Solsystemet: Från tidiga teorier till modern vetenskap

Redaktör Cecilia Aarnio. Efter Mikko Turunens artikel Aurinkokunta: varhaisteoriasta nykyaikaan.

De tidiga teorierna

På 1700-talet föreslog den tyska filosofen Immanuel Kant att solsystemet och dess planeter har bildats genom förtätningen av ett interstellärt (rymd mellan stjärnor) gas- och stoftmoln. Kants teori grundar sig i hans egna observationer av solsystemet och dess, vid den tiden, sex kända planeter.

Under samma tider vidareutvecklade Fransmannen Pierre-Simon Laplace, Kants teori genom att föreslå att gasmolnet roterade medan det förtätades. Laplace hävdade att gas- och stoftmolnet svalnade och krympte i takt med förtätningen och att ju mindre molnet blev desto snabbare var rotationen. Förtätningen skedde kraftigast i mitten av molnet där solen bildades. Stoftpartiklar i molnets yttre delar genomgick långa kollisionsskeden och växte på så sätt till sten- och gasplaneter.

Senare, i slutet av 1800-talet, utvecklade den amerikanska geologen Thomas Chrowder Chamberlin planetesimalhypotesen som hävdar att solsystemets planeter bildades till följd av att små stenkroppar kolliderade med varandra. Från solen frigjord materia och annat stoft bildade först små planetesimaler som sedan växte till protoplaneter och småningom till planeter.

Vetenskapligt bevisad fakta om solsystemet:

Solsystemets planeter kretsar i elliptiska banor i samma riktning, och i nästan samma plan, kring solen. En stor del av planeternas månar följer samma plan och riktning.

Förutom Venus och Uranus, roterar alla planeter kring sin egen axel i samma riktning som solen.

Planeternas avstånd till solen följer Titius-Bodes lag. Lagen säger att börjandes från solen ligger varje planet två gånger längre ifrån solen än den föregående planeten.

Solen omfattar uppskattningsvis 99,9 % av solsystemets massa. Planeterna svarar emellertid för 99,9% av solsystemets rörelsemoment.

Planeterna indelas i två grupper; stenplaneter och gasplaneter. Stenplaneterna, eller de terrestriska planeterna, är mindre och tätare samt består av metall och sten. Gasplaneterna är större och består främst av gaser såsom helium och väte. Tack vare den långa distansen till solen avdunstar inte gasplaneternas flyktiga yttre, utan hålls kvar runt planeternas fasta kärnor. Börjandes från solen är Merkurius, Venus, Tellus och Mars stenplaneter. Jupiter, Saturnus, Uranus och Neptunus är gasplaneter. Pluto som tidigare räknades som en planet klassas nuförtiden som en dvärgplanet.

Förr föreställde man sig att rymden var ett tomrum där himlakroppar såsom stjärnor, planeter, meteoriter, stoft mm. var den enda fasta materien. Under de senaste decennierna har det emellertid observerats att 99 % av rymden egentligen består av gas, och bara 1 % av stoft eller damm. De dominerande gaserna är väte och helium. Rymdstoftet består av kiselföreningar, järnoxider, iskristaller och även till en del av organisk materia.

Den främsta teorin om solsystemets uppkomst

Enligt den dominerande teorin förtätades det interstellära gas- och stoftmolnet till följd av dragningskraften mellan de växande stoftpartiklarna. Det roterande gasmolnet utvecklade formen av en diskusskiva och krympte allt efter att det blev tätare. Ju mindre molnet blev desto snabbare roterade det. Solen började växa fram i centrumet av gasmolnet, där det mesta av materien sammanpressades på grund av den starka centripetalkraften (strävan till centrum). I takt med förtätningen blev gas- och stoftmolnet allt tyngre och kollapsade slutligen under sin egen vikt. Den enorma hettan och energin som utsöndrades vid kollapsen “tände” den växande solen och startade energiproducerande fusionsreaktioner, i vilka väte övergår till helium, i dess inre. 

Sammanfattning:

Det roterande diskusformade gas- och stoftmolnet förtätas, materia packas ihop i mitten av molnet som får ett väldigt sammanpressat centrum med höga temperatur- och tryckförhållanden. Då startar fusionsreaktioner i solens inre och energi bildas.

Först efter att det diskusformade molnet hade svalnat kunde solsystemets planeter bildas. Tidigare var molnet så hett att all materia var i gasform. Alltmedan gasmolnet avkyldes började den resterande materian som solen inte hade tagit upp, kristalliseras och bilda små planetesimaler (”planet-bebisar”). I utkanten av molnet skedde en kraftigare avkylning än i områdena som befann sig närmare den brinnande solen. Detta bidrog till att den stelnande materian fördelades i molnet; materia med höga kristallisationstemperaturer, såsom många mineral och metaller, kristalliserades nära solen i molnets centrum.

De terrestriska (sten-) planeterna kretsar nära solen och har en större täthet än gasplaneterna som kretsar längre ifrån solen. Merkurius, planeten närmast solen, har en väldigt hög metallhalt och därigenom också en hög densitet (5440 kg/m3).

Lättflyktiga ämnen med låga kokpunkter, främst gaser, drev ifrån molnet till avstånd där de inte längre avdunstade. Planetesimalerna växte och blev större genom att kollidera med varandra och andra fasta kroppar. Småningom utvecklades dessa till stora protoplaneter (”planet-barn”) med tillräcklig dragningskraft för att fortsätta tillväxten genom att dra till sig materia.

Kort sagt: Restmateria från solen sorteras då molnet svalnar. Tung och tät materia stannar nära molnets mitt och formar stenplaneter. Lättare materia söker sig till molnets utkanter och bildar gasplaneter.