กำเนิดและวิวัฒนาการของระบบสุริยะ

ระบบสุริยะได้กำเนิดและดำเนินวิวัฒนาการมาตั้งแต่ประมาณ 4,600 ล้านปีก่อน โดยเริ่มจากการแตกสลายด้วยแรงโน้มถ่วงภายในของเมฆโมเลกุลขนาดยักษ์ มวลส่วนใหญ่ในการแตกสลายครั้งนั้นได้กระจุกรวมกันอยู่บริเวณศูนย์กลาง และกลายมาเป็นดวงอาทิตย์ มวลส่วนที่เหลือวนเวียนโดยรอบมีรูปร่างแบนลง กลายเป็นจานดาวเคราะห์ก่อนเกิด ซึ่งเป็นต้นกำเนิดของดาวเคราะห์ ดาวบริวาร ดาวเคราะห์น้อย และวัตถุขนาดเล็กอื่นๆ ในระบบสุริยะ

ภาพวาดโดยศิลปิน แสดงจานดาวเคราะห์ก่อนเกิดในจินตนาการ

แบบจำลองดังกล่าวมานี้ถือเป็นแบบที่ได้รับการยอมรับทั่วไป เรียกชื่อว่า สมมติฐานเนบิวลา มีการพัฒนาแบบจำลองนี้ขึ้นครั้งแรกในคริสต์ศตวรรษที่ 18 โดยเอมมานูเอล สวีเดนบอร์ก อิมมานูเอล คานท์ และปีแยร์-ซีมง ลาปลัส การวิวัฒนาการในลำดับถัดมาเกี่ยวข้องกับศาสตร์หลายแขนง เช่น ดาราศาสตร์ ฟิสิกส์ ธรณีวิทยา วิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ นับแต่ยุคเริ่มต้นของการสำรวจอวกาศในคริสต์ทศวรรษ 1950 และการค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบในคริสต์ทศวรรษ 1990 แบบจำลองนี้ได้ถูกท้าทายและผ่านการปรับแต่งมาอีกหลายครั้งเพื่อให้สอดคล้องกับการค้นพบใหม่ๆ

ระบบสุริยะได้เริ่มวิวัฒนาการอย่างมากนับตั้งแต่มันเริ่มกำเนิดขึ้น ดาวบริวารหลายดวงกำเนิดขึ้นจากจานของแก๊สและฝุ่นรอบๆดาวเคราะห์แม่ของมัน ขณะที่มีดาวบริวารบางดวงที่เกิดในบริเวณอื่น แล้วถูกดึงดูดให้กลายเป็นดาวบริวารในภายหลัง นอกจากนั้น เช่น ดวงจันทร์ ซึ่งอาจจะกำเนิดหลังจากการปะทะครั้งใหญ่ การปะทะระหว่างวัตถุสองวัตถุ เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องจนถึงปัจจุบัน และเคยเป็นหัวใจสำคัญของการวิวัฒนาการของระบบสุริยะ ตำแหน่งของดาวเคราะห์มักจะเลื่อนจากตำแหน่งเดิม เนื่องด้วยแรงโน้มถ่วง การย้ายตำแหน่งของดาวเคราะห์นี้คาดว่าจะเกิดขึ้นมากขณะในช่วงต้นของการวิวัฒนาการ

ในช่วงประมาณ 5 พันล้านปีข้างหน้า ดวงอาทิตย์จะเย็นลง และผิวนอกจะขยายตัวออกไปหลายเท่าจากเส้นผ่านศูนย์กลางเดิม (กลายเป็นดาวยักษ์แดง) หลังจากนั้นดาวยักษ์แดงก็จะสลายผิวนอกกลายเป็นเนบิวลาดาวเคราะห์ และเหลือแกนกลางไว้ ซึ่งรู้จักกันว่าเป็น ดาวแคระขาว ในอนาคตอันไกลโพ้น ความโน้มถ่วงระหว่างดาวฤกษ์จะลดลง ดาวเคราะห์บางดวงอาจจะถูกทำลาย บางส่วนอาจจะหลุดออกไปสู่อวกาศระหว่างดวงดาว ยิ่งไปกว่านั้น ในช่วงประมาณหมื่นล้านปีข้างหน้า ดวงอาทิตย์จะกลายเป็นดาวฤกษ์ที่ไม่มีวัตถุใดโคจรรอบๆเลย

ประวัติ

 

ปีแยร์-ซีมง ลาปลัส หนึ่งในผู้ให้กำเนิดสมมติฐานเนบิวลา

ความคิดเกี่ยวกับกำเนิดและชะตาของโลกเกิดขึ้นตั้งแต่เริ่มมีงานเขียนในยุคแรก ๆ ถึงอย่างนั้น ตลอดเวลาในขณะนั้น ยังไม่มีการเชื่อมโยงทฤษฎีเหล่านี้เข้ากับ "ระบบสุริยะ" เพราะขณะนั้นยังไม่มีความคิดว่าระบบสุริยะอย่างที่เราเข้าใจกันทุกวันนี้มีอยู่จริง ก้าวแรกเกี่ยวกับทฤษฎีกำเนิดและวิวัฒนาการระบบสุริยะคือการยอมรับโดยทั่วไปว่าดวงอาทิตย์เป็นศูนย์กลางของระบบสุริยะ เชื่อกันว่าดวงอาทิตย์ตั้งอยู่ ณ ใจกลางของระบบสุริยะและมีโลกโคจรรอบมัน มีการพัฒนาแนวคิดนี้มาหลายพันปี (อริตาคัสแห่งซามอสเคยเสนอความคิดนี้ในช่วงต้น 250 ปีก่อนคริสตกาล) แต่ไม่ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางจนถึงปลายคริสต์ศตวรรษที่ 17 มีการบันทึกว่ามีการใช้คำว่า "ระบบสุริยะ" ครั้งแรกเมื่อ พ.ศ. 2247

ทฤษฎีปัจจุบันของการกำเนิดของระบบสุริยะ คือ สมมติฐานเนบิวลา ซึ่งมักจะถูกกล่าวถึงนับตั้งแต่ตั้งสมมติฐานนี้ขึ้น โดยเอมมานูเอล สวีเดนบอร์ก อิมมานูเอล คานท์ และปีแยร์-ซีมง ลาปลัส ในช่วงคริสต์ศตวรรษที่ 18 ใจความสำคัญของสมมติฐานนี้คือการอธิบายความสัมพันธ์ระหว่างดวงอาทิตย์กับดาวเคราะห์ผ่านทางความคลาดเคลื่อนของโมเมนตัมเชิงมุม ถึงอย่างนั้นตั้งแต่ต้นคริสต์ทศวรรษที่ 1980 การศึกษาเกี่ยวกับดาวฤกษ์ที่อายุน้อยแสดงให้เห็นว่าพวกมันถูกล้อมไปด้วยจานฝุ่นและแก๊สเย็น ตรงตามสิ่งที่สมมติฐานเนบิวลาได้คาดการณ์ไว้ ซึ่งทำให้สมมติฐานนี้ได้รับการยอมรับในเวลาต่อมา

การทำความเข้าใจว่าดวงอาทิตย์จะสามารถวิวัฒนาการต่อไปได้อย่างไรนั้น จะต้องอาศัยความเข้าใจเกี่ยวกับแหล่งพลังงานต้นกำเนิด การที่อาร์เธอร์ เอดดิงตัน ยืนยันเกี่ยวกับทฤษฎีสัมพัทธภาพของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ทำให้เขาตระหนักว่าแหล่งพลังงานบนดวงอาทิตย์เกิดจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน ที่แกนของดวงอาทิตย์ ซึ่งหลอมรวมไฮโดรเจนเข้ากับฮีเลียม ในปี พ.ศ. 2478 เอดดิงตันได้ศึกษาและเสนอว่าอาจมีธาตุอื่น ๆ ก่อตัวขึ้นในดาวฤกษ์ เฟรด ฮอยล์ อธิบายเพิ่มเติมเกี่ยวกับหลักฐานนี้โดยแย้งว่าดาวยักษ์แดงได้สร้างธาตุเป็นจำนวนมากที่หนักกว่าไฮโดรเจนและฮีเลียมที่แกนกลางของมัน เมื่อดาวยักษ์แดงระเบิดเอาผิวชั้นนอกออกมา ธาตุเหล่านั้นก็จะกลับมาก่อตัวเป็นระบบดาวฤกษ์อื่น ๆ ต่อไป

การก่อตัว

เนบิวลาก่อนสุริยะ

สมมุติฐานเนบิวลาระบุไว้ว่าระบบสุริยะก่อตัวขึ้นจากการแตกสลายของแรงโน้มถ่วงภายในของพื้นที่ส่วนหนึ่งในเมฆโมเลกุลยักษ์ เมฆนี้มีขนาดประมาณ 20 พาร์เซก (65 ปีแสง) ขณะที่พื้นที่ส่วนหนึ่งมีขนาดแค่ 1 พาร์เซก (3.25 ปีแสง) การแตกสลายหลังจากนั้นได้นำไปสู่การสร้างแกนกลาง ซึ่งมีขนาด 0.01–0.1 พาร์เซก (2,000–20,000 หน่วยดาราศาสตร์) ส่วนหนึ่งของชิ้นส่วนจากการแตกสลาย (หรือเรียกกันว่า เนบิวลาก่อนสุริยะ) ได้ก่อตัวกันเป็นระบบสุริยะ มวลในบริเวณนั้นมีค่าใกล้เคียงกับมวลของดวงอาทิตย์ในปัจจุบัน และในบริเวณนั้นประกอบไปด้วย ไฮโดรเจน ฮีเลียม และลิเทียมจำนวนเล็กน้อย ผลผลิตจากบิกแบงนิวคลีโอซินทีสิส เป็นมวลรวมกัน 98% ของมวลโดยรวมทั้งหมด มวลที่เหลืออีก 2% เป็นมวลของธาตุที่หนักกว่าที่ถูกสร้างขึ้นจากการสังเคราะห์นิวเคลียส ในช่วงแรกๆของการวิวัฒนาการของดาวฤกษ์ เมื่อเวลาผ่านไป ดาวฤกษ์นั้นจะปล่อยธาตุหนักเหล่านั้นออกมาสู่อวกาศระหว่างดวงดาว

 

ภาพฮับเบิลของจานดาวเคราะห์ก่อนเกิดในเนบิวลานายพราน ซึ่งคล้ายกับจานที่ดวงอาทิตย์เกิดมา

อุกกาบาตที่เก่าแก่ที่สุดได้พาไปสู่หลักฐานที่ชี้ถึงการเกิดของวัตถุของแข็งในช่วงเนบิวลาก่อนสุริยะ ซึ่งมีอายุ 4568.2 ล้านปี โดยอายุนี้ยังเป็นนิยามหนึ่งของอายุระบบสุริยะ การศึกษาอุกกาบาตเก่าแก่ได้บ่งชี้ถึงร่องรอยไอโซโทปอายุสั้นเช่น เหล็ก-60 ซึ่งจะเกิดขึ้นได้จากการระเบิดของดาวฤกษ์อายุน้อยเท่านั้น หลักฐานนี้จึงบ่งชี้ว่าเคยมีซูเปอร์โนวาเกิดขึ้นใกล้ดวงอาทิตย์ขณะที่มันกำลังก่อตัว คลื่นกระแทกจากซูเปอร์โนวาเหล่านี้อาจช่วยจุดชนวนการก่อตัวของดวงอาทิตย์ขึ้นโดยทำให้เกิดย่านความหนาแน่นสูงภายในเมฆโมเลกุล และทำให้ย่านนั้นแตกสลายลง และเนื่องจากซูเปอร์โนวาจะเกิดขึ้นได้จากดาวฤกษ์อายุน้อยที่มีมวลมาก ดังนั้นดวงอาทิตย์จะต้องก่อตัวจากย่านกำเนิดดาวขนาดใหญ่ซึ่งสามารถสร้างดาวฤกษ์มวลมากได้ บางทีย่านนั้นอาจจะมีหน้าตาคล้ายคลึงกับเนบิวลานายพรานก็ได้ การศึกษาโครงสร้างของแถบไคเปอร์ และวัตถุอื่นๆที่บ่งบอกว่าดวงอาทิตย์เกิดในกระจุกดาวขนาด 1,000 และ 10,000 ดวงด้วยเส้นผ่านศูนย์กลางระหว่าง 6.5 และ 19.5 ปีแสง และมวลรวมทั้งหมด 3,000 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ กระจุกนี้เริ่มแตกตัวเมื่อผ่านไปในช่วงเวลาระหว่าง 135 ล้าน ถึง 535 ล้านปีหลังจากการก่อตัว แบบจำลองบางแบบของดวงอาทิตย์เยาว์ มีความเกี่ยวข้องกับดาวที่ผ่านมาในระยะใกล้ในช่วง 100 ล้านปีแรกของช่วงชีวิตดวงอาทิตย์ ซึ่งก่อวัตถุที่มีวงโคจรไม่เสถียรบริเวณนอกระบบสุริยะ เช่น วัตถุที่ไกลออกไป

การก่อตัวของดาวเคราะห์

ดูเพิ่มเติมที่: จานดาวเคราะห์ก่อนเกิด

การวิวัฒนาการที่เกิดขึ้นในภายหลัง

ดวงจันทร์

อนาคต

ความสัมพันธ์กับดาราจักร

ลำดับเหตุการณ์

ดูเพิ่ม

ระบบสุริยะ

• อายุของโลก
• บิกแบง
• ลำดับเหตุการณ์ของเอกภพ
• จักรวาลวิทยา
• กำเนิดและวิวัฒนาการของดาราจักร
• ประวัติของโลก
• มาตราส่วนความสูง
• อวกาศและการอยู่รอด
• วิวัฒนาการของดาวฤกษ์
• กำเนิดของโครงสร้าง
• การล็อกไทดัล
• เส้นเวลาของบิกแบง
• เส้นเวลาของอนาคตไกล

อ้างอิง

1. Audrey Bouvier, Meenakshi Wadhwa (2010). "The age of the solar system redefined by the oldest Pb-Pb age of a meteoritic inclusion". Nature Geoscience. 3: 637–641. Bibcode:2010NatGe...3..637B. doi:10.1038/NGEO941.
2. Gomes, R.; Levison, Harold F.; Tsiganis, K.; Morbidelli, Alessandro (2005). "Origin of the cataclysmic Late Heavy Bombardment period of the terrestrial planets" (PDF). Nature. 435 (7041): 466–9. Bibcode:2005Natur.435..466G. doi:10.1038/nature03676. PMID 15917802.
3. Freeman Dyson (July 1979). "Time Without End: Physics and Biology in an open universe". Reviews of Modern Physics. Institute for Advanced Study, Princeton New Jersey. 51 (3): 447–460. Bibcode:1979RvMP...51..447D. doi:10.1103/RevModPhys.51.447. สืบค้นเมื่อ 2008-04-02.
4. "Solar system". Merriam Webster Online Dictionary. 2008. สืบค้นเมื่อ 2008-04-15.
5. M. M. Woolfson (1984). "Rotation in the Solar System". Philosophical Transactions of the Royal Society. 313 (1524): 5–18. Bibcode:1984RSPTA.313....5W. doi:10.1098/rsta.1984.0078.
6. Nigel Henbest (1991). "Birth of the planets: The Earth and its fellow planets may be survivors from a time when planets ricocheted around the Sun like ball bearings on a pinball table". New Scientist. สืบค้นเมื่อ 2008-04-18.
7. David Whitehouse (2005). The Sun: A Biography. John Wiley and Sons. ISBN 978-0-470-09297-2.
8. Simon Mitton (2005). "Origin of the Chemical Elements". Fred Hoyle: A Life in Science. Aurum. pp. 197–222. ISBN 978-1-85410-961-3.
9. Thierry Montmerle; Jean-Charles Augereau; Marc Chaussidon (2006). "Solar System Formation and Early Evolution: the First 100 Million Years". Earth, Moon, and Planets. Springer. 98 (1–4): 39–95. Bibcode:2006EM&P...98...39M. doi:10.1007/s11038-006-9087-5.
10. Ann Zabludoff (University of Arizona) (Spring 2003). "Lecture 13: The Nebular Theory of the origin of the Solar System". สืบค้นเมื่อ 2006-12-27.
11. J. J. Rawal (1986). "Further Considerations on Contracting Solar Nebula" (PDF). Earth, Moon, and Planets. Nehru Planetarium, Bombay India: Springer Netherlands. 34 (1): 93–100. Bibcode:1986EM&P...34...93R. doi:10.1007/BF00054038. สืบค้นเมื่อ 2006-12-27.
12. W. M. Irvine (1983). "The chemical composition of the pre-solar nebula". ใน T. I. Gombosi (ed.) (บ.ก.). Cometary Exploration. 1. pp. 3–12. Bibcode:1983coex....1....3I.CS1 maint: extra text: editors list (link)
13. Zeilik & Gregory 1998, p. 207.
14. Charles H. Lineweaver (2001). "An Estimate of the Age Distribution of Terrestrial Planets in the Universe: Quantifying Metallicity as a Selection Effect". Icarus. 151 (2): 307–313. arXiv:astro-ph/0012399. Bibcode:2001Icar..151..307L. doi:10.1006/icar.2001.6607.
15. Williams, J. (2010). "The astrophysical environment of the solar birthplace". Contemporary Physics. 51 (5): 381–396. arXiv:1008.2973. Bibcode:2010ConPh..51..381W. doi:10.1080/00107511003764725.
16. J. Jeff Hester, Steven J. Desch, Kevin R. Healy, Laurie A. Leshin (21 May 2004). "The Cradle of the Solar System". Science. 304 (5674): 1116–1117. Bibcode:2004Sci...304.1116H. doi:10.1126/science.1096808. PMID 15155936.CS1 maint: multiple names: authors list (link)
17. Martin Bizzarro, David Ulfbeck, Anne Trinquier, Kristine Thrane, James N. Connelly, Bradley S. Meyer (2007). "Evidence for a Late Supernova Injection of ⁶⁰Fe into the Protoplanetary Disk". Science. 316 (5828): 1178–1181. Bibcode:2007Sci...316.1178B. doi:10.1126/science.1141040. PMID 17525336.CS1 maint: multiple names: authors list (link)
18. Morgan Kelly. "Slow-Moving Rocks Better Odds That Life Crashed to Earth from Space". News at Princeton. สืบค้นเมื่อ Sep 24, 2012.
19. Simon F. Portegies Zwart (2009). "The Lost Siblings of the Sun". Astrophysical Journal. 696 (L13–L16): L13. arXiv:0903.0237. Bibcode:2009ApJ...696L..13P. doi:10.1088/0004-637X/696/1/L13.
20. Nathan A. Kaib and Thomas Quinn (2008). "The formation of the Oort cloud in open cluster environments". Icarus. 197 (1): 221–238. arXiv:0707.4515. Bibcode:2008Icar..197..221K. doi:10.1016/j.icarus.2008.03.020.

แหล่งข้อมูลอื่น

• ภาพเคลื่อนไหวแสดงเหตุการณ์จำลองในอนาคต เมื่อทางช้างเผือกกับแอนดรอเมดาปะทะกัน

อ้างอิงผิดพลาด: มีป้ายระบุ <ref> สำหรับกลุ่มชื่อ "note" แต่ไม่พบป้ายระบุ <references group="note"/> ที่สอดคล้องกัน หรือไม่มีการปิด </ref>