أصل النظام الشمسي الفلكي

تكوينات وسط الكواكب الفلكية:

بالإضافة إلى جزيئات الحطام والغبار يحتوي الفضاء الذي تنتقل خلاله الكواكب على البروتونات والإلكترونات وأيونات العناصر الوفيرة، وكلها تتدفق إلى الخارج من الشمس في شكل الرياح الشمسية، إن التوهجات الشمسية العملاقة العرضية والانفجارات قصيرة العمر على سطح الشمس تطرد المادة (جنباً إلى جنب مع الإشعاع عالي الطاقة)، الذي يساهم في هذا الوسط بين الكواكب.

في عام 2012 عبر المسبار الفضائي فويايجر 1 الحدود بين الوسط الكوكبي والوسط النجمي، وهي منطقة تسمى الغلاف الشمسي، ومنذ مروره عبر الغلاف الشمسي تمكن فويايجر 1 من قياس خصائص الفضاء بين النجوم.

ما هو أصل النظام الشمسي؟

مع نمو كمية البيانات على الكواكب والأقمار والمذنبات والكويكبات تزداد أيضاً المشكلات التي يواجهها علماء الفلك في تكوين نظريات أصل النظام الشمسي، وفي العالم القديم كانت نظريات أصل الأرض والأشياء المرئية في السماء بالتأكيد أقل تقييداً. في الواقع أصبح النهج العلمي لأصل النظام الشمسي ممكناً فقط بعد نشر قوانين إسحاق نيوتن للحركة والجاذبية في عام 1687، وحتى بعد هذا الاختراق مرت سنوات عديدة، بينما كافح العلماء مع تطبيقات قوانين نيوتن لشرح الحركات الظاهرة الكواكب والأقمار والمذنبات والكويكبات.

في عام 1734 اقترح الفيلسوف السويدي إيمانويل سويدنبورج نموذجاً لأصل النظام الشمسي حيث انقسمت مادة حول الشمس إلى قطع صغيرة شكلت الكواكب، وتم توسيع فكرة تشكيل النظام الشمسي من سديم أصلي من قبل الفيلسوف الألماني إيمانويل كانت في عام 1755.

النظريات العلمية المبكرة لتفسير أصل النظام الشمسي:

• فرضية كانت لابلاس السدمي: كانت الفكرة المركزية لكانت هي أن النظام الشمسي بدأ كسحابة من الجسيمات المشتتة، لقد افترض أن عوامل الجذب المتبادلة للجسيمات تجعلها تبدأ في التحرك والتصادم، وعند هذه النقطة أبقتهم القوى الكيميائية مترابطة معاً، ونظراً لأن بعض هذه التجمعات أصبحت أكبر من غيرها فإنها لا تزال تنمو بسرعة أكبر وتشكل الكواكب في النهاية.

نظرًا لأن كانت لم يكن على دراية كبيرة بالفيزياء والرياضيات لم يدرك القيود الجوهرية لنهجه، لا يفسر نموذجه الكواكب التي تدور حول الشمس في نفس الاتجاه وفي نفس المستوى كما لوحظ، ولا يفسر ثورة الأقمار الصناعية للكواكب، تقدم بيير سيمون لابلاس من فرنسا خطوة مهمة إلى الأمام بعد حوالي 40 عام، كان لابلاس عالم الرياضيات اللامع ناجحاً بشكل خاص في مجال الميكانيكا السماوية، إلى جانب نشر أطروحة ضخمة حول هذا الموضوع، حيث كتب لابلاس كتاباً شهيراً عن علم الفلك مع ملحق قدم فيه بعض الاقتراحات حول أصل النظام الشمسي.

يبدأ نموذج لابلاس بالشمس التي تكونت بالفعل، ويمتد غلافها الجوي إلى أبعد من المسافة التي يمكن أن يتكون عندها أبعد كوكب، لم يكن لابلاس يعرف شيئاً عن مصدر الطاقة في النجوم، لذا افترض أن الشمس ستبدأ في البرودة، بينما تشع بعيداً عن حرارتها، استجابة لهذا التبريد مع انخفاض الضغط الذي تمارسه غازاتها سوف تنكمش الشمس، وفقًا لقانون الحفاظ على الزخم الزاوي فإن الانخفاض في الحجم سيكون مصحوباً بزيادة في سرعة دوران الشمس، ويدفع تسارع الطرد المركزي المواد الموجودة في الغلاف الجوي إلى الخارج بينما تجذبها الجاذبية نحو الكتلة المركزية؛ لذلك عندما تتوازن هذه القوى ستترك حلقة من المواد في مستوى خط استواء الشمس.

كان من الممكن أن تستمر هذه العملية من خلال تكوين عدة حلقات متحدة المركز، والتي يمكن أن تتحد كل منها لتشكل كوكباً، وبالمثل فإن أقمار كوكب ما قد تكون قد نشأت من حلقات تنتجها الكواكب المتكونة، أدى نموذج لابلاس بشكل طبيعي إلى النتيجة المرصودة للكواكب التي تدور حول الشمس في نفس المستوى وفي نفس اتجاه دوران الشمس، نظراً لأن نظرية لابلاس أدرجت فكرة إيمانويل كانت عن الكواكب التي تتحد من مادة مشتتة فغالباً ما يتم الجمع بين طريقتين في نموذج واحد يسمى فرضية كانت لابلاس لاكتشاف السديم.

وقد تم قبول هذا النموذج لتشكيل النظام الشمسي على نطاق واسع لمدة 100 عام تقريباً، خلال هذه الفترة تناقض الانتظام الواضح للحركات في النظام الشمسي مع اكتشاف كويكبات ذات مدارات شديدة الانحراف وأقمار ذات مدارات رجعية، وهناك مشكلة أخرى في فرضية السديم كانت حقيقة أنه بينما تحتوي الشمس على 99.9٪ من كتلة النظام الشمسي، تحمل الكواكب (بشكل أساسي الكواكب الخارجية العملاقة الأربعة) أكثر من 99٪ من الزخم الزاوي للنظام، ولكي يتوافق النظام الشمسي مع هذه النظرية يجب أن تدور الشمس بسرعة أكبر أو يجب أن تدور الكواكب حولها بشكل أبطأ.

• تطورات القرن العشرين: في العقود الأولى من القرن العشرين قرر العديد من العلماء أن أوجه القصور في فرضية السديم جعلتها غير قابلة للاستمرار، طور الأمريكان توماس تشرودر تشامبرلين وفورست راي مولتون ولاحقاً جيمس جينز وهارولد جيفريز من بريطانيا العظمى، اختلافات حول فكرة أن الكواكب تشكلت بشكل كارثي، أي من خلال مواجهة قريبة للشمس مع نجم آخر.

كان أساس هذا النموذج هو أن المادة مأخوذة من أحد النجوم أو كليهما عندما مر الجسمان من مسافة قريبة، واندمجت هذه المادة لاحقاً لتشكل كواكب، كان أحد الجوانب غير المشجعة للنظرية هو الإشارة إلى أن تكون الأنظمة الشمسية في مجرة ​​درب التبانة يجب أن تكون نادرة للغاية؛ لأن المواجهات القريبة بدرجة كافية بين النجوم نادراً ما تحدث، وحدث التطور الهام التالي في منتصف القرن العشرين، حيث اكتسب العلماء فهماً أكثر نضجاً للعمليات التي يجب أن تتشكل النجوم نفسها من خلالها وسلوك الغازات داخل النجوم وحولها.

لقد أدركوا أن المواد الغازية الساخنة المنزوعة من الغلاف الجوي النجمي سوف تتبدد ببساطة في الفضاء، ولن تتكثف لتشكل الكواكب، ومن ثم فإن الفكرة الأساسية القائلة بأن النظام الشمسي يمكن أن يتشكل من خلال لقاءات نجمية كانت غير مقبولة، علاوة على ذلك إن نمو المعرفة حول الوسط النجمي (الغاز والغبار الموزعين في الفضاء الفاصل بين النجوم) يشير إلى وجود سحب كبيرة من هذه المادة وأن النجوم تتشكل في هذه السحب، لذا يجب أن يتم إنشاء الكواكب بطريقة ما في العملية التي تشكل النجوم نفسها، وشجع هذا الوعي العلماء على إعادة النظر في بعض العمليات الأساسية التي تشبه بعض المفاهيم السابقة لكانت ولابلاس.

• أفكار حديثة: إن النهج الحالي لأصل النظام الشمسي يعامله كجزء من العملية العامة لتشكيل النجوم، ومع زيادة معلومات المراقبة بشكل مطرد ضاقت مجال النماذج المعقولة لهذه العملية، كما تتراوح هذه المعلومات من ملاحظات مناطق تشكل النجوم في السحب البينجمية العملاقة، إلى القرائن الدقيقة التي تم الكشف عنها في التركيب الكيميائي الحالي للأجسام الموجودة في النظام الشمسي، وقد ساهم العديد من العلماء في المنظور الحديث وعلى الأخص عالم الفيزياء الفلكية الأمريكي الكندي المولد أليستير جي دبليو كاميرون.