Da tempo immemorabile, gli umani hanno cercato la risposta di come l'Universo è diventato. Tuttavia, è stato solo negli ultimi secoli, con la Rivoluzione scientifica, che le teorie predominanti sono state di natura empirica. Fu durante questo periodo, dal XVI al XVIII secolo, che astronomi e fisici iniziarono a formulare spiegazioni basate su prove di come il nostro Sole, i pianeti e l'Universo iniziarono.
Quando si tratta della formazione del nostro Sistema Solare, la visione più ampiamente accettata è nota come Ipotesi Nebulare. In sostanza, questa teoria afferma che il Sole, i pianeti e tutti gli altri oggetti nel Sistema Solare si sono formati da materiale nebuloso miliardi di anni fa. Inizialmente proposto di spiegare l'origine del Sistema Solare, questa teoria è diventata una visione ampiamente accettata di come sono nati tutti i sistemi stellari.
Ipotesi Nebulare:
Secondo questa teoria, il Sole e tutti i pianeti del nostro Sistema Solare sono nati come una gigantesca nuvola di gas molecolare e polvere. Quindi, circa 4,57 miliardi di anni fa, è successo qualcosa che ha causato il collasso del cloud. Questo avrebbe potuto essere il risultato di una stella di passaggio o di onde d'urto da una supernova, ma il risultato finale è stato un crollo gravitazionale al centro della nuvola.
Da questo crollo, sacche di polvere e gas hanno cominciato a raccogliersi in regioni più dense. Man mano che le regioni più dense assorbivano sempre più materia, la conservazione della quantità di moto ne faceva iniziare la rotazione, mentre l'aumento della pressione lo faceva riscaldare. La maggior parte del materiale finì in una palla al centro mentre il resto della materia si appiattì nel disco che lo circondava. Mentre la palla al centro formava il Sole, il resto del materiale si sarebbe formato nel disco protoplanetario.
I pianeti formati per accrescimento da questo disco, in cui polvere e gas gravitavano insieme e si fondevano per formare corpi sempre più grandi. A causa dei loro punti di ebollizione più alti, solo i metalli e i silicati potrebbero esistere in forma solida più vicini al Sole, e questi alla fine formerebbero i pianeti terrestri di Mercurio, Venere, Terra e Marte. Poiché gli elementi metallici comprendevano solo una frazione molto piccola della nebulosa solare, i pianeti terrestri non potevano crescere molto grandi.
Al contrario, i pianeti giganti (Giove, Saturno, Urano e Nettuno) si formarono oltre il punto tra le orbite di Marte e Giove, dove il materiale è abbastanza freddo da consentire ai composti ghiacciati volatili di rimanere solidi (cioè la linea di gelo). I ghiacci che formavano questi pianeti erano più abbondanti dei metalli e dei silicati che formavano i pianeti interni terrestri, permettendo loro di crescere abbastanza massicci da catturare grandi atmosfere di idrogeno ed elio. Detriti rimanenti che non sono mai diventati pianeti riuniti in regioni come la Cintura degli asteroidi, la Cintura di Kuiper e la Nuvola di Oort.
Entro 50 milioni di anni, la pressione e la densità dell'idrogeno nel centro della protostar divennero abbastanza grandi da consentire la fusione termonucleare. La temperatura, la velocità di reazione, la pressione e la densità aumentarono fino a raggiungere l'equilibrio idrostatico. A questo punto, il Sole divenne una stella della sequenza principale. Il vento solare proveniente dal Sole ha creato l'eliosfera e ha spazzato via il gas e la polvere rimanenti dal disco protoplanetario nello spazio interstellare, ponendo fine al processo di formazione planetaria.
Storia dell'ipotesi nebulare:
L'idea che il Sistema Solare abbia avuto origine da una nebulosa fu proposta per la prima volta nel 1734 dallo scienziato e teologo svedese Emanual Swedenborg. Immanuel Kant, che aveva familiarità con il lavoro di Swedenborg, sviluppò ulteriormente la teoria e la pubblicò nella sua Storia naturale universale e teoria dei cieli(1755). In questo trattato, ha sostenuto che le nuvole gassose (nebulose) ruotano lentamente, collassando e appiattendosi gradualmente a causa della gravità e formando stelle e pianeti.
Un modello simile ma più piccolo e più dettagliato è stato proposto da Pierre-Simon Laplace nel suo trattato Exposition du system du monde (Esposizione del sistema del mondo), che pubblicò nel 1796. Laplace teorizzò che il Sole originariamente aveva un'atmosfera calda estesa in tutto il Sistema Solare e che questa "nuvola di protostar" si raffreddava e si contraeva. Mentre la nuvola si muoveva più rapidamente, gettava via materiale che alla fine si condensava per formare i pianeti.
Il modello nebuloso laplaciano fu ampiamente accettato nel corso del XIX secolo, ma presentava alcune difficoltà piuttosto pronunciate. Il problema principale era la distribuzione del momento angolare tra il Sole e i pianeti, che il modello nebulare non poteva spiegare. Inoltre, lo scienziato scozzese James Clerk Maxwell (1831-1879) affermò che le diverse velocità di rotazione tra le parti interna ed esterna di un anello non potevano consentire la condensazione del materiale.
Fu anche respinto dall'astronomo Sir David Brewster (1781-1868), il quale dichiarò che:
"Coloro che credono nella Teoria Nebulare ritengono che la nostra Terra abbia derivato la sua materia solida e la sua atmosfera da un anello lanciato dall'atmosfera solare, che in seguito si è contratto in una solida sfera terrosa, dalla quale la Luna è stata gettata via dalla stessa processo ... [In tale prospettiva] la Luna deve necessariamente aver portato via acqua e aria dalle parti acquose e aeree della Terra e deve avere un'atmosfera. "
All'inizio del 20 ° secolo, il modello laplaciano era caduto in disgrazia, spingendo gli scienziati a cercare nuove teorie. Tuttavia, non è stato fino agli anni '70 che è emersa la variante moderna e più ampiamente accettata dell'ipotesi nebulare - il modello del disco nebulare solare (SNDM). Il merito è dell'astronomo sovietico Victor Safronov e del suo libro Evoluzione della nuvola protoplanetaria e formazione della Terra e dei pianeti (1972). In questo libro, sono stati formulati quasi tutti i principali problemi del processo di formazione planetaria e molti sono stati risolti.
Ad esempio, il modello SNDM è riuscito a spiegare l'aspetto dei dischi di accrescimento attorno a giovani oggetti stellari. Varie simulazioni hanno anche dimostrato che l'accumulo di materiale in questi dischi porta alla formazione di alcuni corpi delle dimensioni della Terra. Quindi l'origine dei pianeti terrestri è ora considerata un problema quasi risolto.
Sebbene originariamente applicato solo al Sistema Solare, i teorici pensarono che SNDM fosse al lavoro in tutto l'Universo, e fu usato per spiegare la formazione di molti esopianeti che sono stati scoperti nella nostra galassia.
I problemi:
Sebbene la teoria nebulare sia ampiamente accettata, ci sono ancora problemi che gli astronomi non sono stati in grado di risolvere. Ad esempio, c'è il problema degli assi inclinati. Secondo la teoria nebulare, tutti i pianeti attorno a una stella dovrebbero essere inclinati allo stesso modo rispetto all'eclittica. Ma come abbiamo appreso, i pianeti interni e i pianeti esterni hanno inclinazioni assiali radicalmente diverse.
Mentre i pianeti interni vanno da un'inclinazione di quasi 0 gradi, altri (come Terra e Marte) sono inclinati in modo significativo (23,4 ° e 25 °, rispettivamente), i pianeti esterni hanno inclinazioni che vanno dall'inclinazione minore di Giove di 3,13 °, a Saturno e Nettuno di più pronunciate inclinazioni (26,73 ° e 28,32 °), all'estrema inclinazione di Urano di 97,77 °, in cui i suoi poli sono costantemente rivolti verso il sole.
Inoltre, lo studio dei pianeti extrasolari ha permesso agli scienziati di notare irregolarità che mettono in dubbio l'ipotesi nebulare. Alcune di queste irregolarità hanno a che fare con l'esistenza di "giove caldi" che orbitano vicino alle loro stelle con periodi di pochi giorni. Gli astronomi hanno adattato l'ipotesi nebulare per tenere conto di alcuni di questi problemi, ma devono ancora affrontare tutte le questioni periferiche.
Purtroppo, sembra che abbia a che fare con le origini alle quali è più difficile rispondere. Proprio quando pensiamo di avere una spiegazione soddisfacente, permangono quei problemi fastidiosi che non possono essere spiegati. Tuttavia, tra i nostri attuali modelli di formazione stellare e planetaria e la nascita del nostro Universo, abbiamo fatto molta strada. Man mano che impariamo di più sui sistemi stellari vicini ed esploriamo più cosmo, è probabile che i nostri modelli maturino ulteriormente.
Abbiamo scritto molti articoli sul Sistema Solare qui su Space Magazine. Ecco il sistema solare, il nostro sistema solare è iniziato con un piccolo botto? E cosa c'era prima del sistema solare?
Per ulteriori informazioni, assicurati di controllare l'origine del Sistema Solare e come si sono formati il Sole e i pianeti.
Astronomia Cast ha anche un episodio sull'argomento - Episodio 12: Da dove vengono le stelle del bambino?
