیک صفحات، حرکت صفحات بزرگ سنگ در سطح زمین می شود. برخوردها و اصطکاک ها باعث بوجود آمدن کوه ها و آتشفشان ها شد که شروع به پخش کردن گازها در جو زمین کردند.
اگرچه امروزه جمعیت ستاره های دنباله دار و سیارک ها که از منظومه شمسی در حال عبور هستند کم است، اما در زمان جوانی این منظومه، تعداد آن ها بسیار بیشتر بود. برخوردهای این اجسام یخ زده احتمالاً مقدار زیادی از آب زمین را در سطح آن رسوب داده است.
از آن جا که سیاره ما در منطقه ای از منظومه شمسی قرار دارد که آب مایع نه یخ می زند و نه تبخیر می شود بلکه می تواند به صورت مایع باقی بماند؛ آب در سطح زمین باقی مانده است که به نظر بسیاری از دانشمندان نقشی اساسی در توسعه حیات بر روی سیاره ما دارد.
به نظر می رسد مشاهدات درباره سیارات مختلف، نظریه افزایش هسته را به عنوان فرآیند تشکیل سیارت و نحوه شکل گیری زمین تأیید می کند. طبق گفته ناسا، افزایش هسته نشان می دهد که دنیای کوچک و سنگلاخی باید بیشتر از غول های بزرگ گازی وجود داشته باشد.
در سال ۲۰۰۵ یک سیاره غول پیکر با هسته ای عظیم کشف شد که به دور ستاره خورشید مانند می چرخد. این کشف نمونه ای از یک سیاره فراخورشیدی است که به تقویت نظریه افزایش هسته کمک می کند.
نظریه بی ثباتی دیسک (The disk instability model)
اگرچه مدل پیوند هسته ای برای نحوه شکل گیری زمین و سایر سیارات سنگی خوب عمل می کند اما در توجیه تشکیل غول های گازی ضعف دارد. حتی شبیه سازی ها قادر به پاسخگویی برای این شکل گیری آن ها نبوده اند.
طبق یک نظریه نسبتاً جدید، بی ثباتی دیسک، توده های گرد و غبار و گاز در اوایل زندگی منظومه شمسی به هم متصل می شوند. با گذشت زمان، این توده ها به آرامی در یک سیاره غول پیکر جمع می شوند.
این سیارات می توانند سریع تر از رقبای اصلی خود برای افزایش، گاهی در کمتر از هزار سال تشکیل شوند. این سرعت به آن ها اجازه می دهد گازهای سبک تری را که به سرعت در حال از بین رفتن هستند، به دام بیندازند. آن ها همچنین به سرعت به توده ثابت کننده مدار می رسند که آن ها را از حرکت به سمت خورشید دور نمی کند.
به گفته پال ویلسون ستاره شناس سیاره ای، اگر بی ثباتی دیسک بر شکل گیری سیارات مسلط باشد، باید تعداد زیادی از جهان را در سایز های بزرگ تولید کند.
چهار سیاره غول پیکر که در فواصل قابل توجهی در اطراف ستاره HD 9799 در حال چرخش هستند، شواهد مشاهده ای برای بی ثباتی دیسک را فراهم می کند.
Fomalhaut b ، یک سیاره فراخورشیدی با مدار ۲۰۰۰ ساله به دور ستاره خود است که می تواند نمونه ای از جهانی باشد که از طریق بی ثباتی دیسک شکل گرفته است. اگرچه این سیاره نیز به دلیل تعاملات با همسایگانش ممکن است خارج شود.
