Sejak zaman dahulu lagi, manusia telah mencari jawapan bagaimana Alam Semesta menjadi wujud. Namun, hanya dalam beberapa abad yang lalu, dengan Revolusi Ilmiah, teori-teori yang dominan bersifat empirikal. Pada masa ini, dari abad ke-16 hingga ke-18, para astronom dan ahli fizik mula merumuskan penjelasan berdasarkan bukti bagaimana Matahari, planet, dan Alam Semesta kita bermula.
Ketika berkaitan dengan pembentukan Sistem Suria kita, pandangan yang paling banyak diterima dikenali sebagai Hipotesis Nebular. Pada hakikatnya, teori ini menyatakan bahawa Matahari, planet-planet, dan semua objek lain dalam Sistem Suria terbentuk dari bahan berabun berbilion tahun yang lalu. Mula-mula dicadangkan untuk menjelaskan asal-usul Sistem Suria, teori ini telah menjadi pandangan yang diterima secara meluas tentang bagaimana semua sistem bintang muncul.
Hipotesis Nebular:
Menurut teori ini, Matahari dan semua planet Sistem Suria kita bermula sebagai awan gas molekul dan debu raksasa. Kemudian, kira-kira 4.57 bilion tahun yang lalu, berlaku sesuatu yang menyebabkan awan runtuh. Ini mungkin hasil dari bintang yang lewat, atau gelombang kejutan dari supernova, tetapi hasil akhirnya adalah keruntuhan graviti di pusat awan.
Dari keruntuhan ini, kantong debu dan gas mula berkumpul ke kawasan yang lebih padat. Apabila kawasan yang lebih padat semakin bertambah, pemeliharaan momentum menyebabkannya mulai berputar, sementara tekanan yang meningkat menyebabkannya menjadi panas. Sebilangan besar bahan berakhir dengan bola di tengah sementara selebihnya dibuang ke dalam cakera yang mengelilinginya. Sementara bola di tengah membentuk Matahari, sisa bahan akan membentuk cakera protoplanet.
Planet-planet terbentuk dengan pertambahan cakera ini, di mana debu dan gas menggerunkan dan bergabung untuk membentuk badan yang lebih besar. Kerana titik didihnya yang lebih tinggi, hanya logam dan silikat yang dapat wujud dalam bentuk pepejal yang dekat dengan Matahari, dan ini akhirnya akan membentuk planet terestrial Mercury, Venus, Earth, dan Mars. Oleh kerana unsur-unsur logam hanya terdiri daripada pecahan nebula suria yang sangat kecil, planet-planet terestrial tidak dapat tumbuh dengan sangat besar.
Sebaliknya, planet-planet raksasa (Musytari, Saturnus, Uranus, dan Neptunus) terbentuk di luar titik antara orbit Marikh dan Musytari di mana bahannya cukup sejuk untuk sebatian berais yang mudah berubah agar tetap padat (iaitu Garis Frost). Es yang membentuk planet-planet ini lebih banyak daripada logam dan silikat yang membentuk planet dalaman terestrial, yang memungkinkan mereka tumbuh cukup besar untuk menangkap atmosfera hidrogen dan helium yang besar. Reruntuhan sisa yang tidak pernah menjadi planet berkumpul di kawasan seperti Asteroid Belt, Kuiper Belt, dan Oort Cloud.
Dalam 50 juta tahun, tekanan dan ketumpatan hidrogen di pusat protostar menjadi cukup besar untuk memulakan peleburan termonuklear. Suhu, kadar tindak balas, tekanan, dan ketumpatan meningkat sehingga keseimbangan hidrostatik dicapai. Pada ketika ini, Matahari menjadi bintang urutan utama. Angin suria dari Matahari menciptakan heliosfera dan menyapu sisa baki gas dan debu dari cakera protoplanet ke ruang antara bintang, mengakhiri proses pembentukan planet.
Sejarah Hipotesis Nebular:
Idea bahawa Sistem Suria berasal dari nebula pertama kali dicadangkan pada tahun 1734 oleh saintis dan ahli teologi Emanual Swedenborg. Immanuel Kant, yang biasa dengan karya Swedenborg, mengembangkan teori itu lebih jauh dan menerbitkannya dalam karyanya Sejarah Alam Semesta dan Teori Langit(1755). Dalam risalah ini, dia berpendapat bahawa awan gas (nebula) perlahan-lahan berputar, secara beransur-ansur runtuh dan rata kerana graviti dan membentuk bintang dan planet.
Model yang serupa tetapi lebih kecil dan lebih terperinci dicadangkan oleh Pierre-Simon Laplace dalam risalahnya Pameran du sistem du perempuan tua (Eksposisi sistem dunia), yang dilepaskannya pada tahun 1796. Laplace berteori bahawa Matahari pada awalnya memiliki suasana panas yang meluas di seluruh Sistem Suria, dan bahawa "awan protostar" ini menyejukkan dan menguncup. Ketika awan berputar lebih cepat, ia membuang bahan yang akhirnya terkondensasi untuk membentuk planet.
Model nebular Laplacian diterima secara meluas pada abad ke-19, tetapi mengalami kesulitan yang agak jelas. Isu utama adalah taburan momentum sudut antara Matahari dan planet-planet, yang tidak dapat dijelaskan oleh model nebular. Sebagai tambahan, saintis Scotland James Clerk Maxwell (1831 - 1879) menegaskan bahawa halaju putaran yang berbeza antara bahagian dalam dan luar gelang tidak memungkinkan pemeluwapan bahan.
Ia juga ditolak oleh ahli astronomi Sir David Brewster (1781 - 1868), yang menyatakan bahawa:
"Orang-orang yang percaya pada Teori Nebular menganggapnya pasti bahawa Bumi kita mengeluarkan bahan padat dan atmosfernya dari cincin yang dilemparkan dari atmosfera Suria, yang kemudiannya berkontraksi menjadi sfera terraqueous padat, dari mana Bulan dibuang oleh yang sama proses… [Di bawah pandangan sedemikian] Bulan semestinya mengalirkan air dan udara dari bahagian-bahagian bumi yang berair dan udara dan mesti mempunyai atmosfera. "
Pada awal abad ke-20, model Laplacian tidak disukai, mendorong para saintis untuk mencari teori baru. Namun, tidak sampai tahun 1970-an bahawa varian hipotesis nebular moden dan paling banyak diterima - model cakera nebular suria (SNDM) - muncul. Kredit untuk ini diberikan kepada ahli astronomi Soviet, Victor Safronov dan bukunya Evolusi awan protoplanet dan pembentukan Bumi dan planet-planet (1972). Dalam buku ini, hampir semua masalah utama proses pembentukan planet dirumuskan dan banyak diselesaikan.
Sebagai contoh, model SNDM telah berjaya menjelaskan penampilan cakera penambahan di sekitar objek bintang muda. Pelbagai simulasi juga menunjukkan bahawa penambahan bahan dalam cakera ini membawa kepada pembentukan beberapa badan berukuran Bumi. Oleh itu asal planet darat sekarang dianggap sebagai masalah yang hampir dapat diselesaikan.
Walaupun pada awalnya hanya diterapkan pada Sistem Suria, SNDM kemudian dianggap oleh para ahli teori untuk bekerja di seluruh Alam Semesta, dan telah digunakan untuk menjelaskan pembentukan banyak eksoplanet yang telah ditemukan di seluruh galaksi kita.
Masalah:
Walaupun teori nebular diterima secara meluas, masih ada masalah dengannya yang tidak dapat diselesaikan oleh ahli astronomi. Contohnya, terdapat masalah sumbu condong. Menurut teori nebular, semua planet di sekitar bintang harus dimiringkan dengan cara yang sama berbanding dengan ekliptik. Tetapi seperti yang telah kita pelajari, planet dalam dan planet luar mempunyai kemiringan paksi yang berbeza secara radikal.
Manakala planet dalam berkisar dari kemiringan hampir 0 darjah, yang lain (seperti Bumi dan Marikh) condong dengan ketara (masing-masing 23.4 ° dan 25 °), planet luar mempunyai kemiringan yang berkisar dari kemiringan kecil Musytari 3.13 °, hingga Saturnus dan Neptunus lebih banyak miring yang diucapkan (26.73 ° dan 28.32 °), ke kemiringan ekstrem Uranus 97.77 °, di mana kutubnya menghadap ke arah Matahari secara konsisten.
Kajian planet ekstrasur memungkinkan para saintis untuk melihat penyelewengan yang menimbulkan keraguan pada hipotesis nebular. Beberapa penyelewengan ini ada kaitannya dengan kewujudan "Musytari panas" yang mengorbit dekat bintang mereka dengan jangka waktu hanya beberapa hari. Ahli astronomi telah menyesuaikan hipotesis nebular untuk menjelaskan beberapa masalah ini, tetapi belum dapat menangani semua persoalan yang tersembunyi.
Sayangnya, nampaknya soalan yang berkaitan dengan asal-usul yang paling sukar dijawab. Tepat ketika kita berpendapat bahawa kita mempunyai penjelasan yang memuaskan, masih ada masalah-masalah yang tidak dapat dipertanggungjawabkan. Namun, antara model pembentukan bintang dan planet kita sekarang, dan kelahiran Alam Semesta kita, kita telah menempuh perjalanan jauh. Semasa kita mengetahui lebih lanjut mengenai sistem bintang jiran dan meneroka lebih banyak kosmos, model kita cenderung menjadi lebih matang.
Kami telah menulis banyak artikel mengenai Sistem Suria di sini di Space Magazine. Inilah Sistem Suria, Adakah Sistem Suria kita Bermula dengan Sedikit Letupan ?, dan Apa Yang Ada Di Sini Sebelum Sistem Suria?
Untuk maklumat lebih lanjut, pastikan untuk mengetahui asal usul Sistem Suria dan bagaimana terbentuknya Matahari dan planet-planet.
Astronomy Cast juga mempunyai episod mengenai subjek - Episod 12: Dari mana Bintang Bayi Berasal?
