Читать книгу Opowieść o początku. Wielka historia wszystkiego - David Enßlen Christian - Страница 22

Proste cząsteczki chemiczne krążące wokół młodych gwiazd stworzyły warunki Złotowłosej dla naszego kolejnego progu coraz większej złożoności, ponieważ stały się one budulcem zupełnie nowych obiektów astronomicznych: planet, księżyców i asteroid. Ciała niebieskie były pod względem chemicznym bogatsze niż gwiazdy i znacznie chłodniejsze, dzięki czemu oferowały idealne środowisko i warunki Złotowłosej dla chemii rozbudowanych substancji. I co najmniej na jednej planecie (naszej własnej) i prawdopodobnie na wielu innych sprawiły, że chemia ostatecznie będzie w stanie doprowadzić do powstania życia.

Przez dłuższy czas ludzie wiedzieli o istnieniu tylko jednego układu słonecznego. Ale w 1995 roku astronomowie odkryli istnienie egzoplanet, planet krążących wokół innych gwiazd w naszej Galaktyce. Udało się to dzięki wykryciu niewielkich drgań w ruchach gwiazd lub niewielkich różnic w ich jasności, gdy planety, przelatując przed nimi, nieznacznie je zasłaniały. Od tego czasu dowiedzieliśmy się, że większość gwiazd ma planety, więc w naszej Galaktyce mogą istnieć dziesiątki miliardów różnego typu systemów planetarnych. Do połowy 2016 roku astronomowie zidentyfikowali ponad trzy tysiące egzoplanet. W następnej dekadzie lub w dwóch kolejnych badania innych systemów planetarnych powinny dać nam lepszy obraz najczęściej spotykanych konfiguracji. Wkrótce powinniśmy być również w stanie zbadać ich atmosferę, co pozwoli ocenić, ile z nich może się okazać przyjaznych dla życia. Wiemy już, że wiele z nich ma podobną wielkość jak Ziemia i wiele z ich orbit znajduje się w odpowiedniej odległości od swoich gwiazd, aby dysponować płynną wodą — kluczowym składnikiem życia.

Odkrycie planet poza Układem Słonecznym mówi nam, że podobnie jak próg 3, również próg 4 udawało się wielokrotnie przekroczyć. Po raz pierwszy można było tego dokonać dość wcześnie w historii wszechświata w okolicy gwiazdy, której prawdopodobnie nigdy nie uda nam się zidentyfikować. Ale przynajmniej teraz wiemy już całkiem sporo o tym, na czym polega przekraczanie tego progu.

Powstawanie systemów planetarnych jest procesem niechlujnym i chaotycznym. Jest produktem ubocznym powstawania gwiazd w tych obszarach kosmosu, w których doszło do nagromadzenia pierwiastków chemicznych. Miliardy lat po Wielkim Wybuchu przestrzeń międzygwiezdna była wypełniona chmurami materii bogatej w wiele różnych pierwiastków chemicznych. Wodór i hel nadal stanowiły prawie 98 procent tych chmur, a jednak pozostałe 2 procent czyniło sporą różnicę. Podobnie jak we wczesnym wszechświecie to grawitacja sprawiła, że chmury coraz bardziej gęstniały. W naszym obszarze grawitacja mogła być spotęgowana przez wybuch supernowej, który zatrząsł wszystkim w okolicy i zapoczątkował kurczenie się ogromnej chmury gazu i pyłu około 4,567 miliarda lat temu. Supernowa ta zostawiła swoją wizytówkę w postaci charakterystycznych materiałów radioaktywnych, które teraz znajdujemy w meteorytach krążących po Układzie Słonecznym.

Chmura pyłu w trakcie kurczenia rozpadła się na wiele mgławic słonecznych, z których jedna utworzyła nasze Słońce. Słońce pochłonęło 99,9 procent całej materii zawartej w chmurze pyłu, z której powstało. Ale teraz zajmiemy się tym, co pozostało, czyli pierścieniami odpadów krążących wokół młodego Słońca. Gdy grawitacja doprowadziła do skurczenia się tej mgławicy słonecznej, krążąca masa gazu, pyłu i cząsteczek lodu wirowała coraz szybciej, aż siły odśrodkowe spłaszczyły ją jak ciasto na pizzę, w rezultacie tworząc cienką płaszczyznę dzisiejszego Układu Słonecznego. Nawet teraz jesteśmy w stanie obserwować tego typu dyski protoplanetarne w pobliskich przestrzeniach rodzących się gwiazd, więc wiemy, że są one dość powszechnie spotykane.

Do przekształcenia wirującego dysku materii w planety, księżyce i asteroidy przyczyniły się dwa procesy. Pierwszym z nich było swojego rodzaju sortowanie chemiczne. Gwałtowne wybuchy naładowanych cząstek młodego Słońca — noszące miano wiatru słonecznego — wyrzucały lżejsze pierwiastki, takie jak wodór i hel, z dala od wewnętrznych orbit, w związku z czym doszło do wyodrębnienia dwóch obszarów. Zewnętrzne obszary młodego Układu Słonecznego, podobnie jak większość wszechświata, składały się głównie z pierwiastków pierwotnych, wodoru i helu. Za to wewnętrzne, w których powstawały skaliste planety — takie jak Merkury, Wenus, Ziemia i Mars — zostały pozbawione tak dużych ilości wodoru i helu, że zyskały rzadko spotykaną chemiczną różnorodność. Tlen, krzem, aluminium i żelazo stanowią ponad osiemdziesiąt procent skorupy ziemskiej, natomiast takie pierwiastki jak wapń, węgiel i fosfor mają w niej o wiele mniejszy udział. Na Ziemi wodór odgrywa wręcz marginalną rolę, helu zaś prawie się nie spotyka.

Drugim procesem, który ukształtował nasz Układ Słoneczny, była akrecja, inaczej narastanie. Na różnych orbitach wokół młodego Słońca nieśpiesznie dochodziło do nagromadzenia cząstek materii. W gazowych obszarach peryferyjnych był to prawdopodobnie proces dość łagodny. Grawitacja gromadziła materiał budulcowy wielkich planet gazowych, takich jak Jowisz i Saturn, składających się głównie z wodoru i helu, pokrytych zaledwie cienką warstwą pyłu i lodu. Jednak w obszarach wewnętrznych akrecja była procesem bardziej gwałtownym i chaotycznym, ponieważ tutaj dużo więcej materii przybrało stały stan skupienia. Cząsteczki pyłów i lodu sklejały się ze sobą w całość. W ten sposób powstawały małe okruchy skał i lodu, które krążyły, czasem rozbijając się nawzajem na mniejsze kawałeczki, a czasami zlepiając się ze sobą, budując większe obiekty. Z czasem pojawiły się nawet większe obiekty, takie jak meteory i asteroidy — i na każdej z orbit zderzały się ze sobą lub łączyły, tworząc obiekty tak duże, że ich grawitacja mogła pochłonąć większość pozostałych drobin. W końcu procesy te doprowadziły do powstania rozmieszczonych na różnych orbitach wokół Słońca planet, które możemy oglądać do dziś.

Tego typu opis procesu nie oddaje atmosfery chaosu i gwałtowności działania akrecji. Orbity niektórych obiektów krzyżowały się, wypychając młode planety i księżyce ze swojej trajektorii lub rozbijając je na kawałki. Ogromna protoplaneta Jowisza prawdopodobnie próbowała przesunąć się do wewnątrz, jej grawitacyjne przyciąganie rozbijało każdą z nie w pełni jeszcze uformowanych planet, która pojawiła się w czymś, co nazywamy pasem asteroid. Nienaturalne odchylenie i obrót Uranu są prawdopodobnie wynikiem gwałtownego zderzenia z innym dużym ciałem. Wystrzępione ciała wielu asteroid to blizny po brutalnych kolizjach, jakich doświadczyły we wczesnym okresie istnienia Układu Słonecznego.

Do zderzeń dochodziło przez dłuższy czas, nawet jeszcze wtedy, gdy Układ Słoneczny już się mniej więcej ustabilizował. Nasz Księżyc powstał prawdopodobnie z kolizji, do jakiej doszło pomiędzy młodą jeszcze Ziemią a protoplanetą wielkości Marsa (Theia) około stu milionów lat po narodzinach Układu Słonecznego. To zderzenie spowodowało wyrzucenie ogromnej chmury materii na orbitę wokół Ziemi, po której prawdopodobnie następnie krążyła jak pierścienie Saturna (które notabene również mogą być pozostałościami z rozbitego księżyca), aż do momentu, gdy proces akrecji doprowadził do uformowania znanego nam Księżyca.

Na przestrzeni pięćdziesięciu milionów lat Układ Słoneczny w końcu zyskał swój zasadniczy kształt, jaki dane nam jest obecnie obserwować, i od tego czasu jest on całkiem stabilny. Miliardy systemów planetarnych w naszym wszechświecie, chociaż mają wiele odmiennych i różnorodnych konfiguracji, przypuszczalnie powstały w podobny sposób. Wszystkie ciała planetarne są chłodniejsze niż gwiazdy, bogatsze pod względem budowy chemicznej i bardziej zróżnicowane. Dlatego zapewniły one warunki Złotowłosej, które umożliwiły budowanie kolejnych nowych form złożoności. Bądź co bądź, co najmniej jeden z tych obiektów, a niewykluczone, że o wiele więcej niż jeden, pozwolił na pojawienie się na nim życia.