Từ thời xa xưa, con người đã tìm kiếm câu trả lời về việc Vũ trụ trở thành như thế nào. Tuy nhiên, chỉ trong vài thế kỷ qua, với Cách mạng khoa học, các lý thuyết chiếm ưu thế đã được thực nghiệm trong tự nhiên. Chính trong thời gian này, từ thế kỷ 16 đến 18, các nhà thiên văn học và vật lý học bắt đầu hình thành những giải thích dựa trên bằng chứng về cách Mặt trời, các hành tinh và Vũ trụ của chúng ta bắt đầu.
Khi nói đến sự hình thành của Hệ mặt trời của chúng ta, quan điểm được chấp nhận rộng rãi nhất được gọi là Giả thuyết tinh vân. Về bản chất, lý thuyết này nói rằng Mặt trời, các hành tinh và tất cả các vật thể khác trong Hệ Mặt trời được hình thành từ vật chất mơ hồ hàng tỷ năm trước. Ban đầu được đề xuất để giải thích nguồn gốc của Hệ mặt trời, lý thuyết này đã trở thành một quan điểm được chấp nhận rộng rãi về cách tất cả các hệ sao đã xuất hiện.
Giả thuyết về tinh vân:
Theo lý thuyết này, Mặt trời và tất cả các hành tinh trong Hệ Mặt trời của chúng ta bắt đầu như một đám mây khí và bụi phân tử khổng lồ. Sau đó, khoảng 4,57 tỷ năm trước, một cái gì đó đã xảy ra khiến đám mây sụp đổ. Đây có thể là kết quả của một ngôi sao đi qua, hoặc sóng xung kích từ siêu tân tinh, nhưng kết quả cuối cùng là sự sụp đổ lực hấp dẫn ở trung tâm của đám mây.
Từ sự sụp đổ này, các túi bụi và khí bắt đầu tích tụ vào các khu vực dày đặc hơn. Khi các khu vực dày đặc hơn kéo theo nhiều vật chất hơn, việc bảo toàn động lượng khiến nó bắt đầu quay, trong khi áp lực tăng lên khiến nó nóng lên. Hầu hết các vật liệu kết thúc trong một quả bóng ở trung tâm trong khi phần còn lại của vật chất dẹt ra đĩa xoay quanh nó. Trong khi quả bóng ở trung tâm hình thành Mặt trời, phần còn lại của vật liệu sẽ hình thành vào đĩa hình thành hành tinh.
Các hành tinh được hình thành do sự bồi tụ từ đĩa này, trong đó bụi và khí hấp dẫn với nhau và kết lại với nhau tạo thành các vật thể lớn hơn bao giờ hết. Do điểm sôi cao hơn, chỉ có kim loại và silicat có thể tồn tại ở dạng rắn gần Mặt trời hơn và cuối cùng chúng sẽ tạo thành các hành tinh trên mặt đất của Sao Thủy, Sao Kim, Trái Đất và Sao Hỏa. Do các nguyên tố kim loại chỉ bao gồm một phần rất nhỏ của tinh vân mặt trời, các hành tinh trên mặt đất không thể phát triển rất lớn.
Ngược lại, các hành tinh khổng lồ (Sao Mộc, Sao Thổ, Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương) hình thành vượt ra ngoài điểm giữa quỹ đạo của Sao Hỏa và Sao Mộc, nơi vật chất đủ mát để các hợp chất băng giá dễ bay hơi vẫn ở trạng thái rắn (ví dụ: Dòng Frost). Các ion hình thành nên các hành tinh này dồi dào hơn các kim loại và silicat tạo thành các hành tinh bên trong mặt đất, cho phép chúng phát triển đủ lớn để thu được khí quyển lớn của hydro và heli. Các mảnh vụn còn sót lại chưa bao giờ trở thành hành tinh tập hợp tại các khu vực như Vành đai tiểu hành tinh, Vành đai Kuiper và Đám mây Oort.
Trong vòng 50 triệu năm, áp suất và mật độ hydro ở trung tâm của nguyên mẫu đã trở nên đủ lớn để nó bắt đầu phản ứng tổng hợp hạt nhân nhiệt. Nhiệt độ, tốc độ phản ứng, áp suất và mật độ tăng cho đến khi đạt được trạng thái cân bằng thủy tĩnh. Tại thời điểm này, Mặt trời đã trở thành một ngôi sao theo trình tự chính. Gió mặt trời từ Mặt trời tạo ra vòng xoắn ốc và cuốn trôi khí và bụi còn lại từ đĩa hành tinh vào không gian giữa các vì sao, chấm dứt quá trình hình thành hành tinh.
Lịch sử của giả thuyết tinh vân:
Ý tưởng rằng Hệ mặt trời bắt nguồn từ một tinh vân được đề xuất lần đầu tiên vào năm 1734 bởi nhà khoa học và nhà thần học người Thụy Điển Emanual Thụy Điển. Immanuel Kant, người quen thuộc với công việc của Thụy Điển, đã phát triển lý thuyết hơn nữa và công bố nó trong Lịch sử tự nhiên và lý thuyết thiên đàng(1755). Trong chuyên luận này, ông lập luận rằng các đám mây khí (tinh vân) từ từ quay, dần dần sụp đổ và xẹp xuống do trọng lực và hình thành các ngôi sao và hành tinh.
Một mô hình tương tự nhưng nhỏ hơn và chi tiết hơn đã được đề xuất bởi Pierre-Simon Laplace trong chuyên luận của mình Triển lãm du system du thứ hai (Phơi bày hệ thống của thế giới), mà ông đã phát hành vào năm 1796. Laplace đưa ra giả thuyết rằng Mặt trời ban đầu có bầu khí quyển nóng kéo dài khắp Hệ Mặt trời, và đám mây bảo vệ này đã làm mát và ký hợp đồng. Khi đám mây quay nhanh hơn, nó ném ra vật chất cuối cùng ngưng tụ để tạo thành các hành tinh.
Mô hình tinh vân Laplacian được chấp nhận rộng rãi trong thế kỷ 19, nhưng nó có một số khó khăn khá rõ rệt. Vấn đề chính là sự phân bố động lượng góc giữa Mặt trời và các hành tinh, mà mô hình tinh vân không thể giải thích. Ngoài ra, nhà khoa học người Scotland James Clerk Maxwell (1831 - 1879) đã khẳng định rằng vận tốc quay khác nhau giữa các phần bên trong và bên ngoài của vòng không thể cho phép ngưng tụ vật liệu.
Nó cũng bị từ chối bởi nhà thiên văn học Sir David Brewster (1781 - 1868), người đã tuyên bố rằng:
Những người tin vào Thuyết tinh vân coi điều đó là chắc chắn rằng Trái đất của chúng ta lấy được vật chất rắn và bầu khí quyển của nó từ một vòng ném từ khí quyển Mặt trời, sau đó co lại thành một quả cầu địa hình rắn, từ đó Mặt trăng bị ném ra cùng một quá trình [Theo quan điểm như vậy] Mặt trăng nhất thiết phải lấy nước và không khí từ các phần nước và trên không của Trái đất và phải có bầu khí quyển.
Đến đầu thế kỷ 20, mô hình Laplacian đã không còn được ưa chuộng, khiến các nhà khoa học tìm kiếm những lý thuyết mới. Tuy nhiên, phải đến thập niên 1970, biến thể hiện đại và được chấp nhận rộng rãi nhất của giả thuyết tinh vân - mô hình đĩa tinh vân mặt trời (SNDM) - đã xuất hiện. Tín dụng cho điều này được gửi đến nhà thiên văn học Liên Xô Victor Safronov và cuốn sách của ông Sự phát triển của đám mây hình thành hành tinh và sự hình thành Trái đất và các hành tinh (1972). Trong cuốn sách này, gần như tất cả các vấn đề lớn của quá trình hình thành hành tinh đã được hình thành và nhiều vấn đề đã được giải quyết.
Ví dụ, mô hình SNDM đã thành công trong việc giải thích sự xuất hiện của các đĩa bồi tụ xung quanh các vật thể sao trẻ. Các mô phỏng khác nhau cũng đã chứng minh rằng sự bồi tụ vật chất trong các đĩa này dẫn đến sự hình thành của một vài cơ thể có kích thước Trái đất. Do đó, nguồn gốc của các hành tinh trên mặt đất hiện được coi là một vấn đề gần như đã được giải quyết.
Mặc dù ban đầu chỉ áp dụng cho Hệ mặt trời, SNDM sau đó được các nhà lý thuyết cho là đang hoạt động trên khắp vũ trụ và đã được sử dụng để giải thích sự hình thành của nhiều ngoại hành tinh được phát hiện trên khắp thiên hà của chúng ta.
Các vấn đề:
Mặc dù lý thuyết tinh vân được chấp nhận rộng rãi, nhưng vẫn có những vấn đề với nó mà các nhà thiên văn học chưa thể giải quyết. Ví dụ, có vấn đề về trục nghiêng. Theo lý thuyết tinh vân, tất cả các hành tinh xung quanh một ngôi sao nên được nghiêng theo cùng một cách so với nhật thực. Nhưng như chúng ta đã biết, các hành tinh bên trong và các hành tinh bên ngoài có độ nghiêng trục hoàn toàn khác nhau.
Trong khi các hành tinh bên trong có độ nghiêng gần như 0 độ, các hành tinh khác (như Trái đất và Sao Hỏa) nghiêng đáng kể (lần lượt là 23,4 ° và 25 °), các hành tinh bên ngoài có độ nghiêng từ độ nghiêng nhỏ của sao Mộc là 3,13 °, đến Sao Thổ và Sao Hải Vương nhiều hơn nghiêng nghiêng (26,73 ° và 28,32 °), với độ nghiêng cực cao 97,77 ° của Thiên vương tinh, trong đó các cực của nó luôn hướng về phía Mặt trời.
Ngoài ra, nghiên cứu về các hành tinh ngoài hệ mặt trời đã cho phép các nhà khoa học nhận thấy sự bất thường khiến người ta nghi ngờ về giả thuyết tinh vân. Một số trong số những điều bất thường này có liên quan đến sự tồn tại của những ngôi sao nóng bỏng của Jupiter, có quỹ đạo gần với các ngôi sao của họ với thời gian chỉ vài ngày. Các nhà thiên văn học đã điều chỉnh giả thuyết về tinh vân để giải quyết một số vấn đề này, nhưng vẫn chưa giải quyết được tất cả các câu hỏi bên ngoài.
Than ôi, có vẻ như đó là câu hỏi liên quan đến nguồn gốc là khó khăn nhất để trả lời. Chỉ khi chúng tôi nghĩ rằng chúng tôi có một lời giải thích thỏa đáng, vẫn còn những vấn đề rắc rối mà nó có thể giải thích. Tuy nhiên, giữa các mô hình hiện tại của chúng ta về sự hình thành sao và hành tinh và sự ra đời của Vũ trụ của chúng ta, chúng ta đã đi được một chặng đường dài. Khi chúng ta tìm hiểu thêm về các hệ thống sao lân cận và khám phá thêm về vũ trụ, các mô hình của chúng ta có khả năng trưởng thành hơn nữa.
Chúng tôi đã viết nhiều bài viết về Hệ mặt trời tại Tạp chí Vũ trụ. Ở đây Hệ thống năng lượng mặt trời, Hệ mặt trời của chúng ta đã bắt đầu với một tiếng nổ nhỏ chưa?, Và cái gì ở đây trước Hệ mặt trời?
Để biết thêm thông tin, hãy chắc chắn kiểm tra nguồn gốc của Hệ mặt trời và cách Mặt trời và các hành tinh hình thành.
Cast Astronomy Cast cũng có một tập về chủ đề này - Tập 12: Ngôi sao nhí đến từ đâu?
