Aurinkokunta: varhaisteoriasta nykyaikaan

Mikko Turunen

Varhaisista teorioista

Aurinkokunnan syntytavaksi on eri aikoina esitetty ainakin seuraavia teorioita:

• 1700-luvulla saksalainen Kant esitti teorian, jonka mukaan aurinkokunta syntyi kaasupilvestä tiivistymällä. Teoriansa Kant perusti sen aikaisiin havaintoihin Aurinkokunnastamme. Tuona aikana kaikki tunnetut kuusi suurta planeettaa liikkuivat Auringon ympäri radoillaan samaan suuntaan ja miltei samassa tasossa.

• Ranskalaisen Laplacen mukaan Kantin teorian mukainen kaasupilvi oli hitaassa kiertoliikkeessä ja se alkoi jäähtymään ja kutistumaan. Kutistuminen kiihdytti sen pyörimisnopeutta ja tiivisti pilven keskiosan synnyttäen Auringon. Keskihakuisvoiman vaikutuksesta osa materiasta ajautui renkaiksi tiivistyneen keskiosan ulkopuolelle ja näistä syntyivät planeetat.

• Amerikkalaisen Chamberlinin mukaan planeetat ovat syntyneet varhaisesta Auringosta törmäyksessä irtirepeytyneistä kappaleista.
• Aiempina vuosisatoina kehiteltiin varmasti useampiakin teorioita kuin edellä mainitut. Kehiteltyjen teorioiden oikeaksitodistamista vaikeutti tarkkojen havaintovälineiden puute. Toisaalta teorioita oli varmasti helppo kehitellä, kun niitä ei tarvinnut ja voinut todistaa tieteellisesti.

Aurinkokunnassamme vallitsevat seuraavat tieteellisesti todistetut lainalaisuudet, jotka on otettava huomioon sen syntyä pohdittaessa:

1. Planeetat kiertävät Auringon ympäri samaan suuntaan elliptisiä, lähes ympyrän muotoisia ja lähes samassa tasossa olevia ratoja pitkin. Monet kuut kiertävät planeettoja myös samaan suuntaan. Planeettojen kuujärjestelmä on Auringon planeettajärjestelmän kaltainen.
2. Venusta ja Uranusta lukuunottamatta kaikki planeetat pyörivät akseliensa ympäri samaan suuntaan kuin Aurinko.
3. Planeettojen etäisyys Auringosta noudattelee Titiuksen-Boden sääntöä. Säännön mukaan planeetta on noin kaksi kertaa kauempana kuin viereinen, Aurinkoa lähempänä oleva planeetta.
4. Noin 99,9 % Aurinkokunnan materiasta on Auringossa, mutta 99,9 % Aurinkokunnan liikemomentista on planeetoissa.
5. Planeetat jaetaan kahteen ryhmään; kivi- ja kaasuplaneettoihin. Kiviplaneetat eli terrestriaaliset planeetat ovat pieniä, tiheitä ja kivipintaisia, kaasuplaneetat kookkaita ja löyhiä. Planeettojen etäisyys Auringosta vaikuttaa niiden olomuotoon. Kauempana Auringosta olevat Jupiter, Saturnus, Uranus ja Neptunus ovat kaasuplaneettoja. Pluto on tästä poikkeus.

Viime vuosikymmenten aikana on havaittu, ettei avaruus olekaan tyhjiö. Tutkimusten mukaan avaruus sisältää harvaa ainesta, josta 99 % on kaasuja ja 1 % pölyä. Kaasut ovat vetyä ja heliumia, pöly koostuu piiyhdisteistä, raudan oksideista, jääkiteistä ja jopa orgaanisesta aineksesta. Nämä havainnot ovat johtaneet Kantin ja Laplacen teorioiden uuteen tarkasteluun.

Vallitseva teoria

Vallitsevan teorian mukaan kaasupilvi, jonka muodon määräsi painovoima ja pilven pyörivä liike, alkoi tiivistymään painovoiman vaikutuksesta. Tiivistyminen johti pilven koon pienenemiseen, mikä kiihdytti lisää pyörimisnopeutta. Pilvestä tuli keskihakuisvoiman vaikutuksesta kiekkomainen ja pääosa aineksesta ajautui kohti pilven keskustaa kerääntyen Auringon esiasteeksiksi. Tämä romahti kasaan tiiviiksi materiaksi oman painovoimansa vaikutuksesta. Romahdus synnytti suunnattoman kuumuuden alku-Auringon sisäosiin, mikä johti lämpöydinreaktion käynnistymiseen. Reaktiossa vetyatomien ytimet yhtyvät heliumatomeiksi kovassa kuumuudessa ja paineessa. Reaktiossa vapautuu valtavat määrät energiaa.

• Pyörivä kiekkomainen kaasupilvi -> kaasupilvi tiivistyy -> pääosa materiasta kaasupilven keskustaan -> tiivis keskusta -> painetta ja kuumuutta -> lämpöydinreaktio -> energiaa

Planeetat syntyivät Auringosta ylijääneestä materiasta kuuman kiekkomaisen pilven jäähtyessä. Alussa pilvi oli niin kuuma, että sen kaikki materia oli kaasumaisessa muodossa. Pilven jäähtyessä materia kiteytyi muodostaen pieniä yhteenliittymiä, planetesimaaleja. Jäähtyminen oli suurempaa kauempana Auringosta, mikä vaikutti materian jakautumiseen. Korkeassa lämpötilassa kiehuvat eli korkeaa kuumuutta kiinteässä olomuodossa kestävät ainesosat (monet metallit ja mineraalit) kiteytyivät Auringon läheisyydessä. Matalassa lämpötilassa kiehuvat ainesosat (kaasut) ajautuivat kauemmaksi. Planetesimaalit liittyivät edelleen yhteen kun niissä vaikuttava painovoima veti ympäröivää materiaa puoleensa.

• Auringosta jää yli materiaa -> lajittuu -> raskaat ainekset jää lähelle -> tiiviit, raskaat kiviplaneetat -> kevyet aineet ajautuvat kauemmaksi -> löyhät, kevyet kaasuplaneetat

Auringon läheisyydessä olevien kiviplaneettojen tiheys on suurempi kuin kauempana olevien kaasuplaneettojen. Esimerkiksi Merkuriuksen keskitiheys on 5 440 kg/m3 johtuen sen suuresta rautapitoisuudesta. Kiviplaneettojen syntyvaiheessa vallinnut kuumuus mahdollisti vain hyvin korkean kiehumispisteen aineiden (esimerkiksi raudan) jähmettymisen. Helposti haihtuvat aineet (vesi, metaani ja ammoniakki) höyrystyivät kiviplaneetoilta. Näitä aineita tavataan nykyisin Aurinkokuntamme suurilta kaasuplaneetoilta. Jupiterille ja Saturnukselle on tallentunut jälkiä Aurinkokuntamme muodostumisen aikaisista oloista näiden planeettojen suuresta koosta ja voimakkaasta vetovoimasta johtuen. Ne ovatkin rakenteeltaan enemmän Auringon kuin kiviplaneettojen kaltaisia.