Cum se formeaza un sistem planetar?

Frecventa cu care stelele sunt “frecventate” de planete este factorul cheie in dezbaterea vietii extraterestre. La randul sau, aceasta frecventa depinde de mecanismul prin care se formeaza planetele in general. Timp de aproximativ 300 de ani (de la mijlocul secolului al 17-lea pana la mijlocul secolului 20), cele doua scenarii era fundamental diferite si se aflau in competitie. Ipoteza nebulara argumenta in favoarea formarii planetelor din materialul ramas in urma formarii stelelor si a sugerat ca sistemele planetare pot fi comune. Prin contrast, ipoteza catastrofala considera ca planetele s-ar fi format din materialul rupt in urma coliziunii unei stele cu o alta stea, si a sugerat ca sistemul solar ar putea fi exceptional.

Ipoteza nebulara

O teorie de consens legata de formarea unui sistem planetar este acum la indemana, iar aceasta se bazeaza pe ipoteza nebulara. Ea prevede acumularea treptata a planetelor, satelitilor si obiectelor mai mici, din fire de praf cosmic si particule de gaz, intr-un disc protoplanetar, in principal gazos – discul protoplanetar este el insusi un produs secundar al formarii stelelor-parinte dintr-un nor interstelar dens. Calculele sugereaza ca firele de praf formeaza planetoizi cu diametrul de 10 kilometri, in urma unor ciocniri “lipicioase” (exista totusi dificultati teoretice legate de etapele ulterioare ale acestui proces). Acesti planetoizi incep apoi sa interactioneze unii cu altii datorita gravitatiei, ajungand la o faza de acumulare fugara si crestere rapida.

Increderea in aceasta teorie a fost sporita de descoperirea si studierea a numeroase discuri circumstelare (cu mase cuprinse intre 0,01 si 0,1 mase solare, necesare pentru a produce un sistem planetar ca cel al soarelui nostru), in jurul stelelor tinere care apartin unor tipuri spectrale diferite. Cu toate acestea, teoria a fost investigata numai intr-o gama ingusta de conditii initiale si inca are o capacitate mica de predictie. Acest fapt a fost ilustrat de descoperirea neasteptata a planetelor masive cu orbite circulare mici, in jurul stelelor asemanatoare cu soarele nostru.

Se crede ca, sistemul solar a inceput ca o condensare intr-un nor interstelar de gaz si praf, din care s-au format probabil sute de alte stele. La inceput, acest nor presolar era sferoidal, cu o rotatie inceata si o dimensiune destul de mare (diametrul sau era probabil de unul sau doi ani lumina). Pe masura ce s-a condensat, rata sa de rotatie a crescut (ca rezultat al legii de conservare a momentului unghiular), determinandu-l sa devina din ce in ce mai aplatizat. In centrul discului, unde densitatea era cea mai mare, protosoarele si-a inceput condensarea finala. Pana la momentul in care soarele si-a inceput reactiile de fuziune nucleara in nucleu, discul protoplanetar aplatizat deja incepuse sa formeze aglomerari la diverse distante de centru.

Factori care determina compozitia unei planete

Exista doi factori cheie care determina ce fel de planeta va deveni o anumita protoplaneta, si anume: masa si distanta sa fata de steaua centrala. Planetele cu masa mica nu pot retine hidrogen si heliu (cele mai usoare si mai abundente gaze), mai ales daca temperaturile lor cresc pana in punctul in care cele mai usoare molecule scapa.

Atunci cand planetele se aflau in faza timpurie de acumulare, masa care s-a acumulat inainte ca soarele sa inceapa sa straluceasca a ajutat la determinarea modului in care o planeta isi putea retine hidrogenul si heliul. Celalalt factor crucial, distanta unei planete fata de steaua centrala, a influentat deasemenea evadarea hidrogenului si heliului din puterea gravitatiei planetei – acest lucru se datoreaza faptului ca planetele interioare devin mai fierbinti si, prin urmare, au mai multe dificultati in a retine cele mai usoare gaze cu o anumita cantitate de forta gravitationala.

Aceste consideratii explica foarte bine structura generala a sistemului solar. Cele patru planete interioare mici nu au putut sa retina hidrogenul si heliul pe care l-ar fi avut la inceput. Cu toate acestea, cei patru giganti de gaz, care se afla mult mai departe de soare si prin urmare au temperaturi mult mai mici, nu numai ca si-au putut pastra gazele usoare, dar, prin intermediul gravitatiei lor puternice, au continuat sa atraga mai mult material dupa ce soarele a inceput sa straluceasca.

Bazandu-ne pe aceste idei, ne-am putea astepta ca orice sistem planetar sa urmeze planul general al sistemului nostru solar, cu lumi stancoase, mici si dense, care sa ocupe orbitele aflate cel mai aproape de steaua centrala si lumi gazoase, mari si cu densitate mica, care sa orbiteze steaua centrala la distante mult mai mari. Cu toate acestea, mare parte din prima serie de planete extrasolare confirmate nu s-au conformat deloc acestui sistem. S-au descoperit planete cu mase chiar mai mari decat masa lui Jupiter, care au orbite aproape circulare si se afla la 2 unitati astronomice distanta de steaua lor gazda. Intrucat este greu de imaginat modul in care aceste lumi gigantice s-ar fi putut forma la fata locului, exista o teorie conform careia acestea s-ar fi format mai departe, dincolo de cateva unitati astronomice, iar apoi au trecut printr-o migratie orbitala spre interior. Intr-adevar, exista tot mai multe dovezi ale unor evenimente catastrofale care se acumuleaza – acestea implica aruncarea planetelor in orbite diferite in mod radical, sau chiar expulzarea lor in spatiul interstelar.