กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 33 นาที

การก่อตัวและวิวัฒนาการของระบบสุริยะ

การก่อตัวของระบบสุริยะเริ่มต้นเมื่อประมาณ 4.6 พันล้านปีก่อนด้วย การยุบตัวเนื่องจาก แรงโน้มถ่วงของส่วนเล็ก ๆ ของเมฆโมเลกุล ขนาดยักษ์ มวลที่ยุบตัวส่วนใหญ่รวมตัวกันที่ศูนย์กลาง

การก่อตัวและวิวัฒนาการของระบบสุริยะ

ภาพจำลองของ จานดาวเคราะห์ก่อนกำเนิดโดยศิลปิน

การก่อตัวของระบบสุริยะเริ่มต้นเมื่อประมาณ 4.6 พันล้านปีก่อนด้วย การยุบตัวเนื่องจาก แรงโน้มถ่วงของส่วนเล็ก ๆ ของเมฆโมเลกุล ขนาดยักษ์ [ 1 ]มวลที่ยุบตัวส่วนใหญ่รวมตัวกันที่ศูนย์กลาง ก่อตัวเป็นดวงอาทิตย์ในขณะที่ส่วนที่เหลือแผ่ราบเป็นจานโปรโตแพลเนตารีซึ่งต่อมาได้ก่อกำเนิด ดาวเคราะห์ดวงจันทร์ ดาวเคราะห์ น้อยและวัตถุขนาดเล็กอื่น ๆ ในระบบสุริยะ

แบบจำลองนี้ ซึ่งรู้จักกันในชื่อสมมติฐานเนบิวลา ถูกพัฒนาขึ้น ครั้งแรกในศตวรรษที่ 18 โดยเอ็มมานูเอล สวีเดนบอร์กอิมมานูเอล คานต์และปิแอร์-ซีมอน ลาปลาซ การพัฒนาต่อมาได้ผสานรวมสาขาวิทยาศาสตร์ต่างๆ มากมาย รวมถึงดาราศาสตร์เคมีธรณีวิทยาฟิสิกส์และวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ตั้งแต่รุ่งอรุณของยุคอวกาศในทศวรรษ 1950 และการค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะในทศวรรษ 1990 แบบจำลองนี้ได้รับการท้าทายและปรับปรุงแก้ไขเพื่อให้สอดคล้องกับการสังเกตการณ์ใหม่ๆ

ระบบสุริยะได้วิวัฒนาการไปอย่างมากนับตั้งแต่การก่อตัวครั้งแรก ดวงจันทร์หลายดวงก่อตัวขึ้นจากจานก๊าซและฝุ่นที่โคจรรอบดาวเคราะห์แม่ ในขณะที่ดวงจันทร์อื่นๆ เชื่อกันว่าก่อตัวขึ้นอย่างอิสระและต่อมาถูกดาวเคราะห์ดึงดูดไว้ ส่วนดวงจันทร์อื่นๆ เช่นดวงจันทร์ ของโลก อาจเป็นผลมาจากการชนกันครั้งใหญ่การชนกันระหว่างวัตถุเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องจนถึงปัจจุบันและเป็นหัวใจสำคัญของการวิวัฒนาการของระบบสุริยะ นอกเหนือจากเนปจูน แล้ว ยังมีวัตถุขนาดเล็กกว่าดาวเคราะห์จำนวนมากก่อตัวขึ้น มีการสังเกต วัตถุที่อยู่เลยเนปจูนไปแล้ว หลายพันชิ้น ซึ่งแตกต่างจากดาวเคราะห์ วัตถุที่อยู่เลยเนปจูนเหล่านี้ส่วนใหญ่เคลื่อนที่ในวงโคจรวงรีที่เอียงออกจากระนาบของดาวเคราะห์ ตำแหน่งของดาวเคราะห์อาจเปลี่ยนไปเนื่องจากปฏิสัมพันธ์ของแรงโน้มถ่วง[ 2 ]กระบวนการเคลื่อนย้ายของดาวเคราะห์อธิบายโครงสร้างปัจจุบันบางส่วนของระบบสุริยะ[ 3 ]

ในอีกประมาณห้าพันล้านปีข้างหน้า พื้นผิวของดวงอาทิตย์จะเย็นลงเนื่องจากการหลอมรวมของไฮโดรเจนเป็นฮีเลียมจะหยุดลงในแกนกลางของดวงอาทิตย์ กลายเป็นดาวกึ่งยักษ์และในอีกสองพันล้านครึ่งถึงสามพันล้านปีถัดไป มันจะขยายตัวออกไปด้านนอกจนมีเส้นผ่านศูนย์กลางมากกว่าปัจจุบันหลายเท่า กลายเป็นดาวยักษ์แดงสองครั้ง โดยมีช่วงระหว่าง ระยะ RGBและAGB หลัก ก่อนที่จะสลัดชั้นนอกออกไปเป็นเนบิวลาดาวเคราะห์และทิ้งซากดาวฤกษ์ที่รู้จักกันในชื่อดาวแคระขาวในอนาคตอันไกลโพ้น แรงโน้มถ่วงของดาวฤกษ์ที่ผ่านไปจะค่อยๆ ลดจำนวนดาวเคราะห์ที่โคจรรอบดวงอาทิตย์ ดาวเคราะห์บางดวงจะถูกทำลาย และบางดวงจะถูกขับออกไปในอวกาศระหว่างดาวในที่สุด ในช่วงเวลาหลายหมื่นล้านปี มีความเป็นไปได้ว่าดวงอาทิตย์จะไม่มีวัตถุเดิมโคจรรอบมันอีกต่อไป[ 4 ]

ประวัติศาสตร์

ปิแอร์-ซีมอง ลาปลาซ หนึ่งในผู้ริเริ่มสมมติฐานเนบิวลา

แนวคิดเกี่ยวกับต้นกำเนิดและชะตากรรมของโลกมีมาตั้งแต่บันทึกที่เก่าแก่ที่สุดเท่าที่ทราบ อย่างไรก็ตาม ตลอดช่วงเวลานั้นเกือบทั้งหมด ไม่มีการพยายามเชื่อมโยงทฤษฎีดังกล่าวกับการมีอยู่ของ "ระบบสุริยะ" เพียงเพราะโดยทั่วไปแล้วไม่มีใครคิดว่าระบบสุริยะในความหมายที่เราเข้าใจในปัจจุบันนั้นมีอยู่จริง ขั้นตอนแรกสู่ทฤษฎีการก่อตัวและวิวัฒนาการของระบบสุริยะคือการยอมรับโดยทั่วไปของทฤษฎีสุริยจักรวาลซึ่งวางดวงอาทิตย์ไว้ที่ศูนย์กลางของระบบและโลกโคจรรอบดวงอาทิตย์ กระบวนการนี้เริ่มต้นด้วยนิโคลัส โคเปอร์นิคัสในปี 1543 และดำเนินต่อไปตลอดช่วงการปฏิวัติวิทยาศาสตร์การใช้คำว่า "ระบบสุริยะ" ที่บันทึกไว้ครั้งแรกมีขึ้นในปี 1704 [ 5 ]

ทฤษฎีมาตรฐานปัจจุบันเกี่ยวกับการก่อตัวของระบบสุริยะ ซึ่งก็คือสมมติฐานเนบิวลาได้รับความนิยมและไม่ได้รับความนิยมสลับกันไปมาตั้งแต่ที่เอ็มมานูเอล สวีเดนบอร์กอิมมานูเอล คานต์และปิแอร์-ไซมอน ลาปลาซ ได้กำหนดขึ้น ในศตวรรษที่ 18 คำวิจารณ์ที่สำคัญที่สุดของสมมติฐานนี้คือความไม่สามารถอธิบายโมเมนตัมเชิงมุม ที่ค่อนข้างน้อยของดวงอาทิตย์ เมื่อเทียบกับดาวเคราะห์ได้[ 6 ]อย่างไรก็ตาม ตั้งแต่ต้นทศวรรษ 1980 การศึกษาดาวฤกษ์อายุน้อยได้แสดงให้เห็นว่าพวกมันถูกล้อมรอบด้วยแผ่นดิสก์เย็นของฝุ่นและก๊าซ ซึ่งตรงกับที่สมมติฐานเนบิวลาทำนายไว้ ทำให้สมมติฐานนี้ได้รับการยอมรับอีกครั้ง[ 7 ]

ความเข้าใจเกี่ยวกับวิวัฒนาการของดวงอาทิตย์นั้นจำเป็นต้องมีความเข้าใจถึงแหล่งพลังงานของมันการยืนยันทฤษฎี สัมพัทธภาพ ของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ โดย อาร์เธอร์ สแตนลีย์ เอ็ดดิงตันทำให้เขาตระหนักว่าพลังงานของดวงอาทิตย์มาจาก ปฏิกิริยา ฟิวชั่นนิวเคลียร์ในแกนกลาง ซึ่งหลอมรวมไฮโดรเจนเป็นฮีเลียม[ 8 ]ในปี 1935 เอ็ดดิงตันได้ก้าวไปอีกขั้นและเสนอว่าอาจมีธาตุอื่นๆ เกิดขึ้นภายในดาวฤกษ์ด้วย[ 9 ]เฟรด ฮอยล์ได้ขยายความสมมติฐานนี้โดยโต้แย้งว่าดาวฤกษ์ที่วิวัฒนาการแล้วที่เรียกว่าดาวยักษ์แดงได้สร้างธาตุหลายชนิดที่หนักกว่าไฮโดรเจนและฮีเลียมในแกนกลาง เมื่อดาวยักษ์แดงสลัดชั้นนอกออกไปในที่สุด ธาตุเหล่านี้ก็จะถูกนำกลับมาใช้ใหม่เพื่อสร้างระบบดาวฤกษ์อื่นๆ[ 9 ]

การก่อตัว

เนบิวลาก่อนดวงอาทิตย์

สมมติฐานเนบิวลากล่าวว่าระบบสุริยะก่อตัวขึ้นจาก การยุบตัวเนื่องจาก แรงโน้มถ่วงของเศษเมฆโมเลกุล ขนาดยักษ์ ซึ่งน่าจะอยู่ที่ขอบของฟองวูล์ฟ-เรย์เยต [ 10 ] อย่างไรก็ตามมันไม่ใช่การยุบตัวโดยตรง เนื่องจากแรงดันภายในของเมฆช่วยพยุงมันไว้ การยุบตัวจึงต้องถูกกระตุ้นด้วยแรงภายในหรือภายนอก เช่น การไหลออกสองขั้วของดาวฤกษ์อายุน้อยหรือการระเบิดของซูเปอร์โนวา[ 11 ]เมฆมีขนาดประมาณ 20  พาร์เซก (pc) หรือประมาณ 65  ปีแสง (ly) [ 11 ]ในขณะที่เศษของเมฆนี้มีขนาดประมาณ 1 pc (~3.26 ly) [ 12 ]การยุบตัวเพิ่มเติมของเศษเหล่านี้ทำให้เกิดแกนกลางหนาแน่น  ขนาด 0.01–0.1 พาร์เซก (2,000–20,000 AU ) [ a ] ​​[ 11 ] [ 13 ]หนึ่งในเศษชิ้นส่วนที่ยุบตัวลงเหล่านี้ (ที่รู้จักกันในชื่อเนบิวลาก่อนดวงอาทิตย์ ) ได้ก่อตัวเป็นสิ่งที่ต่อมากลายเป็นระบบสุริยะ[ 14 ]องค์ประกอบของบริเวณนี้ซึ่งมีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์เล็กน้อย ( M ) มีลักษณะคล้ายคลึงกับดวงอาทิตย์ในปัจจุบัน โดยมีไฮโดรเจนพร้อมด้วยฮีเลียม และ ลิเธียมในปริมาณเล็กน้อยที่เกิดจากการสังเคราะห์นิวเคลียสในบิ๊กแบงประกอบเป็นมวลประมาณ 98% มวลที่เหลืออีก 2% ประกอบด้วยธาตุหนักที่ถูกสร้างขึ้นโดยการสังเคราะห์นิวเคลียสในดาวฤกษ์รุ่นก่อนๆ[ 15 ]ในช่วงปลายชีวิตของดาวฤกษ์เหล่านี้ พวกมันได้ปล่อยธาตุหนักออกสู่ ส สารระหว่างดาว[ 16 ]นักวิทยาศาสตร์บางคนได้ตั้งชื่อดาวฤกษ์สมมติที่ระเบิดเป็นซูเปอร์โนวาและสร้างเนบิวลาก่อนดวงอาทิตย์ว่า Coatlicue

จากสถิติ แล้ว ดวงอาทิตย์น่าจะเกิดพร้อมกับดาวฤกษ์อื่นๆ อีกมากมายในกระจุกดาวที่มีจำนวนตั้งแต่ไม่กี่สิบดวงไปจนถึงหลายพันดวง กระจุกดาวที่ดวงอาทิตย์อาจเกิดมีสองประเภท ได้แก่ กระจุกดาวที่อุดมสมบูรณ์และกระจุกดาวที่ยากจน กระจุกดาวที่อุดมสมบูรณ์คล้ายกับเนบิวลาโอไรออนประกอบด้วยดาวฤกษ์มวลมากที่ร้อนจัดจำนวนมากซึ่งจะผลิตรังสี UVและรังสีเอ็กซ์กระจุกดาวที่ยากจนนั้นฝังตัวอยู่ลึกภายในเมฆโมเลกุลและไม่มีดาวฤกษ์มวลมากอยู่ใกล้เคียง หากดวงอาทิตย์เกิดในกระจุกดาวที่อุดมสมบูรณ์ จานของมันจะถูกตัดเหลือเพียงประมาณ 50 AU เว้นแต่ว่ามันจะตั้งอยู่บริเวณรอบนอกของกระจุกดาว อย่างไรก็ตาม ระบบสุริยะมีวัตถุที่อยู่ไกลออกไป เช่น ดาวเคราะห์แคระเซดนาทำให้สถานการณ์นี้ไม่น่าเป็นไปได้[ 11 ]

ภาพจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล แสดงให้เห็นจานดาวเคราะห์ก่อนกำเนิดในเนบิวลาโอไรออนซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดดาวฤกษ์ขนาดประมาณ 25 ปีแสง และคาดว่ามีลักษณะคล้ายกับเนบิวลาดั้งเดิมที่ก่อกำเนิดดวงอาทิตย์

ส่วนประกอบที่เก่าแก่ที่สุดที่พบในอุกกาบาตซึ่งเชื่อกันว่าเป็นร่องรอยของวัสดุแข็งแรกที่ก่อตัวขึ้นในเนบิวลาก่อนกำเนิดดวงอาทิตย์ มีอายุ 4,568.2 ล้านปี ซึ่งถือเป็นนิยามหนึ่งของอายุของระบบสุริยะ[ 1 ]การศึกษาอุกกาบาตโบราณเผยให้เห็นร่องรอยของนิวเคลียสลูกสาวที่เสถียรของไอโซโทปที่มีอายุสั้น เช่นเหล็ก-60ซึ่งก่อตัวขึ้นเฉพาะในดาวฤกษ์ที่ระเบิดและมีอายุสั้นเท่านั้น สิ่งนี้บ่งชี้ว่ามีซูเปอร์โนวาเกิดขึ้นอย่างน้อยหนึ่งครั้งในบริเวณใกล้เคียงคลื่นกระแทกจากซูเปอร์โนวาอาจกระตุ้นการก่อตัวของดวงอาทิตย์โดยการสร้างบริเวณที่มีความหนาแน่นค่อนข้างสูงภายในเมฆ ทำให้บริเวณเหล่านี้ยุบตัวลง[ 17 ] [ 18 ]การกระจายตัวของเหล็ก-60 ที่มีความสม่ำเสมอสูงในระบบสุริยะ ชี้ให้เห็นว่าการเกิดซูเปอร์โนวาและการฉีดเหล็ก-60 เกิดขึ้นก่อนการรวมตัวของฝุ่นเนบิวลาเข้าสู่วัตถุของดาวเคราะห์[ 19 ]เนื่องจากมีเพียงดาวฤกษ์ขนาดใหญ่ที่มีอายุสั้นเท่านั้นที่สร้างซูเปอร์โนวา ดวงอาทิตย์จึงต้องก่อตัวขึ้นในบริเวณก่อกำเนิดดาวฤกษ์ขนาดใหญ่ที่สร้างดาวฤกษ์ขนาดใหญ่ ซึ่งอาจคล้ายกับเนบิวลาโอไรออน [ 20 ] [ 21 ] การศึกษาโครงสร้างของแถบไคเปอร์และวัสดุที่ผิดปกติภายในนั้นชี้ให้เห็นว่าดวงอาทิตย์ก่อตัวขึ้นภายในกระจุกดาวที่มีดาวฤกษ์ระหว่าง 1,000 ถึง 10,000 ดวง โดยมีเส้นผ่านศูนย์กลางระหว่าง 6.5 ถึง 19.5 ปีแสง และมวลรวม 3,000  M กระจุกดาวนี้เริ่มแตกออกระหว่าง 135 ล้านถึง 535 ล้านปีหลังจากการก่อตัว[ 22 ] [ 23 ]การจำลองหลายครั้งของดวงอาทิตย์อายุน้อยของเราที่ปฏิสัมพันธ์กับดาวฤกษ์ที่โคจรผ่านใกล้ ๆ ในช่วง 100 ล้านปีแรกของชีวิต ทำให้เกิดวงโคจรที่ผิดปกติที่สังเกตได้ในระบบสุริยะชั้นนอก เช่นวัตถุที่แยกตัวออก[ 24 ]การศึกษาล่าสุดชี้ให้เห็นว่าดาวฤกษ์ที่ผ่านไปนั้นไม่เพียงแต่รับผิดชอบต่อวงโคจรของวัตถุที่แยกตัวออกเท่านั้น แต่ยังรวมถึงประชากรแถบไคเปอร์ร้อนและเย็นวัตถุคล้ายเซดนา วัตถุ TNO สุดขั้วและวัตถุ TNO ย้อนกลับด้วย[ 25 ]

เนื่องจากการอนุรักษ์โมเมนตัมเชิงมุมเนบิวลาจึงหมุนเร็วขึ้นเมื่อยุบตัวลง เมื่อวัสดุภายในเนบิวลาควบแน่นอุณหภูมิก็สูงขึ้นศูนย์กลางซึ่งเป็นที่ที่มวลส่วนใหญ่รวมตัวกันนั้นร้อนขึ้นเรื่อยๆ เมื่อเทียบกับจานรอบข้าง[ 12 ]ในช่วงเวลาประมาณ 100,000 ปี[ 11 ]แรงที่แข่งขันกันของแรงโน้มถ่วงความดันก๊าซ สนามแม่เหล็ก และการหมุน ทำให้เนบิวลาที่หดตัวแบนราบลงกลายเป็นจานโปรโตแพลนเทรี ที่หมุนอยู่ โดยมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 200 AU [ 12 ] และก่อตัวเป็น ดาวฤกษ์แรกเริ่มที่ร้อนและหนาแน่น(ดาวฤกษ์ที่การหลอมรวมไฮโดรเจนยังไม่เริ่มต้น) ที่ศูนย์กลาง[ 26 ]เนื่องจากดาวฤกษ์ที่รู้จักประมาณครึ่งหนึ่งก่อตัวเป็นระบบดาวหลายดวงและเนื่องจากดาวพฤหัสบดีประกอบด้วยธาตุเดียวกันกับดวงอาทิตย์ (ไฮโดรเจนและฮีเลียม) จึงมีการเสนอแนะว่าระบบสุริยะอาจอยู่ในระยะเริ่มต้นของการก่อตัวเป็นระบบดาวฤกษ์แรกเริ่ม โดยดาวพฤหัสบดีเป็นดาวฤกษ์แรกเริ่มดวงที่สองแต่ไม่สำเร็จ แต่ดาวพฤหัสบดีมีมวลน้อยเกินไปที่จะกระตุ้นปฏิกิริยาฟิวชันในแกนกลาง จึงกลายเป็นดาวเคราะห์แก๊สยักษ์อันที่จริงแล้วดาวพฤหัสบดีมีอายุน้อยกว่าดวงอาทิตย์และเป็นดาวเคราะห์ที่เก่าแก่ที่สุดในระบบสุริยะ[ 27 ] [ 28 ]

ณ จุดนี้ใน วิวัฒนาการของดวงอาทิตย์เชื่อกันว่าดวงอาทิตย์เคยเป็นดาวฤกษ์ประเภท T Tauri [ 29 ] การศึกษาดาวฤกษ์ประเภท T Tauri แสดงให้เห็นว่ามักจะมีจานของสสารก่อนดาวเคราะห์ที่มีมวล 0.001–0.1  M ☉ อยู่ ด้วย[ 30 ]จานเหล่านี้ขยายออกไปได้หลายร้อย  AUกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลได้สังเกตเห็นจานดาวเคราะห์ก่อนกำเนิดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางถึง 1,000 AU ในบริเวณที่เกิดดาวฤกษ์เช่น เนบิวลาโอไรออน[ 31 ] —และค่อนข้างเย็น โดยมีอุณหภูมิพื้นผิวเพียงประมาณ 1,000 K (730 °C; 1,340 °F) ในจุดที่ร้อนที่สุด[ 32 ] ภายใน 50 ล้านปี อุณหภูมิและความดันที่แกนกลางของดวงอาทิตย์เพิ่มสูงขึ้นมากจนไฮโดรเจนเริ่มหลอมรวมกัน ทำให้เกิดแหล่งพลังงานภายในที่ต้านทานการหดตัวจากแรงโน้มถ่วงจนกระทั่งถึงสมดุลอุทกสถิต[ 33 ]นี่เป็นสัญญาณบ่งบอกว่าดวงอาทิตย์เข้าสู่ช่วงหลักของชีวิต ซึ่งเรียกว่าลำดับหลักดาวฤกษ์ลำดับหลักได้รับพลังงานจากการหลอมรวมไฮโดรเจนเป็นฮีเลียมในแกนกลาง ดวงอาทิตย์ยังคงเป็นดาวฤกษ์ลำดับหลักในปัจจุบัน[ 34 ]

เมื่อระบบสุริยะยุคแรกเริ่มวิวัฒนาการต่อไป ในที่สุดมันก็ค่อยๆ เคลื่อนตัวออกห่างจากดาวฤกษ์ดวงอื่นๆ ในแหล่งกำเนิดดาวฤกษ์ และโคจรรอบศูนย์กลางของกาแล็กซีทางช้างเผือกเพียงลำพัง ดวงอาทิตย์น่าจะเคลื่อนตัวออกจากระยะวงโคจรเดิมจากศูนย์กลางของกาแล็กซี ประวัติทางเคมีของดวงอาทิตย์บ่งชี้ว่ามันอาจก่อตัวขึ้นใกล้กับแกนกลางของกาแล็กซีมากขึ้นถึง 3 กิโลพาร์เซก[ 35 ]

สภาพแวดล้อมการกำเนิดระบบสุริยะ

เช่นเดียวกับดาวฤกษ์ส่วนใหญ่ ดวงอาทิตย์น่าจะไม่ได้ก่อตัวขึ้นอย่างโดดเดี่ยว แต่เป็นส่วนหนึ่งของกระจุกดาว อายุ น้อย[ 36 ]มีข้อบ่งชี้หลายประการที่บอกเป็นนัยว่าสภาพแวดล้อมของกระจุกดาวมีอิทธิพลต่อระบบสุริยะที่ยังอายุน้อยและกำลังก่อตัวอยู่ ตัวอย่างเช่น การลดลงของมวลที่อยู่เลยดาวเนปจูนและวงโคจรวงรีสุดขั้วของดาวเซดนาได้รับการตีความว่าเป็นสัญญาณบ่งชี้ว่าระบบสุริยะได้รับอิทธิพลจากสภาพแวดล้อมการกำเนิด ไม่ว่าการมีอยู่ของไอโซโทปเหล็ก-60และอะลูมิเนียม-26จะสามารถตีความได้ว่าเป็นสัญญาณของกระจุกดาวกำเนิดที่มีดาวฤกษ์ขนาดใหญ่หรือไม่นั้นยังคงเป็นที่ถกเถียงกันอยู่ หากดวงอาทิตย์เป็นส่วนหนึ่งของกระจุกดาว มันอาจได้รับอิทธิพลจากการโคจร ผ่านใกล้ ๆ ของดาวฤกษ์ดวงอื่น การแผ่รังสีที่รุนแรงของดาวฤกษ์ขนาดใหญ่ ที่อยู่ใกล้เคียง และการพุ่งออกมาจากซูเปอร์โนวาที่เกิดขึ้นในบริเวณใกล้เคียง

ประเภทของกระจุกดาวที่ดวงอาทิตย์อาจเคยอยู่ก็มีความสำคัญเช่นกัน และมันอาจเกิดมาในหนึ่งในสองขั้ว: กระจุกดาวที่อุดมสมบูรณ์และกระจุกดาวที่ขาดแคลน ในกระจุกดาวที่อุดมสมบูรณ์คล้ายกับที่พบในเนบิวลาโอไรออน สภาพแวดล้อมเต็มไปด้วยดาวฤกษ์มวลมากที่ร้อนจัดซึ่งผลิต รังสี UVและ รังสี เอ็กซ์ จำนวนมาก ผลกระทบของรังสีนี้คือการตัดทอนจานรอบดาวฤกษ์ขนาดเล็กเช่นดวงอาทิตย์ หากดวงอาทิตย์มีอยู่ในกระจุกดาวเหล่านี้ จานของมันจะถูกตัดทอนเหลือเพียงประมาณ 50 AU เท่านั้น ทางเดียวที่จะหลีกเลี่ยงผลกระทบของการตัดทอนได้ก็ต่อเมื่อดวงอาทิตย์ตั้งอยู่บริเวณรอบนอกของกระจุกดาว ในกระจุกดาวที่ขาดแคลนคล้ายกับที่พบในกระจุกดาวงู ดวงอาทิตย์จะฝังตัวอยู่ลึกภายในเมฆโมเลกุลโดยไม่มีดาวฤกษ์มวลมาก ในกรณีนี้ จานจึงสามารถรักษาขนาดใหญ่ไว้ได้ หลักฐานที่แสดงว่าดวงอาทิตย์ไม่ได้เกิดในกระจุกดาวที่อุดมสมบูรณ์คือการมีอยู่ของดาวเคราะห์แคระที่ตั้งอยู่ในระยะทางไกล เช่นเซดนา[ 11 ]

การก่อตัวของดาวเคราะห์

ภาพประกอบแสดงจานดาวเคราะห์ก่อนกำเนิดซึ่งเคยล้อมรอบดวงอาทิตย์

เชื่อกันว่าดาวเคราะห์ต่างๆ ก่อตัวขึ้นจากเนบิวลาสุริยะ ซึ่งเป็นกลุ่มก๊าซและฝุ่นรูปจานที่เหลือจากการก่อตัวของดวงอาทิตย์[ 37 ]วิธีการที่ได้รับการยอมรับในปัจจุบันในการก่อตัวของดาวเคราะห์คือการรวมตัวซึ่งดาวเคราะห์เริ่มต้นจากเม็ดฝุ่นที่โคจรรอบดาวฤกษ์ต้นกำเนิด ผ่านการสัมผัสโดยตรงและการจัดระเบียบตัวเองเม็ดฝุ่นเหล่านี้ก่อตัวเป็นก้อนที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางสูงสุด 200 เมตร (660 ฟุต) ซึ่งต่อมาชนกันเพื่อก่อตัวเป็นวัตถุขนาดใหญ่ขึ้น ( ดาวเคราะห์น้อย ) ที่มีขนาดประมาณ 10 กิโลเมตร (6.2 ไมล์) วัตถุเหล่านี้ค่อยๆ เพิ่มขนาดขึ้นผ่านการชนกันเพิ่มเติม โดยเติบโตในอัตราเซนติเมตรต่อปีในช่วงหลายล้านปีต่อมา[ 38 ]

ระบบสุริยะชั้นใน ซึ่งเป็นบริเวณของระบบสุริยะที่อยู่ภายในระยะ 4 AU นั้นร้อนเกินไปสำหรับ โมเลกุล ระเหยง่ายเช่น น้ำและมีเทนที่จะควบแน่น ดังนั้นดาวเคราะห์น้อยที่ก่อตัวขึ้นที่นั่นจึงสามารถก่อตัวได้จากสารประกอบที่มีจุดหลอมเหลวสูง เช่น โลหะ (เช่นเหล็กนิเกลและอะลูมิเนียม ) และซิลิเกต ที่เป็นหิน วัตถุที่เป็นหินเหล่านี้จะกลายเป็นดาวเคราะห์ภาคพื้นดิน ( ดาวพุธดาวศุกร์โลกและดาวอังคาร ) สารประกอบเหล่านี้ค่อนข้างหายากในจักรวาล ประกอบด้วยมวลเพียง 0.6% ของเนบิวลา ดังนั้นดาวเคราะห์ภาคพื้นดินจึงไม่สามารถเติบโตได้ใหญ่มาก[ 12 ]ตัวอ่อนของดาวเคราะห์ภาคพื้นดินเติบโตจนมีมวลประมาณ 0.05 เท่าของมวลโลก ( M 🜨 ) และหยุดการสะสมสสารประมาณ 100,000 ปีหลังจากการก่อตัวของดวงอาทิตย์ การชนและการรวมตัวกันในภายหลังระหว่างวัตถุขนาดเท่าดาวเคราะห์เหล่านี้ทำให้ดาวเคราะห์ภาคพื้นดินเติบโตจนมีขนาดในปัจจุบัน[ 39 ]

เมื่อดาวเคราะห์ภาคพื้นดินกำลังก่อตัว พวกมันยังคงจมอยู่ในจานก๊าซและฝุ่น ความดันช่วยพยุงก๊าซไว้บางส่วน ทำให้ก๊าซไม่โคจรรอบดวงอาทิตย์เร็วเท่ากับดาวเคราะห์แรงต้านที่เกิดขึ้นและที่สำคัญกว่านั้นคือ ปฏิสัมพันธ์ของแรงโน้มถ่วงกับวัสดุโดยรอบ ทำให้เกิดการถ่ายโอนโมเมนตัมเชิงมุมและเป็นผลให้ดาวเคราะห์ค่อยๆ เคลื่อนตัวไปยังวงโคจรใหม่ แบบจำลองแสดงให้เห็นว่าการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นและอุณหภูมิในจานควบคุมอัตราการเคลื่อนตัวนี้[ 40 ] [ 41 ]แต่แนวโน้มโดยรวมคือดาวเคราะห์ชั้นในจะเคลื่อนตัวเข้าด้านในเมื่อจานสลายไป ทำให้ดาวเคราะห์อยู่ในวงโคจรปัจจุบัน[ 42 ]

ดาวเคราะห์ยักษ์ ( ดาวพฤหัสบดีดาวเสาร์ ดาวยูเรนัสและดาวเนปจูน ) ก่อตัวขึ้นไกลออกไป นอกเหนือเส้นน้ำแข็งซึ่งเป็นจุดระหว่างวงโคจรของดาวอังคารและดาวพฤหัสบดี ที่ซึ่งวัสดุเย็นพอที่สารประกอบน้ำแข็งระเหยจะยังคงเป็นของแข็งได้ น้ำแข็งที่ก่อตัวเป็น ดาวเคราะห์ ยักษ์มีปริมาณมากกว่าโลหะและซิลิเกตที่ก่อตัวเป็นดาวเคราะห์ภาคพื้นดิน ทำให้ดาวเคราะห์ยักษ์มีมวลมากพอที่จะดักจับไฮโดรเจนและฮีเลียม ซึ่งเป็นธาตุ ที่เบาที่สุดและ มีปริมาณ มากที่สุด [ 12 ]ดาวเคราะห์น้อยที่อยู่นอกเหนือเส้นน้ำแข็งสะสมมวลได้มากถึง4 เท่า ของ มวลดวง อาทิตย์ภายในเวลาประมาณ 3 ล้านปี[ 39 ]ปัจจุบัน ดาวเคราะห์ยักษ์ทั้งสี่ดวงประกอบกันเป็นมวลเกือบ 99% ของมวลทั้งหมดที่โคจรรอบดวงอาทิตย์[ b ]นักทฤษฎีเชื่อว่าไม่ใช่เรื่องบังเอิญที่ดาวพฤหัสบดีอยู่เลยเส้นน้ำแข็งไปเล็กน้อย เนื่องจากเส้นน้ำแข็งสะสมน้ำจำนวนมากจากการระเหยของวัสดุน้ำแข็งที่ตกลงมา ทำให้เกิดบริเวณที่มีความดันต่ำกว่า ซึ่งเพิ่มความเร็วของอนุภาคฝุ่นที่โคจรและหยุดการเคลื่อนที่ของพวกมันเข้าหาดวงอาทิตย์ ในทางปฏิบัติ เส้นน้ำแข็งทำหน้าที่เป็นกำแพงที่ทำให้วัสดุสะสมตัวอย่างรวดเร็วที่ระยะประมาณ 5 AU จากดวงอาทิตย์ วัสดุส่วนเกินนี้รวมตัวกันเป็นเอ็มบริโอขนาดใหญ่ (หรือแกนกลาง) ที่มีมวลประมาณ10  M 🜨ซึ่งเริ่มสะสมเปลือกหุ้มโดยการสะสมก๊าซจากจานรอบข้างในอัตราที่เพิ่มขึ้นเรื่อยๆ[ 43 ] [ 44 ]เมื่อมวลของเปลือกหุ้มเท่ากับมวลของแกนกลางที่เป็นของแข็ง การเติบโตก็ดำเนินไปอย่างรวดเร็วมาก โดยมีมวลประมาณ 150 เท่าของมวลโลกในเวลาประมาณ 10 5 ปีหลังจากนั้น และในที่สุด ก็ มีมวลสูงสุดที่318  M 🜨 [ 45 ]ดาวเสาร์อาจมีมวลน้อยกว่ามากเนื่องจากก่อตัวขึ้นหลังจากดาวพฤหัสบดีไม่กี่ล้านปี เมื่อมีก๊าซให้ใช้บริโภคน้อยกว่า[ 39 ] [ 46 ]

ดาวฤกษ์ T Tauriเช่นดวงอาทิตย์อายุน้อยมีลมดาวฤกษ์ ที่รุนแรง กว่าดาวฤกษ์ที่มีเสถียรภาพและอายุมากกว่ามาก เชื่อกันว่ายูเรนัสและเนปจูนก่อตัวขึ้นหลังจากดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์ เมื่อลมสุริยะ ที่รุนแรง ได้พัดเอาวัสดุจานออกไปเป็นจำนวนมาก ส่งผลให้ดาวเคราะห์เหล่านั้นสะสมไฮโดรเจนและฮีเลียมได้น้อยมาก ไม่เกิน1  M 🜨ต่อดวง ยูเรนัสและเนปจูนบางครั้งถูกเรียกว่าแกนที่ล้มเหลว[ 47 ]ปัญหาหลักของทฤษฎีการก่อตัวของดาวเคราะห์เหล่านี้คือช่วงเวลาของการก่อตัว ในตำแหน่งปัจจุบันจะต้องใช้เวลาหลายล้านปีเพื่อให้แกนของพวกมันสะสมตัว[ 46 ]ซึ่งหมายความว่ายูเรนัสและเนปจูนอาจก่อตัวขึ้นใกล้กับดวงอาทิตย์มากขึ้น ใกล้หรือแม้กระทั่งระหว่างดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์ ต่อมาจึงเคลื่อนย้ายหรือถูกขับออกไปด้านนอก (ดูการเคลื่อนย้ายของดาวเคราะห์ด้านล่าง) [ 47 ] [ 3 ]การเคลื่อนที่ในยุคดาวเคราะห์น้อยไม่ได้มุ่งเข้าหาดวงอาทิตย์ทั้งหมด ตัวอย่างฝุ่นดาวที่ส่งคืนจากดาวหางไวลด์ 2แสดงให้เห็นว่าวัสดุจากการก่อตัวของระบบสุริยะในช่วงแรกได้เคลื่อนย้ายจากบริเวณระบบสุริยะชั้นในที่อบอุ่นกว่าไปยังบริเวณแถบไคเปอร์[ 48 ]

หลังจากผ่านไประหว่างสามถึงสิบล้านปี[ 39 ]ลมสุริยะของดวงอาทิตย์ที่ยังเยาว์วัยจะพัดเอาแก๊สและฝุ่นทั้งหมดในจานโปรโตแพลนเทรียนต์ออกไป พัดพาไปสู่อวกาศระหว่างดาวฤกษ์ ทำให้การเติบโตของดาวเคราะห์สิ้นสุดลง[ 49 ] [ 50 ]

วิวัฒนาการที่ตามมา

เดิมทีเชื่อกันว่าดาวเคราะห์ก่อตัวขึ้นในหรือใกล้กับวงโคจรปัจจุบันของพวกมัน แต่เรื่องนี้ถูกตั้งคำถามในช่วง 20 ปีที่ผ่านมา ปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์ด้านดาวเคราะห์หลายคนคิดว่าระบบสุริยะอาจมีลักษณะที่แตกต่างออกไปมากหลังจากก่อตัวครั้งแรก: อาจมีวัตถุที่มีมวลอย่างน้อยเท่ากับดาวพุธหลายดวงอยู่ในระบบสุริยะชั้นใน ระบบสุริยะชั้นนอกอาจมีขนาดกะทัดรัดกว่าที่เป็นอยู่ในปัจจุบันมาก และแถบไคเปอร์อาจอยู่ใกล้ดวงอาทิตย์มากกว่าที่ เป็นอยู่ [ 51 ]

ดาวเคราะห์ภาคพื้นดิน

เมื่อสิ้นสุดยุคการก่อตัวของดาวเคราะห์ ระบบสุริยะชั้นในเต็มไปด้วยดาวเคราะห์ก่อนเกิดขนาดเท่า ดวงจันทร์ถึง ดาวอังคาร จำนวน 50–100 ดวง [ 52 ] [ 53 ]การเติบโตต่อไปเป็นไปได้ก็ต่อเมื่อวัตถุเหล่านี้ชนกันและรวมตัวกัน ซึ่งใช้เวลาน้อยกว่า 100 ล้านปี วัตถุเหล่านี้จะมีปฏิสัมพันธ์กันทางแรงโน้มถ่วง ดึงดูดวงโคจรของกันและกันจนกระทั่งชนกัน เติบโตใหญ่ขึ้นจนกระทั่งดาวเคราะห์ภาคพื้นดินทั้งสี่ดวงที่เรารู้จักในปัจจุบันก่อตัวขึ้น[ 39 ]เชื่อกันว่าการชนกันครั้งใหญ่ครั้งหนึ่งได้ก่อให้เกิดดวงจันทร์ (ดูดวงจันทร์ด้านล่าง) ในขณะที่อีกครั้งหนึ่งได้กำจัดเปลือกนอกของดาวพุธที่ ยังเยาว์วัย [ 54 ]

ประเด็นที่ยังแก้ไม่ตกในแบบจำลองนี้คือ แบบจำลองนี้ไม่สามารถอธิบายได้ว่าวงโคจรเริ่มต้นของดาวเคราะห์ก่อนโลก ซึ่งจะต้องมีวงโคจรที่เยื้องศูนย์สูงมากเพื่อที่จะชนกันนั้น ทำให้เกิดวงโคจรที่เสถียรและเกือบเป็นวงกลมอย่างน่าทึ่งในปัจจุบันได้อย่างไร[ 52 ]สมมติฐานหนึ่งสำหรับ "การลดความเยื้องศูนย์" นี้คือ ดาวเคราะห์ก่อนโลกก่อตัวขึ้นในจานก๊าซที่ยังไม่ถูกขับออกมาจากดวงอาทิตย์ " แรงดึงดูด " ของก๊าซที่เหลืออยู่นี้จะลดพลังงานของดาวเคราะห์ลงในที่สุด ทำให้วงโคจรของพวกมันราบเรียบขึ้น[ 53 ]อย่างไรก็ตาม ก๊าซดังกล่าว หากมีอยู่จริง ก็จะป้องกันไม่ให้วงโคจรของดาวเคราะห์ก่อนโลกเยื้องศูนย์มากขนาดนี้ตั้งแต่แรก[ 39 ]สมมติฐานอีกประการหนึ่งคือ แรงดึงดูดไม่ได้เกิดขึ้นระหว่างดาวเคราะห์กับก๊าซที่เหลืออยู่ แต่เกิดขึ้นระหว่างดาวเคราะห์กับวัตถุขนาดเล็กที่เหลืออยู่ ขณะที่วัตถุขนาดใหญ่เคลื่อนที่ผ่านกลุ่มวัตถุขนาดเล็ก วัตถุขนาดเล็กที่ถูกดึงดูดด้วยแรงโน้มถ่วงของดาวเคราะห์ขนาดใหญ่จะก่อตัวเป็นบริเวณที่มีความหนาแน่นสูงขึ้น เรียกว่า "ร่องรอยแรงโน้มถ่วง" ในเส้นทางของวัตถุขนาดใหญ่ เมื่อเป็นเช่นนั้น แรงโน้มถ่วงที่เพิ่มขึ้นของร่องรอยแรงโน้มถ่วงจะทำให้วัตถุขนาดใหญ่เคลื่อนที่ช้าลงและโคจรเป็นวงโคจรที่สม่ำเสมอมากขึ้น[ 55 ]

แถบดาวเคราะห์น้อย

ขอบนอกของบริเวณโลก ระหว่าง 2 ถึง 4 AU จากดวงอาทิตย์ เรียกว่าแถบดาวเคราะห์น้อย แถบดาวเคราะห์น้อยในตอนแรกมีสสารมากเกินพอที่จะก่อตัวเป็นดาวเคราะห์คล้ายโลกได้ 2-3 ดวง และที่จริงแล้วดาวเคราะห์ น้อยจำนวนมาก ก่อตัวขึ้นที่นั่น เช่นเดียวกับดาวเคราะห์โลก ดาวเคราะห์น้อยในบริเวณนี้ต่อมารวมตัวกันและก่อตัวเป็นตัวอ่อนดาวเคราะห์ ขนาดเท่าดวงจันทร์ถึงดาวอังคาร 20-30 ดวง[ 56 ]อย่างไรก็ตาม ความใกล้ชิดของดาวพฤหัสบดีหมายความว่าหลังจากที่ดาวเคราะห์ดวงนี้ก่อตัวขึ้น 3 ล้านปีหลังจากดวงอาทิตย์ ประวัติศาสตร์ของบริเวณนี้ก็เปลี่ยนแปลงไปอย่างมาก[ 52 ]การสั่นพ้องของวงโคจรกับดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์นั้นแข็งแกร่งเป็นพิเศษในแถบดาวเคราะห์น้อย และปฏิสัมพันธ์ของแรงโน้มถ่วงกับตัวอ่อนที่มีมวลมากกว่าทำให้ดาวเคราะห์น้อยจำนวนมากกระจัดกระจายเข้าไปในการสั่นพ้องเหล่านั้น แรงโน้มถ่วงของดาวพฤหัสบดีเพิ่มความเร็วของวัตถุภายในการสั่นพ้องเหล่านี้ ทำให้พวกมันแตกกระจายเมื่อชนกับวัตถุอื่น แทนที่จะรวมตัวกัน[ 57 ]

ขณะที่ดาวพฤหัสบดีเคลื่อนตัวเข้ามาด้านในหลังจากก่อตัวขึ้น (ดูการเคลื่อนตัวของดาวเคราะห์ด้านล่าง) การสั่นพ้องจะกวาดไปทั่วแถบดาวเคราะห์น้อย กระตุ้นประชากรในภูมิภาคอย่างมีพลวัตและเพิ่มความเร็วสัมพัทธ์ระหว่างกัน[ 58 ]การกระทำสะสมของการสั่นพ้องและตัวอ่อนทำให้ดาวเคราะห์น้อยกระจัดกระจายออกไปจากแถบดาวเคราะห์น้อยหรือกระตุ้น ความเอียง และความเยื้องศูนย์ของวงโคจร[ 56 ] [ 59 ]ตัวอ่อนขนาดใหญ่บางส่วนก็ถูกดาวพฤหัสบดีขับออกไป ในขณะที่บางส่วนอาจเคลื่อนตัวไปยังระบบสุริยะชั้นในและมีบทบาทในการรวมตัวกันครั้งสุดท้ายของดาวเคราะห์ภาคพื้นดิน[ 56 ] [ 60 ] [ 61 ]ในช่วงระยะเวลาการลดลงหลักนี้ ผลกระทบของดาวเคราะห์ยักษ์และตัวอ่อนของดาวเคราะห์ทำให้แถบดาวเคราะห์น้อยมีมวลรวมเทียบเท่ากับน้อยกว่า 1% ของโลก ซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยดาวเคราะห์น้อยขนาดเล็ก[ 59 ] ซึ่งยังคงมากกว่ามวลปัจจุบันในแถบหลักถึง 10–20 เท่า ซึ่งปัจจุบันอยู่ที่ประมาณ0.0005 M 🜨 [ 62 ]เชื่อกันว่าช่วงเวลาการพร่องครั้งที่สองที่ทำให้แถบดาวเคราะห์น้อยมีมวลใกล้เคียงกับมวลปัจจุบันนั้นเกิดขึ้นหลังจากที่ดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์เข้าสู่การสั่นพ้องวงโคจรชั่วคราว 2:1 (ดูด้านล่าง)  

ช่วงเวลาของการชนกันครั้งใหญ่ในระบบสุริยะชั้นในน่าจะมีส่วนทำให้โลกมีปริมาณน้ำในปัจจุบัน (~6 × 10⁶ ลูกบาศก์เมตร)21  กก.) จากแถบดาวเคราะห์น้อยในยุคแรก น้ำมีความระเหยง่ายเกินกว่าจะมีอยู่ตั้งแต่การก่อตัวของโลก และต้องถูกส่งมาในภายหลังจากส่วนนอกที่เย็นกว่าของระบบสุริยะ [ 63 ]น้ำน่าจะถูกส่งมาโดยตัวอ่อนของดาวเคราะห์และดาวเคราะห์น้อยขนาดเล็กที่ถูกดาวพฤหัสบดีเหวี่ยงออกจากแถบดาวเคราะห์น้อย [ 60 ]กลุ่มดาวหางในแถบหลักที่ค้นพบในปี 2006 ก็ได้รับการเสนอแนะว่าเป็นแหล่งที่มาของน้ำบนโลกเช่น กัน [ 63 ] [ 64 ]ในทางตรงกันข้ามดาวหางจากแถบไคเปอร์หรือภูมิภาคที่ไกลออกไปส่งน้ำมาบนโลกไม่เกินประมาณ 6% [ 2 ] [ 65 ]สมมติฐานแพนสเปอร์เมียกล่าวว่าชีวิตอาจถูกนำมาไว้บนโลกด้วยวิธีนี้ แม้ว่าแนวคิดนี้จะไม่ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวาง [ 66 ]

การอพยพของดาวเคราะห์

ตามสมมติฐานเนบิวลา ดาวเคราะห์สองดวงนอกสุดอาจอยู่ใน "ตำแหน่งที่ไม่ถูกต้อง" ยูเรนัสและเนปจูน (ที่รู้จักกันในชื่อ " ยักษ์น้ำแข็ง ") อยู่ในบริเวณที่มีความหนาแน่นของเนบิวลาสุริยะลดลงและเวลาโคจรที่ยาวนานขึ้นทำให้การก่อตัวของพวกมันที่นั่นเป็นไปได้ยากมาก[ 67 ]เชื่อกันว่าทั้งสองดวงก่อตัวขึ้นในวงโคจรใกล้กับดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์ (ที่รู้จักกันในชื่อ " ยักษ์ก๊าซ ") ซึ่งมีวัสดุมากกว่า และได้เคลื่อนตัวออกไปอยู่ในตำแหน่งปัจจุบันในช่วงหลายร้อยล้านปี[ 47 ]

การจำลองแสดงดาวเคราะห์ชั้นนอกและแถบไคเปอร์: [ 2 ]ก) ก่อนการสั่นพ้อง 2:1 ระหว่างดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์ข) การกระจัดกระจายของวัตถุในแถบไคเปอร์เข้าสู่ระบบสุริยะหลังจากการเปลี่ยนวงโคจรของดาวเนปจูนค) หลังจากดาวพฤหัสบดีขับไล่วัตถุในแถบไคเปอร์ออกไป
  วงโคจรของดาวพฤหัสบดี
  วงโคจรของดาวเสาร์
  วงโคจรของดาวยูเรนัส
  วงโคจรของดาวเนปจูน

การเคลื่อนตัวของดาวเคราะห์ชั้นนอกยังจำเป็นต่อการอธิบายถึงการดำรงอยู่และคุณสมบัติของบริเวณชั้นนอกสุดของระบบสุริยะ[ 3 ]นอกเหนือจากเนปจูนระบบสุริยะยังคงต่อเนื่องไปยังแถบไคเปอร์จานกระจายและเมฆออร์ตซึ่งเป็นกลุ่มของวัตถุน้ำแข็งขนาดเล็กที่กระจัดกระจายอยู่สามกลุ่ม ซึ่งเชื่อกันว่าเป็นจุดกำเนิดของดาวหาง ส่วนใหญ่ที่สังเกตได้ ในระยะห่างจากดวงอาทิตย์ การสะสมมวลช้าเกินไปที่จะทำให้ดาวเคราะห์ก่อตัวขึ้นก่อนที่เนบิวลาสุริยะจะสลายไป ดังนั้นจานเริ่มต้นจึงขาดความหนาแน่นของมวลมากพอที่จะรวมตัวกันเป็นดาวเคราะห์ได้[ 67 ]แถบไคเปอร์อยู่ห่างจากดวงอาทิตย์ระหว่าง 30 ถึง 55 AU ในขณะที่จานกระจายที่อยู่ไกลออกไปขยายไปถึงกว่า 100 AU [ 3 ]และเมฆออร์ตที่อยู่ไกลออกไปเริ่มต้นที่ประมาณ 50,000 AU [ 68 ]อย่างไรก็ตาม เดิมทีแถบไคเปอร์มีความหนาแน่นมากกว่าและอยู่ใกล้ดวงอาทิตย์มากกว่า โดยมีขอบด้านนอกอยู่ที่ประมาณ 30 AU ขอบด้านในของมันน่าจะอยู่เลยวงโคจรของยูเรนัสและเนปจูนไปเล็กน้อย ซึ่งทั้งสองดวงนี้อยู่ใกล้ดวงอาทิตย์มากกว่าเมื่อตอนที่ก่อตัวขึ้น (น่าจะอยู่ในช่วง 15–20 AU) และในการจำลอง 50% พบว่าอยู่ในตำแหน่งตรงกันข้าม โดยยูเรนัสอยู่ไกลจากดวงอาทิตย์มากกว่าเนปจูน[ 69 ] [ 2 ] [ 3 ]

ตามแบบจำลอง Niceหลังจากการก่อตัวของระบบสุริยะ วงโคจรของดาวเคราะห์ยักษ์ทั้งหมดก็ยังคงเปลี่ยนแปลงไปอย่างช้าๆ โดยได้รับอิทธิพลจากการปฏิสัมพันธ์กับดาวเคราะห์น้อยจำนวนมากที่เหลืออยู่ หลังจาก 500–600 ล้านปี (ประมาณ 4 พันล้านปีก่อน) ดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์ก็ตกอยู่ในภาวะเรโซแนนซ์ 2:1: ดาวเสาร์โคจรรอบดวงอาทิตย์หนึ่งครั้งต่อการโคจรของดาวพฤหัสบดีสองครั้ง[ 3 ]ภาวะเรโซแนนซ์นี้สร้างแรงผลักดันจากแรงโน้มถ่วงต่อดาวเคราะห์ชั้นนอก ซึ่งอาจทำให้ดาวเนปจูนพุ่งผ่านดาวยูเรนัสและพุ่งชนเข้ากับแถบไคเปอร์โบราณ[ 69 ] ดาวเคราะห์เหล่านี้กระจายวัตถุน้ำแข็งขนาดเล็กส่วนใหญ่เข้าด้านใน ในขณะที่ตัวมันเองเคลื่อนที่ออกไปด้านนอก จากนั้นดาวเคราะห์น้อยเหล่านี้ก็กระจายตัวออกจากดาวเคราะห์ดวงถัดไปที่พวกมันพบในลักษณะเดียวกัน ทำให้วงโคจรของดาวเคราะห์เคลื่อนที่ออกไปด้านนอกในขณะที่พวกมันเคลื่อนที่เข้าด้านใน[ 3 ]กระบวนการนี้ดำเนินต่อไปจนกระทั่งดาวเคราะห์น้อยมีปฏิสัมพันธ์กับดาวพฤหัสบดี ซึ่งแรงโน้มถ่วงมหาศาลของดาวพฤหัสบดีส่งพวกมันเข้าสู่วงโคจรวงรีสูง หรือแม้กระทั่งขับไล่พวกมันออกจากระบบสุริยะไปเลย ทำให้ดาวพฤหัสบดีเคลื่อนที่เข้าด้านในเล็กน้อย[ c ]วัตถุที่กระจัดกระจายโดยดาวพฤหัสบดีเข้าสู่วงโคจรวงรีสูงก่อตัวเป็นเมฆออร์ต[ 3 ]วัตถุที่กระจัดกระจายในระดับที่น้อยกว่าโดยดาวเนปจูนที่เคลื่อนที่ก่อตัวเป็นแถบไคเปอร์และจานกระจายในปัจจุบัน[ 3 ]สถานการณ์นี้อธิบายถึงมวลที่ต่ำในปัจจุบันของแถบไคเปอร์และจานกระจาย วัตถุที่กระจัดกระจายบางส่วน รวมถึงพลูโต กลาย เป็นสิ่งที่ผูกติดกับวงโคจรของดาวเนปจูนด้วยแรงโน้มถ่วง บังคับให้พวกมันเข้าสู่การสั่นพ้องของการเคลื่อนที่เฉลี่ย[ 70 ]ในที่สุด แรงเสียดทานภายในจานดาวเคราะห์น้อยทำให้วงโคจรของดาวยูเรนัสและดาวเนปจูนกลับมาเกือบเป็นวงกลมอีกครั้ง[ 3 ] [ 71 ]

ตรงกันข้ามกับดาวเคราะห์ชั้นนอก ดาวเคราะห์ชั้นในไม่น่าจะมีการเคลื่อนย้ายอย่างมีนัยสำคัญตลอดช่วงอายุของระบบสุริยะ เนื่องจากวงโคจรของพวกมันยังคงมีเสถียรภาพหลังจากช่วงเวลาของการชนครั้งใหญ่[ 39 ]

คำถามอีกข้อคือเหตุใดดาวอังคารจึงมีขนาดเล็กเมื่อเทียบกับโลก การศึกษาโดยสถาบันวิจัย Southwest Research Institute เมืองซานอันโตนิโอ รัฐเท็กซัส ซึ่งตีพิมพ์เมื่อวันที่ 6 มิถุนายน 2011 (เรียกว่าสมมติฐาน Grand tack ) เสนอว่าดาวพฤหัสบดีได้เคลื่อนตัวเข้ามาใกล้โลกมากขึ้นจนอยู่ที่ 1.5 AU หลังจากที่ดาวเสาร์ก่อตัวขึ้น เคลื่อนตัวเข้ามาใกล้โลกมากขึ้น และสร้างการสั่นพ้องการเคลื่อนที่เฉลี่ย 2:3 กับดาวพฤหัสบดี การศึกษานี้สันนิษฐานว่าดาวเคราะห์ทั้งสองดวงเคลื่อนตัวกลับไปยังตำแหน่งปัจจุบัน ดาวพฤหัสบดีจึงน่าจะบริโภควัสดุจำนวนมากที่น่าจะก่อให้เกิดดาวอังคารที่มีขนาดใหญ่ขึ้น การจำลองแบบเดียวกันนี้ยังจำลองลักษณะของแถบดาวเคราะห์น้อยในปัจจุบัน โดยมีดาวเคราะห์น้อยแห้งและวัตถุที่อุดมไปด้วยน้ำคล้ายกับดาวหาง[ 72 ] [ 73 ]อย่างไรก็ตาม ยังไม่ชัดเจนว่าสภาพในเนบิวลาสุริยะจะอนุญาตให้ดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์เคลื่อนตัวกลับไปยังตำแหน่งปัจจุบันได้หรือไม่ และจากการประมาณการในปัจจุบัน ความเป็นไปได้นี้ดูเหมือนจะไม่น่าเป็นไปได้[ 74 ]ยิ่งไปกว่านั้น ยังมีคำอธิบายทางเลือกอื่นสำหรับมวลที่น้อยของดาวอังคาร[ 75 ] [ 76 ] [ 77 ]

การระดมยิงอย่างหนักในช่วงปลายและหลังจากนั้น

หลุมอุกกาบาตในรัฐแอริโซนา เกิดขึ้นเมื่อ 50,000 ปีก่อนจากการพุ่งชนของวัตถุขนาดประมาณ 50 เมตร (160 ฟุต) แสดงให้เห็นว่าการก่อตัวของระบบสุริยะยังไม่สิ้นสุด

การรบกวนจากแรงโน้มถ่วงจากการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์ชั้นนอกจะส่งดาวเคราะห์น้อยจำนวนมากเข้ามาในระบบสุริยะชั้นใน ทำให้แถบดาวเคราะห์น้อยเดิมลดลงอย่างมากจนเหลือมวลน้อยมากอย่างในปัจจุบัน[ 59 ]เหตุการณ์นี้อาจกระตุ้นให้เกิดการระดมยิงครั้งใหญ่ในช่วงปลายยุค ซึ่งมีสมมติฐานว่าเกิดขึ้นเมื่อประมาณ 4 พันล้านปีก่อน หรือ 500–600 ล้านปีหลังจากการก่อตัวของระบบสุริยะ[ 2 ] [ 78 ]อย่างไรก็ตาม การประเมินข้อจำกัดทางเคมีจักรวาลใหม่ล่าสุดบ่งชี้ว่าอาจไม่มีการเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วในช่วงปลายยุค ("หายนะครั้งสุดท้าย") ในอัตราการระดมยิง[ 79 ]

หากเกิดขึ้นจริง ช่วงเวลาของการระดมยิงอย่างหนักนี้จะกินเวลาหลายร้อยล้านปี และเห็นได้ชัดจากหลุมอุกกาบาตที่ยังคงมองเห็นได้บนวัตถุที่ตายแล้วทางธรณีวิทยาของระบบสุริยะชั้นใน เช่น ดวงจันทร์และดาวพุธ[ 2 ] [ 80 ]หลักฐานที่เก่าแก่ที่สุดที่รู้จักเกี่ยวกับสิ่งมีชีวิตบนโลกมีอายุย้อนไปถึง 3.8 พันล้านปีก่อน ซึ่งเกือบจะทันทีหลังจากสิ้นสุดการระดมยิงอย่างหนักในช่วงปลาย[ 81 ]

เชื่อกันว่าการชนเป็นส่วนหนึ่งของวิวัฒนาการของระบบสุริยะที่เกิดขึ้นเป็นประจำ (แม้ว่าในปัจจุบันจะเกิดขึ้นไม่บ่อยนัก) หลักฐานที่แสดงให้เห็นว่าการชนยังคงเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง ได้แก่ การชนกันของดาวหาง Shoemaker–Levy 9กับดาวพฤหัสบดีในปี 1994 เหตุการณ์การชนดาวพฤหัสบดีในปี 2009เหตุการณ์TunguskaอุกกาบาตChelyabinskและการชนที่ทำให้เกิดหลุมอุกกาบาตในรัฐแอริโซนาดังนั้นกระบวนการสะสมมวลจึงยังไม่เสร็จสมบูรณ์ และอาจยังคงเป็นภัยคุกคามต่อสิ่งมีชีวิตบนโลก[ 82 ] [ 83 ]

ตลอดช่วงวิวัฒนาการของระบบสุริยะดาวหางถูกขับออกจากระบบสุริยะชั้นในด้วยแรงโน้มถ่วงของดาวเคราะห์ยักษ์และส่งออกไปไกลหลายพัน AU เพื่อก่อตัวเป็นเมฆออร์ตซึ่งเป็นกลุ่มนิวเคลียสของดาวหางทรงกลมที่อยู่ไกลที่สุดจากแรงดึงดูดของดวงอาทิตย์ ในที่สุด หลังจากผ่านไปประมาณ 800 ล้านปี การรบกวนจากแรงโน้มถ่วงที่เกิดจากกระแสน้ำขึ้นลงของกาแล็กซีดาวฤกษ์ที่เคลื่อนผ่าน และเมฆโมเลกุลยักษ์ เริ่มทำให้เมฆออร์ตลดลง ส่งผลให้ดาวหางเข้ามาในระบบสุริยะชั้นใน[ 84 ]วิวัฒนาการของระบบสุริยะชั้นนอกยังดูเหมือนจะได้รับอิทธิพลจากการผุกร่อนในอวกาศจากลมสุริยะ อุกกาบาตขนาดเล็ก และส่วนประกอบที่เป็นกลางของสสารระหว่างดาว[ 85 ]

วิวัฒนาการของแถบดาวเคราะห์น้อยหลังจากการระดมยิงครั้งใหญ่ในช่วงปลายส่วนใหญ่ถูกควบคุมโดยการชนกัน[ 86 ]วัตถุที่มีมวลมากจะมีแรงโน้มถ่วงเพียงพอที่จะรักษาวัสดุใดๆ ที่ถูกดีดออกมาจากการชนกันอย่างรุนแรง ในแถบดาวเคราะห์น้อยมักจะไม่เป็นเช่นนั้น ผลก็คือ วัตถุขนาดใหญ่จำนวนมากแตกออกเป็นชิ้นๆ และบางครั้งวัตถุใหม่ๆ ก็ถูกสร้างขึ้นจากเศษซากในการชนกันที่ไม่รุนแรงนัก[ 86 ]ดวงจันทร์รอบดาวเคราะห์น้อยบางดวงในปัจจุบันสามารถอธิบายได้เพียงว่าเป็นการรวมตัวของวัสดุที่ถูกเหวี่ยงออกจากวัตถุแม่โดยไม่มีพลังงานเพียงพอที่จะหลุดพ้นจากแรงโน้มถ่วงของมันได้อย่างสมบูรณ์[ 87 ]

ดวงจันทร์

ดวงจันทร์เกิดขึ้นรอบดาวเคราะห์ส่วนใหญ่และวัตถุอื่นๆ ในระบบสุริยะดาวเทียมธรรมชาติ เหล่านี้ เกิดขึ้นจากกลไกที่เป็นไปได้สามประการ:

  • การก่อตัวร่วมกันจากจานรอบดาวเคราะห์ (เฉพาะในกรณีของดาวเคราะห์ยักษ์)
  • การก่อตัวจากเศษซากที่เกิดจากการชน (เมื่อการชนมีขนาดใหญ่พอและมุมไม่สูงมาก) และ
  • การบันทึกภาพวัตถุที่เคลื่อนผ่าน
ภาพจำลองเหตุการณ์การชนครั้งใหญ่ที่เชื่อกันว่าเป็นต้นกำเนิดของดวงจันทร์

ดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์มีดวงจันทร์ขนาดใหญ่หลายดวง เช่นไอโอยูโรปาแกนีมีดและไททันซึ่งอาจมีต้นกำเนิดมาจากจานรอบดาวเคราะห์ยักษ์แต่ละดวงในลักษณะเดียวกับที่ดาวเคราะห์ก่อตัวขึ้นจากจานรอบดวงอาทิตย์[ 88 ] [ 89 ] [ 90 ]ต้นกำเนิดนี้บ่งชี้ได้จากขนาดที่ใหญ่ของดวงจันทร์และความใกล้ชิดกับดาวเคราะห์ คุณลักษณะเหล่านี้เป็นไปไม่ได้ที่จะเกิดขึ้นจากการจับยึด ในขณะที่ลักษณะที่เป็นก๊าซของดาวเคราะห์หลักก็ทำให้การก่อตัวจากเศษซากจากการชนกันไม่น่าเป็นไปได้ ดวงจันทร์รอบนอกของดาวเคราะห์ยักษ์มักจะมีขนาดเล็กและมี วงโคจร แบบวงรีที่มีความเอียงตามอำเภอใจ นี่คือลักษณะที่คาดหวังได้จากวัตถุที่ถูกจับยึด[ 91 ] [ 92 ]ดวงจันทร์ส่วนใหญ่ดังกล่าวโคจรในทิศทางตรงกันข้ามกับการหมุนของดาวเคราะห์หลัก ดวงจันทร์ที่ไม่ปกติที่ใหญ่ที่สุดคือไทรทัน ดวงจันทร์ของดาวเนปจูน ซึ่งเชื่อกันว่าเป็นวัตถุในแถบไคเปอร์ ที่ถูกจับ ยึด[ 83 ]

ดวงจันทร์ของวัตถุแข็งในระบบสุริยะเกิดขึ้นจากทั้งการชนและการจับยึด ดวง จันทร์ ขนาดเล็กสองดวงของดาวอังคาร คือ ดีมอสและโฟบอสเชื่อกันว่าเป็นดาวเคราะห์น้อย ที่ถูกจับ ยึด[ 93 ]ดวงจันทร์ ของโลกเชื่อกันว่าเกิดขึ้นจากการชนกันแบบตรงๆ ครั้งใหญ่เพียงครั้งเดียว [ 94 ] [ 95 ] วัตถุ ที่พุ่งชนน่าจะมีมวลเทียบเท่ากับดาวอังคาร และการชนน่าจะเกิดขึ้นในช่วงปลายของยุคที่มีการชนครั้งใหญ่ การชนทำให้เนื้อ ในของวัตถุที่พุ่งชนบางส่วนโคจรเข้าสู่ วงโคจร จากนั้นจึงรวมตัวกันเป็นดวงจันทร์[ 94 ]การชนครั้งนี้น่าจะเป็นครั้งสุดท้ายในชุดของการรวมตัวกันที่ก่อให้เกิดโลก นอกจากนี้ยังมีการตั้งสมมติฐานว่าวัตถุขนาดเท่าดาวอังคารอาจก่อตัวขึ้นที่จุดลากรางจ์ที่ เสถียรจุดใดจุดหนึ่งระหว่างโลกกับดวงอาทิตย์ ( L 4หรือL 5 ) และเคลื่อนตัวออกจากตำแหน่งเดิม[ 96 ]ดวงจันทร์ของวัตถุนอกเนปจูนอย่างพลูโต ( ชารอน ) และออร์คัส ( แวนท์ ) อาจก่อตัวขึ้นโดยวิธีการชนกันครั้งใหญ่: ระบบพลูโต-ชารอน ออร์คัส-แวนท์ และโลก-ดวงจันทร์ เป็นระบบที่ผิดปกติในระบบสุริยะตรงที่มวลของดาวบริวารมีอย่างน้อย 1% ของมวลของวัตถุขนาดใหญ่[ 97 ] [ 98 ]

อนาคต

นักดาราศาสตร์คาดการณ์ว่าสถานะปัจจุบันของระบบสุริยะจะไม่เปลี่ยนแปลงอย่างมากจนกว่าดวงอาทิตย์จะหลอมรวมเชื้อเพลิงไฮโดรเจนเกือบทั้งหมดในแกนกลางให้กลายเป็นฮีเลียม ซึ่งจะเริ่มวิวัฒนาการจากลำดับหลักของแผนภาพเฮิร์ตสปรุง-รัสเซลล์ไปสู่ ระยะ ดาวยักษ์แดงระบบสุริยะจะยังคงวิวัฒนาการต่อไปจนถึงเวลานั้น ในที่สุด ดวงอาทิตย์น่าจะขยายตัวมากพอที่จะบดบังดาวเคราะห์ชั้นใน (ดาวพุธ ดาวศุกร์ และอาจรวมถึงโลก) แต่จะไม่บดบังดาวเคราะห์ชั้นนอก รวมถึงดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์ หลังจากนั้น ดวงอาทิตย์จะลดขนาดลงเหลือเท่าดาวแคระขาวและดาวเคราะห์ชั้นนอกและดวงจันทร์ของพวกมันจะยังคงโคจรรอบเศษซากดวงอาทิตย์ขนาดเล็กนี้ต่อไป การพัฒนาในอนาคตนี้อาจคล้ายกับการตรวจพบดาวเคราะห์นอกระบบMOA-2010-BLG-477L bซึ่งเป็นดาวเคราะห์นอกระบบขนาดเท่าดาวพฤหัสบดีที่โคจรรอบดาวแคระขาวMOA-2010-BLG- 477L [ 99 ] [ 100 ] [ 101 ]

เสถียรภาพในระยะยาว

ระบบสุริยะมีความวุ่นวายในช่วงเวลาหลายล้านและหลายพันล้านปี[ 102 ]โดยวงโคจรของดาวเคราะห์เปิดกว้างต่อการเปลี่ยนแปลงในระยะยาว ตัวอย่างที่โดดเด่นของความวุ่นวายนี้คือระบบเนปจูน-พลูโต ซึ่งอยู่ในการสั่นพ้องของวงโคจร แบบ 3:2 แม้ว่าการสั่นพ้องเองจะยังคงมีเสถียรภาพ แต่ก็เป็นไปไม่ได้ที่จะคาดการณ์ตำแหน่งของพลูโตด้วยความแม่นยำในระดับใด ๆ ในอนาคตที่มากกว่า 10–20 ล้านปี ( เวลา Lyapunov ) [ 103 ] อีกตัวอย่างหนึ่งคือ การเอียงแกนของโลกซึ่งเนื่องจากแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นภายในเนื้อโลกจากการปฏิสัมพันธ์ของกระแสน้ำขึ้นลงกับดวงจันทร์ ( ดูด้านล่าง ) ทำให้ไม่สามารถคำนวณได้จากจุดใดจุดหนึ่งระหว่าง 1.5 ถึง 4.5 พันล้านปีนับจากนี้[ 104 ]

วงโคจรของดาวเคราะห์ชั้นนอกมีความไม่แน่นอนในช่วงเวลาที่ยาวนานกว่า โดยมีเวลา Lyapunov อยู่ในช่วง 2–230 ล้านปี[ 105 ] ในทุกกรณี หมายความว่าตำแหน่งของดาวเคราะห์ตามวงโคจรของมันในที่สุดก็ไม่สามารถคาดการณ์ได้อย่างแน่นอน (ดังนั้น ตัวอย่างเช่น เวลาของฤดูหนาวและฤดูร้อนจึงไม่แน่นอน) อย่างไรก็ตาม ในบางกรณี วงโคจรเองอาจเปลี่ยนแปลงอย่างมาก ความไม่แน่นอนดังกล่าวปรากฏให้เห็นชัดเจนที่สุดในรูปของการเปลี่ยนแปลงความเยื้องศูนย์กลาง โดยวงโคจรของดาวเคราะห์บางดวงอาจกลาย เป็นวงรีมากขึ้นหรือน้อยลงอย่างมีนัยสำคัญ[ 106 ]

โดยสรุปแล้ว ระบบสุริยะมีความเสถียรในแง่ที่ว่าไม่มีดาวเคราะห์ดวงใดมีแนวโน้มที่จะชนกันหรือถูกขับออกจากระบบในอีกหลายพันล้านปีข้างหน้า[ 105 ]นอกจากนี้ ภายในเวลาประมาณห้าพันล้านปี ความเยื้องศูนย์กลางของวงโคจรของดาวอังคารอาจเพิ่มขึ้นเป็นประมาณ 0.2 ซึ่งจะทำให้ดาวอังคารโคจรตัดกับวงโคจรของโลก ส่งผลให้เกิดการชนกันได้ ในช่วงเวลาเดียวกัน ความเยื้องศูนย์กลางของวงโคจรของดาวพุธอาจเพิ่มขึ้นอีก และการเข้าใกล้ดาวศุกร์อย่างใกล้ชิดอาจทำให้ดาวพุธถูกขับออกจากระบบสุริยะไปโดยสิ้นเชิง[ 102 ]หรือส่งดาวพุธไปชนกับดาวศุกร์หรือโลกได้[ 107 ]เหตุการณ์นี้อาจเกิดขึ้นได้ภายในหนึ่งพันล้านปี ตามการจำลองเชิงตัวเลขที่วงโคจรของดาวพุธถูกรบกวน[ 108 ]

ระบบวงแหวนดวงจันทร์

วิวัฒนาการของระบบดวงจันทร์นั้นขับเคลื่อนด้วยแรงดึงดูดจากน้ำขึ้นน้ำลงดวงจันทร์จะทำให้เกิดส่วนนูนของน้ำขึ้นน้ำลงในวัตถุที่มันโคจรรอบ (วัตถุหลัก) เนื่องมาจากแรงโน้มถ่วงที่แตกต่างกันตามเส้นผ่านศูนย์กลางของวัตถุหลัก หากดวงจันทร์โคจรไปในทิศทางเดียวกับการหมุนของดาวเคราะห์ และดาวเคราะห์หมุนเร็วกว่าคาบการโคจรของดวงจันทร์ ส่วนนูนของน้ำขึ้นน้ำลงจะถูกดึงไปข้างหน้าดวงจันทร์อย่างต่อเนื่อง ในสถานการณ์เช่นนี้โมเมนตัมเชิงมุมจะถูกถ่ายโอนจากการหมุนของวัตถุหลักไปยังการโคจรของดวงจันทร์ ดวงจันทร์จะได้รับพลังงานและค่อยๆ เคลื่อนตัวออกไปด้านนอก ในขณะที่วัตถุหลักหมุนช้าลงเมื่อเวลาผ่านไป

โลกและดวงจันทร์เป็นตัวอย่างหนึ่งของการจัดเรียงนี้ ปัจจุบันดวงจันทร์ถูกล็อกด้วยแรงโน้มถ่วงของโลก การโคจรรอบโลกหนึ่งรอบ (ปัจจุบันประมาณ 27.3 วัน) เท่ากับการหมุนรอบแกนของตัวเองหนึ่งรอบ ดังนั้นดวงจันทร์จึงหันด้านใดด้านหนึ่งให้โลกเห็นเสมอ ดวงจันทร์จะค่อยๆ เคลื่อนห่างจากโลก และการหมุนของโลกจะค่อยๆ ช้าลงเรื่อยๆ ตัวอย่างอื่นๆ ได้แก่ดวงจันทร์กาลิเลียนของดาวพฤหัสบดี (รวมถึงดวงจันทร์ขนาดเล็กหลายดวงของดาวพฤหัสบดี) [ 109 ]และดวงจันทร์ขนาดใหญ่ส่วนใหญ่ของดาวเสาร์[ 110 ]

ภาพดาวเนปจูนและดวงจันทร์ไทรทันถ่ายโดยยานวอยเอเจอร์ 2 วงโคจรของไทรทันจะพามันเข้าไปอยู่ใน เขตโรชลิมิตของดาวเนปจูนในที่สุดซึ่งจะทำให้ดาวเนปจูนแตกออกเป็นเสี่ยงๆ และอาจก่อตัวเป็นระบบวงแหวนใหม่ได้

สถานการณ์ที่แตกต่างออกไปเกิดขึ้นเมื่อดวงจันทร์โคจรรอบดาวหลักเร็วกว่าการหมุนของดาวหลัก หรือโคจรในทิศทางตรงกันข้ามกับการหมุนของดาวเคราะห์ ในกรณีเหล่านี้ แรงดึงดูดของดวงจันทร์จะล้าหลังดวงจันทร์ในวงโคจร ในกรณีแรก ทิศทางการถ่ายโอนโมเมนตัมเชิงมุมจะกลับทิศทาง ดังนั้นการหมุนของดาวหลักจึงเร็วขึ้นในขณะที่วงโคจรของดวงจันทร์ลดลง ในกรณีหลัง โมเมนตัมเชิงมุมของการหมุนและการโคจรมีเครื่องหมายตรงข้ามกัน ดังนั้นการถ่ายโอนจึงนำไปสู่การลดลงของขนาดของแต่ละอย่าง (ซึ่งหักล้างกัน) [ d ]ในทั้งสองกรณีการชะลอตัวจากแรงดึงดูดทำให้ดวงจันทร์โคจรเข้าหาดาวหลักจนกระทั่งถูกแรงดึงดูดฉีกขาด ซึ่งอาจก่อให้เกิด ระบบ วงแหวนของดาวเคราะห์หรือพุ่งชนพื้นผิวหรือชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์ ชะตากรรมเช่นนี้กำลังรอคอยดวงจันทร์โฟบอสของดาวอังคาร (ภายใน 30 ถึง 50 ล้านปี) [ 111 ]ไทรทันของดาวเนปจูน (ใน 28 พันล้านปี) [ 112 ]และดาวบริวารขนาดเล็กอย่างน้อย16 ดวง ของดาวยูเรนัสและดาวเนปจูน เดสเดโมนาของดาวยูเรนัสอาจชนกับดวงจันทร์ข้างเคียงดวงใดดวงหนึ่งก็ได้[ 113 ]

ความเป็นไปได้ประการที่สามคือกรณีที่ดาวหลักและดวงจันทร์ถูกล็อกด้วยแรงโน้มถ่วงซึ่งกันและกัน ในกรณีนั้น แรงโน้มถ่วงจะอยู่ใต้ดวงจันทร์โดยตรง จะไม่มีการถ่ายโอนโมเมนตัมเชิงมุม และคาบการโคจรจะไม่เปลี่ยนแปลง พลูโตและชารอนเป็นตัวอย่างของการจัดเรียงประเภทนี้[ 114 ]

ยังไม่มีข้อสรุปที่แน่ชัดเกี่ยวกับกลไกการก่อตัวของวงแหวนดาวเสาร์ แม้ว่าแบบจำลองทางทฤษฎีจะระบุว่าวงแหวนน่าจะก่อตัวขึ้นในช่วงต้นของประวัติศาสตร์ระบบสุริยะ[ 115 ]แต่ข้อมูลจาก ยานอวกาศ Cassini–Huygensชี้ให้เห็นว่าวงแหวนก่อตัวขึ้นค่อนข้างช้า[ 116 ]

ดวงอาทิตย์และสภาพแวดล้อมของดาวเคราะห์

การก่อตัวของระบบสุริยะเกิดขึ้นหลังจากก๊าซและฝุ่นรวมตัวกันเป็นจานดาวเคราะห์ก่อนกำเนิด วัสดุส่วนใหญ่มาจากซูเปอร์โนวา ใน อดีต

ในระยะยาว การเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ที่สุดในระบบสุริยะจะมาจากการเปลี่ยนแปลงของดวงอาทิตย์เองเมื่อมันมีอายุมากขึ้น เมื่อดวงอาทิตย์เผาผลาญเชื้อเพลิงไฮโดรเจนจนหมด มันก็จะร้อนขึ้นและเผาผลาญเชื้อเพลิงที่เหลืออยู่เร็วขึ้น ส่งผลให้ดวงอาทิตย์สว่างขึ้นในอัตราร้อยละสิบทุก ๆ 1.1 พันล้านปี[ 117 ]ในอีกประมาณ 600 ล้านปี ความสว่างของดวงอาทิตย์จะรบกวนวัฏจักรคาร์บอน ของโลก จนถึงจุดที่ต้นไม้และป่าไม้ (พืชที่สังเคราะห์แสงแบบ C3) จะไม่สามารถอยู่รอดได้อีกต่อไป และในอีกประมาณ 800 ล้านปี ดวงอาทิตย์จะทำลายสิ่งมีชีวิตที่ซับซ้อนทั้งหมดบนพื้นผิวโลกและในมหาสมุทร ในอีก 1.1 พันล้านปี การแผ่รังสีที่เพิ่มขึ้นของดวงอาทิตย์จะทำให้เขตที่อยู่อาศัยรอบดาวฤกษ์เคลื่อนออกไปด้านนอก ทำให้พื้นผิวโลกมีอุณหภูมิสูงเกินไปจนน้ำเหลวไม่สามารถดำรงอยู่ได้ตามธรรมชาติ ณ จุดนี้ สิ่งมีชีวิตทั้งหมดจะลดลงเหลือเพียงสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว[ 118 ]การระเหยของน้ำ ซึ่งเป็นก๊าซเรือนกระจก ที่มีศักยภาพสูง จากผิวมหาสมุทร อาจเร่งการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ ซึ่งอาจทำให้สิ่งมีชีวิตทั้งหมดบนโลกสิ้นสุดลงเร็วยิ่งขึ้น[ 119 ]ในช่วงเวลานี้ เป็นไปได้ว่าเมื่อ อุณหภูมิพื้นผิวของ ดาวอังคารค่อยๆ สูงขึ้น คาร์บอนไดออกไซด์และน้ำที่ปัจจุบันถูกแช่แข็งอยู่ใต้พื้นผิวจะถูกปล่อยสู่ชั้นบรรยากาศ ทำให้เกิดปรากฏการณ์เรือนกระจกที่จะให้ความร้อนแก่ดาวเคราะห์จนกระทั่งมีสภาวะที่คล้ายคลึงกับโลกในปัจจุบัน ซึ่งอาจเป็นที่อยู่อาศัยของสิ่งมีชีวิตในอนาคต[ 120 ]ภายใน 3.5 พันล้านปีนับจากนี้ สภาพพื้นผิวของโลกจะคล้ายกับของดาวศุกร์ในปัจจุบัน[ 117 ]

ขนาดสัมพัทธ์ของดวงอาทิตย์ในปัจจุบัน (ภาพแทรก) เมื่อเทียบกับขนาดที่คาดการณ์ไว้ในอนาคตเมื่อกลายเป็นดาวยักษ์แดง

อีกประมาณ 5.4 พันล้านปีข้างหน้า แกนกลางของดวงอาทิตย์จะร้อนขึ้นมากพอที่จะกระตุ้นให้เกิดปฏิกิริยาฟิวชั่นของไฮโดรเจนในชั้นเปลือกนอก[ 118 ]ซึ่งจะทำให้ชั้นนอกของดาวฤกษ์ขยายตัวอย่างมาก และดาวฤกษ์จะเข้าสู่ช่วงชีวิตที่เรียกว่า ดาว ยักษ์แดง[ 121 ] [ 122 ]ภายใน 7.5 พันล้านปี ดวงอาทิตย์จะขยายตัวจนมีรัศมี 1.2 AU (180 × 10 6  กม.; 110 × 10 6  ไมล์) ซึ่งใหญ่กว่าขนาดปัจจุบันถึง 256 เท่า ที่ปลายสุดของกิ่งดาวยักษ์แดงอันเป็นผลมาจากพื้นที่ผิวที่เพิ่มขึ้นอย่างมหาศาล พื้นผิวของดวงอาทิตย์จะเย็นลงมาก (ประมาณ 2,600 K (2,330 °C; 4,220 °F)) กว่าในปัจจุบัน และความสว่างจะสูงขึ้นมาก สูงถึง 2,700 เท่าของความสว่างของดวงอาทิตย์ในปัจจุบัน ในช่วงอายุที่เป็นดาวยักษ์แดง ดวงอาทิตย์จะมีลมดาวฤกษ์ ที่รุนแรง ซึ่งจะพัดพามวลไปประมาณ 33% [ 118 ] [ 123 ] [ 124 ]ในช่วงเวลาเหล่านี้ เขตที่สิ่งมีชีวิตสามารถอาศัยอยู่ได้ของระบบสุริยะจะขยายออกไปอยู่ในช่วง 49.4 AU ถึง 71.4 AU ซึ่งครอบคลุมไปถึงแถบไคเปอร์[ 118 ]^^

เมื่อดวงอาทิตย์ขยายตัว มันจะกลืนกินดาวเคราะห์เมอร์คิวรีและวีนัส[ 125 ] ชะตากรรมของโลกนั้นไม่ ชัดเจนนัก แม้ว่าดวงอาทิตย์จะโอบล้อมวงโคจรปัจจุบันของโลก แต่การสูญเสียมวลของดาวฤกษ์ (และแรงโน้มถ่วงที่อ่อนลง) จะทำให้วงโคจรของดาวเคราะห์เคลื่อนออกไปไกลขึ้น [ 118 ]หากเป็นเพียงเพราะเหตุนี้ วีนัสและโลกอาจจะรอดพ้นจากการถูกเผาไหม้[ 123 ]แต่การศึกษาในปี 2008 ชี้ให้เห็นว่าโลกอาจจะค่อยๆ กลายเป็นไอระเหยไปเนื่องจากปฏิกิริยาของแรงดึงดูดกับชั้นนอกที่ยึดเหนี่ยวกันอย่างอ่อนๆ ของดวงอาทิตย์[ 118 ]การศึกษาล่าสุดหลังจากปี 2008 มีรายละเอียดปลีกย่อยมากขึ้นเกี่ยวกับความไม่แน่นอนของชะตากรรมของโลก

นอกจากนี้ บริเวณที่สิ่งมีชีวิตสามารถอาศัยอยู่ได้ของดวงอาทิตย์จะเคลื่อนตัวไปยังระบบสุริยะชั้นนอกและในที่สุดก็จะเลยแถบไคเปอร์ไปเมื่อสิ้นสุดระยะดาวยักษ์แดง ทำให้วัตถุที่เป็นน้ำแข็ง เช่นเอนเซลาดัสและพลูโตละลาย ในช่วงเวลานี้ โลกเหล่านี้สามารถรองรับวัฏจักร น้ำ ได้ แต่เนื่องจากมีขนาดเล็กเกินกว่าจะมีชั้นบรรยากาศหนาแน่นเหมือนโลก พวกมันจึงจะประสบกับความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างกลางวันและกลางคืนที่รุนแรง เมื่อดวงอาทิตย์ออกจากกิ่งดาวยักษ์แดงและเข้าสู่กิ่งดาวยักษ์เชิงเส้นกำกับ บริเวณที่สิ่งมีชีวิตสามารถอาศัยอยู่ได้จะหดตัวลงอย่างฉับพลันเหลือเพียงพื้นที่ระหว่างวงโคจรปัจจุบันของดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์ แต่ในช่วงปลายของระยะดาวยักษ์เชิงเส้นกำกับซึ่งมีระยะเวลา 200 ล้านปี มันจะขยายออกไปในระยะทางประมาณเท่าเดิม[ 126 ]

ไฮโดรเจนที่เผาไหม้ในชั้นเปลือกหุ้มรอบแกนกลางของดวงอาทิตย์จะค่อยๆ เพิ่มมวลของแกนกลางจนกระทั่งถึงประมาณ 45% ของมวลดวงอาทิตย์ในปัจจุบัน ณ จุดนี้ ความหนาแน่นและอุณหภูมิจะสูงมากจนการหลอมรวมของฮีเลียมเป็นคาร์บอนจะเริ่มต้นขึ้น นำไปสู่การระเบิดของฮีเลียมดวงอาทิตย์จะหดตัวจากประมาณ 250 เท่าเหลือ 11 เท่าของรัศมีปัจจุบัน (ในลำดับหลัก) ผลที่ตามมาคือ ความสว่างของมันจะลดลงจากประมาณ 3,000 เท่าเหลือ 54 เท่าของระดับปัจจุบัน และอุณหภูมิพื้นผิวจะเพิ่มขึ้นเป็นประมาณ 4,770 เคลวิน (4,500 องศาเซลเซียส; 8,130 องศาฟาเรนไฮต์) ดวงอาทิตย์จะกลายเป็นดาวยักษ์แนวนอนเผาไหม้ฮีเลียมในแกนกลางอย่างเสถียร คล้ายกับที่มันเผาไหม้ไฮโดรเจนในปัจจุบัน ระยะ การหลอมรวมฮีเลียม นี้ จะกินเวลาเพียง 100 ล้านปี ในที่สุด มันจะต้องกลับไปใช้ไฮโดรเจนและฮีเลียมที่สำรองไว้ในชั้นนอกอีกครั้ง มันจะขยายตัวเป็นครั้งที่สอง กลายเป็นสิ่งที่เรียกว่าดาวยักษ์เชิงเส้นกำกับ ณ จุดนี้ ความสว่างของดวงอาทิตย์จะเพิ่มขึ้นอีกครั้ง โดยจะสูงถึงประมาณ 2,090 เท่าของความสว่างในปัจจุบัน และจะเย็นลงเหลือประมาณ 3,500 K (3,230 °C; 5,840 °F) [ 118 ]ระยะนี้กินเวลาประมาณ 30 ล้านปี หลังจากนั้น ในช่วงเวลาอีก 100,000 ปี ชั้นนอกที่เหลือของดวงอาทิตย์จะหลุดออกไป ปล่อยมวลสารจำนวนมหาศาลออกสู่อวกาศและก่อตัวเป็นรัศมีที่รู้จักกัน (อย่างไม่ถูกต้อง) ว่าเป็นเนบิวลาดาวเคราะห์มวลสารที่ถูกปล่อยออกมาจะมีฮีเลียมและคาร์บอนที่เกิดจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ของดวงอาทิตย์ ซึ่งจะช่วยเสริมธาตุหนักในตัวกลางระหว่างดาวฤกษ์สำหรับดาวฤกษ์และดาวเคราะห์รุ่นต่อๆ ไป[ 127 ]

เนบิวลาวงแหวนเป็นเนบิวลาดาวเคราะห์ที่มีลักษณะคล้ายกับสิ่งที่ดวงอาทิตย์จะกลายเป็นในอนาคต

นี่เป็นเหตุการณ์ที่ค่อนข้างสงบ ไม่เหมือนกับซูเปอร์โนวาซึ่งดวงอาทิตย์มีขนาดเล็กเกินกว่าจะเกิดเป็นส่วนหนึ่งของวิวัฒนาการ ผู้สังเกตการณ์ใดๆ ที่อยู่ในเหตุการณ์นี้จะเห็นความเร็วของลมสุริยะเพิ่มขึ้นอย่างมหาศาล แต่ไม่มากพอที่จะทำลายดาวเคราะห์ได้อย่างสมบูรณ์ อย่างไรก็ตาม การสูญเสียมวลของดาวฤกษ์อาจทำให้วงโคจรของดาวเคราะห์ที่รอดชีวิตเกิดความโกลาหล ทำให้บางดวงชนกัน บางดวงถูกขับออกจากระบบสุริยะ และบางดวงถูกฉีกขาดออกจากกันด้วยแรงดึงดูด[ 128 ]หลังจากนั้น สิ่งที่จะเหลืออยู่ของดวงอาทิตย์ก็คือดาวแคระขาวซึ่งเป็นวัตถุที่มีความหนาแน่นสูงมาก มีมวลเพียง 54% ของมวลเดิม แต่มีขนาดเท่าโลกเท่านั้น ในตอนแรก ดาวแคระขาวนี้อาจสว่างกว่าดวงอาทิตย์ในปัจจุบันถึง 100 เท่า มันจะประกอบด้วยคาร์บอนและออกซิเจนที่เสื่อมสภาพ ทั้งหมด แต่จะไม่ถึงอุณหภูมิที่ร้อนพอที่จะหลอมรวมธาตุเหล่านี้ได้ ดังนั้น ดวงอาทิตย์ดาวแคระขาวจะค่อยๆ เย็นลงและมืดลงเรื่อยๆ[ 129 ]

เมื่อดวงอาทิตย์ใกล้ดับลง แรงดึงดูดของดวงอาทิตย์ที่มีต่อวัตถุที่โคจรรอบดวงอาทิตย์ เช่น ดาวเคราะห์ ดาวหาง และดาวเคราะห์น้อย จะอ่อนลงเนื่องจากการสูญเสียมวล วงโคจรของดาวเคราะห์ที่เหลืออยู่ทั้งหมดจะขยายออกไป หากดาวศุกร์ โลก และดาวอังคารยังคงอยู่ วงโคจรของพวกมันจะอยู่ที่ประมาณ 1.4  AU (210 ล้าน  กิโลเมตร ; 130 ล้าน  ไมล์ ) 1.9  AU (280 ล้าน  กิโลเมตร ; 180 ล้าน  ไมล์ ) และ 2.8  AU (420 ล้าน  กิโลเมตร ; 260 ล้าน  ไมล์ ) ตามลำดับ พวกมันและดาวเคราะห์ที่เหลืออยู่อื่นๆ จะกลายเป็นเปลือกที่มืดมิดและหนาวเย็น ปราศจากสิ่งมีชีวิตโดยสิ้นเชิง[ 123 ]พวกมันจะยังคงโคจรรอบดาวฤกษ์ของพวกมันต่อไป ความเร็วจะลดลงเนื่องจากระยะห่างจากดวงอาทิตย์ที่เพิ่มขึ้นและแรงโน้มถ่วงของดวงอาทิตย์ที่ลดลง สองพันล้านปีต่อมา เมื่อดวงอาทิตย์เย็นตัวลงจนถึงช่วง 6,000–8,000 K (5,730–7,730 °C; 10,340–13,940 °F) คาร์บอนและออกซิเจนในแกนกลางของดวงอาทิตย์จะแข็งตัว โดยมวลที่เหลือมากกว่า 90% จะมีโครงสร้างเป็นผลึก[ 130 ]ในที่สุด หลังจากผ่านไปประมาณหนึ่งพันล้านล้านปี ดวงอาทิตย์จะหยุดส่องแสงโดยสิ้นเชิงและกลายเป็น ดาว แคระดำ[ 131 ]

ปฏิสัมพันธ์กาแล็กซี

ตำแหน่งของระบบสุริยะภายในกาแล็กซีทางช้างเผือก

ระบบสุริยะโคจรอยู่เพียงลำพังในทางช้างเผือกเป็นวงโคจรเป็นวงกลม ห่างจากศูนย์กลางกาแล็กซี ประมาณ 30,000 ปีแสง ความเร็วของมันอยู่ที่ประมาณ 220 กม./วินาที ระยะเวลาที่ระบบสุริยะใช้ในการโคจรรอบศูนย์กลางกาแล็กซีหนึ่งรอบ หรือปีของกาแล็กซีอยู่ในช่วง 220–250 ล้านปี นับตั้งแต่การก่อตัว ระบบสุริยะได้โคจรรอบศูนย์กลางกาแล็กซีไปแล้วอย่างน้อย 20 รอบ[ 132 ]

นักวิทยาศาสตร์หลายคนคาดการณ์ว่าเส้นทางโคจรของระบบสุริยะผ่านกาแล็กซีเป็นปัจจัยหนึ่งที่ทำให้ เกิด การสูญพันธุ์ครั้งใหญ่ เป็นระยะๆ ซึ่งสังเกตได้จาก บันทึกฟอสซิลของโลกสมมติฐานหนึ่งกล่าวว่าการแกว่งตัวในแนวดิ่งของดวงอาทิตย์ขณะโคจรรอบศูนย์กลางกาแล็กซีทำให้ดวงอาทิตย์ผ่านระนาบกาแล็กซีเป็นประจำ เมื่อวงโคจรของดวงอาทิตย์พาดวงอาทิตย์ออกไปนอกจานกาแล็กซี อิทธิพลของกระแสน้ำขึ้นลงของกาแล็กซีจะอ่อนลง และเมื่อดวงอาทิตย์กลับเข้าสู่จานกาแล็กซีอีกครั้ง ซึ่งเกิดขึ้นทุกๆ 20–25 ล้านปี ดวงอาทิตย์จะอยู่ภายใต้อิทธิพลของ "กระแสน้ำขึ้นลงของจาน" ที่แข็งแกร่งกว่ามาก ซึ่งตามแบบจำลองทางคณิตศาสตร์แล้ว จะเพิ่มการไหลของดาวหางจากเมฆออร์ตเข้าสู่ระบบสุริยะเป็น 4 เท่า ส่งผลให้โอกาสที่จะเกิดการชนอย่างรุนแรงเพิ่มขึ้นอย่างมหาศาล[ 133 ]

อย่างไรก็ตาม บางคนแย้งว่าปัจจุบันดวงอาทิตย์อยู่ใกล้ระนาบกาแล็กซี แต่เหตุการณ์การสูญพันธุ์ครั้งใหญ่ครั้งสุดท้ายเกิดขึ้นเมื่อ 15 ล้านปีก่อน ดังนั้น ตำแหน่งแนวตั้งของดวงอาทิตย์เพียงอย่างเดียวจึงไม่สามารถอธิบายการสูญพันธุ์เป็นระยะๆ ดังกล่าวได้ และการสูญพันธุ์จะเกิดขึ้นเมื่อดวงอาทิตย์เคลื่อนผ่านแขนกังวล ของกาแล็กซี แขนกังวลไม่เพียงแต่เป็นที่อยู่ของกลุ่มเมฆโมเลกุลจำนวนมาก ซึ่งแรงโน้มถ่วงอาจทำให้เมฆออร์ตบิดเบี้ยว แต่ยังเป็นที่อยู่ของ ดาวยักษ์สีน้ำเงินสว่างที่มีความเข้มข้นสูงกว่าซึ่งมีอายุสั้นและระเบิดอย่างรุนแรงเป็นซูเปอร์โนวา[ 134 ]

การชนกันของกาแล็กซีและการทำลายล้างของดาวเคราะห์

แม้ว่ากาแล็กซีส่วนใหญ่ในจักรวาลจะเคลื่อนที่ออกห่างจากทางช้างเผือก แต่กาแล็กซีแอนโดรเมดา ซึ่งเป็นสมาชิกที่ใหญ่ที่สุดของ กลุ่ม กาแล็กซีท้องถิ่น กำลังมุ่งหน้าเข้าหาทางช้างเผือกด้วยความเร็วประมาณ 120 กม./วินาที [ 135 ]ในอีก 4 พันล้านปีข้างหน้า แอนโดรเมดาและทางช้างเผือกจะชนกัน ทำให้ทั้งสองเสียรูปทรงเนื่องจากแรงไทดัล บิดเบี้ยวแขนด้านนอกของพวกมันให้กลายเป็น หางไทดัลขนาดใหญ่หากการแตกแยกครั้งแรกนี้เกิดขึ้น นักดาราศาสตร์คำนวณว่ามีโอกาส 12% ที่ระบบสุริยะจะถูกดึงออกไปด้านนอกสู่หางไทดัลของทางช้างเผือก และมีโอกาส 3% ที่มันจะถูกผูกมัดด้วยแรงโน้มถ่วงกับแอนโดรเมดาและกลายเป็นส่วนหนึ่งของกาแล็กซีนั้น[ 135 ]หลังจากเกิดการชนกันแบบเฉียดๆ อีกหลายครั้ง ซึ่งความน่าจะเป็นของการถูกขับออกจากระบบสุริยะเพิ่มขึ้นเป็น 30% [ 136 ]หลุมดำมวลมหาศาลของกาแล็กซีทั้งสองจะรวมตัวกัน ในที่สุด ในอีกประมาณ 6 พันล้านปีข้างหน้า กาแล็กซีทางช้างเผือกและกาแล็กซีแอนโดรเมดาจะรวมตัวกันอย่างสมบูรณ์กลายเป็นกาแล็กซีรูปวงรี ขนาดยักษ์ ในระหว่างการรวมตัว หากมีก๊าซเพียงพอ แรงโน้มถ่วงที่เพิ่มขึ้นจะผลักก๊าซไปยังใจกลางของกาแล็กซีรูปวงรีที่กำลังก่อตัว ซึ่งอาจนำไปสู่ช่วงเวลาสั้นๆ ของการก่อตัวของดาวฤกษ์อย่างเข้มข้นที่เรียกว่าการระเบิดของดาวฤกษ์[ 135 ]นอกจากนี้ ก๊าซที่ตกลงมาจะหล่อเลี้ยงหลุมดำที่เพิ่งก่อตัวขึ้น ทำให้มันกลายเป็นนิวเคลียสกาแล็กซีที่ใช้งานอยู่ แรงจากปฏิสัมพันธ์เหล่านี้มีแนวโน้มที่จะผลักระบบสุริยะเข้าไปในฮาโลชั้นนอกของกาแล็กซีใหม่ ทำให้มันไม่ได้รับความเสียหายมากนักจากรังสีจากการชนกันเหล่านี้[ 135 ] [ 136 ]

เป็นความเข้าใจผิดทั่วไปที่ว่าการชนกันนี้จะรบกวนวงโคจรของดาวเคราะห์ในระบบสุริยะ แม้ว่าแรงโน้มถ่วงของดาวฤกษ์ที่เคลื่อนผ่านอาจทำให้ดาวเคราะห์หลุดออกไปสู่อวกาศระหว่างดาวฤกษ์ได้ แต่ระยะห่างระหว่างดาวฤกษ์นั้นมากจนโอกาสที่การชนกันระหว่างกาแล็กซีทางช้างเผือกและกาแล็กซีแอนโดรเมดาจะก่อให้เกิดการรบกวนดังกล่าวต่อระบบดาวฤกษ์แต่ละระบบนั้นมีน้อยมาก แม้ว่าระบบสุริยะโดยรวมอาจได้รับผลกระทบจากเหตุการณ์เหล่านี้ แต่ดวงอาทิตย์และดาวเคราะห์ต่างๆ ไม่น่าจะได้รับผลกระทบ[ 137 ]

อย่างไรก็ตาม เมื่อเวลาผ่านไปความน่าจะเป็นสะสมของการเผชิญหน้าโดยบังเอิญกับดาวฤกษ์จะเพิ่มขึ้น และการแตกสลายของดาวเคราะห์ก็แทบจะหลีกเลี่ยงไม่ได้ สมมติว่า สถานการณ์ บิ๊กครันช์หรือบิ๊กริปสำหรับการสิ้นสุดของจักรวาลจะไม่เกิดขึ้น การคำนวณชี้ให้เห็นว่าแรงโน้มถ่วงของดาวฤกษ์ที่ผ่านไปจะทำให้ดวงอาทิตย์ที่ตายแล้วสูญเสียดาวเคราะห์ที่เหลืออยู่ทั้งหมดภายใน 1 ควอดริลเลียน (10¹⁵ )ปี จุดนี้ถือเป็นจุดสิ้นสุดของระบบสุริยะ แม้ว่าดวงอาทิตย์และดาวเคราะห์อาจจะยังคงอยู่รอด แต่ระบบสุริยะในความหมายใดๆ ก็ตามจะสิ้นสุดลง[ 4 ]

ลำดับเหตุการณ์

แผนภูมิแสดงลำดับเวลาโดยประมาณของอายุขัยของดวงอาทิตย์ ตั้งแต่การก่อตัวจนถึง 14 พันล้านปี

ช่วงเวลาการก่อตัวของระบบสุริยะได้รับการกำหนดโดยใช้การหาอายุด้วยรังสีเพื่อประมาณอายุของระบบสุริยะ นักวิทยาศาสตร์ใช้อุกกาบาตซึ่งก่อตัวขึ้นในช่วงการควบแน่นของเนบิวลาสุริยะในยุคแรก การประมาณอายุของระบบสุริยะล่าสุดมีช่วงตั้งแต่ 4.567 ถึง 4.568 พันล้านปี[ 138 ] [ 139 ] [ 140 ] [ 141 ] [ 142 ] [ 143 ]

เม็ดแร่ที่เก่าแก่ที่สุดที่รู้จักบนโลกมีอายุประมาณ 4.4 พันล้านปี[ 144 ]หินที่มีอายุเก่าแก่ขนาดนี้หายาก เนื่องจากพื้นผิวโลกมีการเปลี่ยนแปลงรูปร่างอยู่ตลอดเวลาจากการกัดเซาะภูเขาไฟและการเคลื่อนตัวของแผ่นเปลือกโลก

การศึกษาจานรอบดาวฤกษ์ดวงอื่น ๆ ยังช่วยสร้างกรอบเวลาสำหรับการก่อตัวของระบบสุริยะได้อีกด้วย ดาวฤกษ์ที่มีอายุระหว่างหนึ่งถึงสามล้านปีจะมีจานที่อุดมไปด้วยก๊าซ ในขณะที่จานรอบดาวฤกษ์ที่มีอายุมากกว่า 10 ล้านปีจะมีก๊าซน้อยหรือไม่มีเลย ซึ่งบ่งชี้ว่าดาวเคราะห์ยักษ์ภายในนั้นหยุดการก่อตัวแล้ว[ 39 ]

ลำดับเหตุการณ์วิวัฒนาการของระบบสุริยะ

หมายเหตุ: วันที่และเวลาทั้งหมดในลำดับเหตุการณ์นี้เป็นเพียงค่าประมาณ และควรใช้เป็นเพียงตัวบ่งชี้ขนาดโดยประมาณเท่านั้น

ลำดับเหตุการณ์การก่อตัวและวิวัฒนาการของระบบสุริยะ
เฟสนับตั้งแต่กำเนิดดวงอาทิตย์ระยะเวลานับจากปัจจุบัน (โดยประมาณ)เหตุการณ์
ระบบก่อนสุริยะ หลายพันล้านปีก่อนการก่อตัวของระบบสุริยะ เมื่อกว่า 4.6  พันล้านปีก่อน (bya)ดาวฤกษ์รุ่นก่อน ๆ มีชีวิตและดับสูญไป โดยปล่อยธาตุหนักเข้าไปในตัวกลางระหว่างดาวฤกษ์ซึ่งเป็นที่มาของระบบสุริยะ[ 16 ]
~ 50 ล้านปีก่อนการก่อตัวของระบบสุริยะ 4.6 พัน  ล้านปีหากระบบสุริยะก่อตัวขึ้นในบริเวณก่อกำเนิดดาวฤกษ์คล้ายเนบิวลาโอไรออน ดาวฤกษ์ที่มีมวลมากที่สุดจะก่อตัวขึ้น มีชีวิตอยู่ ตาย และระเบิดเป็นซูเปอร์โนวา ซูเปอร์โนวาหนึ่งโดยเฉพาะที่เรียกว่า ซูเปอร์โนวาดั้งเดิมซึ่งมีชื่อเล่นว่าCoatlicueอาจเป็นตัวกระตุ้นการก่อตัวของระบบสุริยะ[ 20 ] [ 21 ]
การก่อตัวของดวงอาทิตย์ 0–100,000 ปี 4.6 พัน  ล้านปีเนบิวลาก่อนดวงอาทิตย์ก่อตัวขึ้นและเริ่มยุบตัว ดวงอาทิตย์เริ่มก่อตัว[ 39 ]
100,000 – 50 ล้านปี 4.6 พัน  ล้านปีดวง อาทิตย์เป็นดาวฤกษ์ต้นกำเนิดT Tauri [ 11 ]
100,000 – 10 ล้านปี 4.6 พัน  ล้านปีภายใน 10 ล้านปี ก๊าซในจานโปรโตแพลนเทรียนต์ถูกพัดออกไป และการก่อตัวของดาวเคราะห์ชั้นนอกน่าจะเสร็จสมบูรณ์[ 39 ]
10 ล้าน – 100 ล้านปี 4.5–4.6  พันล้านปีก่อนดาวเคราะห์ภาคพื้นดินก่อตัวขึ้น เกิด การชนครั้งใหญ่และดวงจันทร์ ก่อตัวขึ้น ระยะ การชนครั้งใหญ่น้ำถูกส่งมายังโลก[ 2 ]
ลำดับหลัก 50 ล้านปี 4.5 พัน  ล้านปีดวงอาทิตย์กลายเป็นดาวฤกษ์ลำดับหลัก[ 33 ]
200 ล้านปี 4.4 พัน  ล้านปีหินที่เก่าแก่ที่สุดที่รู้จักบนโลกก่อตัวขึ้น[ 144 ] [ 145 ]
500 ล้าน – 600 ล้านปี 4.0–4.1 พัน  ล้านปีก่อนการสั่นพ้องของวงโคจรระหว่างดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์ทำให้ดาวเนปจูนเคลื่อนตัวออกไปในแถบไคเปอร์การระเบิดครั้งใหญ่ในช่วงปลายเกิดขึ้นในระบบสุริยะชั้นใน[ 2 ]
800 ล้านปี 3.8 พัน  ล้านปีก่อนสิ่งมีชีวิตที่เก่าแก่ที่สุดที่รู้จักบนโลก[ 81 ] [ 145 ]เมฆออร์ตมีมวลสูงสุด[ 84 ]
4.6 พันล้านปี วันนี้ดวงอาทิตย์ยังคงเป็นดาวฤกษ์ลำดับหลัก[ 117 ]
6 พันล้านปี อีก 1.4 พันล้านปีข้างหน้า เขตที่อยู่อาศัยของดวงอาทิตย์เคลื่อนตัวออกไปนอกวงโคจรของโลก อาจจะเคลื่อนไปอยู่ในวงโคจรของดาวอังคาร[ 120 ]
7 พันล้านปี อีก 2.4 พันล้านปีข้างหน้า ทางช้างเผือกและกาแล็กซีแอนโดรเมดาเริ่มชนกัน มีโอกาสเล็กน้อย ที่ระบบสุริยะจะถูกดึงดูดโดยแอนโดรเมดาก่อนที่กาแล็กซีทั้งสองจะหลอมรวมกันอย่างสมบูรณ์[ 135 ]
หลังลำดับหลัก 10 พันล้าน – 12 พันล้านปี ในอีก 5-7 พันล้านปีข้างหน้า ดวงอาทิตย์ได้หลอมรวมไฮโดรเจนทั้งหมดในแกนกลางและเริ่มเผาไหม้ไฮโดรเจนในเปลือกที่ล้อมรอบแกนกลาง ทำให้สิ้นสุดช่วงชีวิตหลัก ดวงอาทิตย์เริ่มเคลื่อนตัวขึ้นสู่กิ่งดาวยักษ์แดงของแผนภาพเฮิร์ตสปรุง-รัสเซลล์สว่างขึ้นอย่างมาก (เพิ่มขึ้นถึง 2,700 เท่า) ใหญ่ขึ้น (เพิ่มขึ้นถึง 250 เท่าในรัศมี) และเย็นลง (ลดลงเหลือ 2600 K): ขณะนี้ดวงอาทิตย์เป็นดาวยักษ์แดงดาวพุธ ดาวศุกร์ และอาจรวมถึงโลกถูกกลืนกิน[ 118 ] [ 123 ]ในช่วงเวลานี้ เขตที่อยู่อาศัยได้ของระบบสุริยะจะขยายออกไปในช่วง 49.4 AU ถึง 71.4 AU ลึกเข้าไปในแถบไคเปอร์[ 118 ]
~ 12 พันล้านปี ~ อีก 7 พันล้านปีข้างหน้า ดวงอาทิตย์ผ่านช่วงการเผาไหม้ฮีเลียมในสาขาแนวนอนและสาขายักษ์เชิงเส้นกำกับโดยสูญเสียมวลไปทั้งหมดประมาณ 30% ในทุกช่วงหลังลำดับหลัก ช่วงสาขายักษ์เชิงเส้นกำกับสิ้นสุดลงด้วยการขับไล่ชั้นนอกออกไปเป็นเนบิวลาดาวเคราะห์เหลือไว้เพียงแกนกลางที่หนาแน่นของดวงอาทิตย์ในรูปของ ดาว แคระขาว[ 118 ] [ 127 ]
ดวงอาทิตย์ที่เหลืออยู่ ~ 1 พันล้านล้านปี ( 10¹⁵ปี) ในอนาคตอีกประมาณ 1 ล้านล้านล้านปี ดวงอาทิตย์เย็นลงเหลือ 5 K [ 146 ]แรงโน้มถ่วงของดาวฤกษ์ที่เคลื่อนผ่านทำให้ดาวเคราะห์หลุดออกจากวงโคจร ระบบสุริยะจึงสิ้นสุดลง[ 4 ]

ดูเพิ่มเติม

หมายเหตุ

  1. หน่วยดาราศาสตร์หรือ AU คือระยะทางเฉลี่ยระหว่างโลกกับดวงอาทิตย์ หรือประมาณ 150 ล้านกิโลเมตร เป็นหน่วยวัดมาตรฐานสำหรับระยะทางระหว่างดาวเคราะห์
  2. ^มวลรวมของดาวพฤหัสบดี ดาวเสาร์ ดาวยูเรนัส และดาวเนปจูน คือ 445.6 เท่าของมวลโลก มวลของสสารที่เหลืออยู่คือประมาณ 5.26 เท่าของมวลโลก หรือ 1.1% (ดูหมายเหตุเกี่ยวกับระบบสุริยะและรายชื่อวัตถุในระบบสุริยะเรียงตามมวล )
  3. ^เหตุผลที่ดาวเสาร์ ดาวเนปจูน และดาวยูเรนัสเคลื่อนที่ออกไปด้านนอก ในขณะที่ดาวพฤหัสบดีเคลื่อนที่เข้ามาด้านในนั้น เป็นเพราะดาวพฤหัสบดีมีมวลมากพอที่จะขับไล่ดาวเคราะห์น้อยออกจากระบบสุริยะได้ ในขณะที่ดาวเคราะห์ชั้นนอกอีกสามดวงนั้นไม่มีมวลมากพอ ในการขับไล่วัตถุออกจากระบบสุริยะ ดาวพฤหัสบดีจะถ่ายโอนพลังงานให้กับวัตถุนั้น ทำให้สูญเสียพลังงานวงโคจรของตัวเองไปบางส่วนและเคลื่อนที่เข้ามาด้านใน เมื่อดาวเนปจูน ดาวยูเรนัส และดาวเสาร์รบกวนดาวเคราะห์น้อยให้เคลื่อนที่ออกไปด้านนอก ดาวเคราะห์น้อยเหล่านั้นจะอยู่ในวงโคจรที่มีความเยื้องศูนย์สูงแต่ยังคงถูกผูกมัดอยู่ ดังนั้นจึงสามารถกลับมายังดาวเคราะห์ที่รบกวนและอาจคืนพลังงานที่สูญเสียไปได้ ในทางกลับกัน เมื่อดาวเนปจูน ดาวยูเรนัส และดาวเสาร์รบกวนวัตถุให้เคลื่อนที่เข้ามาด้านใน ดาวเคราะห์เหล่านั้นจะได้รับพลังงานจากการกระทำดังกล่าวและจึงเคลื่อนที่ออกไปด้านนอก ที่สำคัญกว่านั้น วัตถุที่ถูกรบกวนเข้าด้านในมีโอกาสมากขึ้นที่จะชนกับดาวพฤหัสบดีและถูกขับออกจากระบบสุริยะ ซึ่งในกรณีนั้น พลังงานที่ดาวเนปจูน ดาวยูเรนัส และดาวเสาร์ได้รับจากการเบี่ยงเบนวัตถุที่ถูกขับออกไปเข้าด้านในจะกลายเป็นพลังงานถาวร
  4. ^ในทุกกรณีของการถ่ายโอนโมเมนตัมเชิงมุมและพลังงาน โมเมนตัมเชิงมุมของระบบสองวัตถุจะถูกอนุรักษ์ไว้ ในทางตรงกันข้าม พลังงานรวมของการโคจรของดวงจันทร์บวกกับการหมุนของวัตถุหลักจะไม่ถูกอนุรักษ์ แต่จะลดลงเมื่อเวลาผ่านไปเนื่องจากการสูญเสียพลังงานผ่านความร้อนเสียดทานที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของส่วนนูนของน้ำขึ้นน้ำลงผ่านตัววัตถุหลัก หากวัตถุหลักเป็นของเหลวในอุดมคติที่ไม่มีแรงเสียดทาน ส่วนนูนของน้ำขึ้นน้ำลงจะอยู่ตรงกลางใต้ดาวเทียม และจะไม่มีการถ่ายโอนเกิดขึ้น การสูญเสียพลังงานพลวัตผ่านแรงเสียดทานนี่เองที่ทำให้การถ่ายโอนโมเมนตัมเชิงมุมเป็นไปได้

บรรณานุกรม

  • Duncan, Martin J.; Lissauer, Jack J. (1997). "เสถียรภาพวงโคจรของระบบดาวเทียมของดาวยูเรนัส" Icarus . 125 (1): 1– 12. Bibcode : 1997Icar..125....1D . doi : 10.1006/icar.1996.5568 .
  • Zeilik, Michael A.; Gregory, Stephen A. (1998). ดาราศาสตร์และฟิสิกส์ดาราศาสตร์เบื้องต้น (ฉบับที่ 4). สำนักพิมพ์ Saunders College. ISBN 0-03-006228-4.
  • ภาพเคลื่อนไหวความยาว 7 นาทีจากskyandtelescope.comแสดงให้เห็นวิวัฒนาการในช่วงเริ่มต้นของระบบสุริยะชั้นนอก
  • แอนิเมชั่น QuickTime แสดงภาพการชนกันในอนาคตระหว่างกาแล็กซีทางช้างเผือกและกาแล็กซีแอนโดรเมดา
  • ดวงอาทิตย์จะดับลงอย่างไร: และจะเกิดอะไรขึ้นกับโลก (วิดีโอที่ Space.com)

ดึงข้อมูลมาจาก " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Formation_and_evolution_of_the_Solar_System&oldid=1360737634 "

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ การก่อตัวและวิวัฒนาการของระบบสุริยะ

การก่อตัวของระบบสุริยะเริ่มต้นเมื่อประมาณ 4.6 พันล้านปีก่อนด้วย การยุบตัวเนื่องจาก แรงโน้มถ่วงของส่วนเล็ก ๆ ของเมฆโมเลกุล ขนาดยักษ์ มวลที่ยุบตัวส่วนใหญ่รวมตัวกันที่ศูนย์กลาง

ประวัติศาสตร์

แนวคิดเกี่ยวกับต้นกำเนิดและชะตากรรมของโลกมีมาตั้งแต่บันทึกที่เก่าแก่ที่สุดเท่าที่ทราบ อย่างไรก็ตาม ตลอดช่วงเวลานั้นเกือบทั้งหมด ไม่มีการพยายามเชื่อมโยงทฤษฎีดังกล่าวกับการมีอยู่ของ "ระบบสุริยะ"...

เนบิวลาก่อนดวงอาทิตย์

สมมติฐานเนบิวลากล่าวว่าระบบสุริยะก่อตัวขึ้นจาก การยุบตัวเนื่องจาก แรงโน้มถ่วง ของเศษ เมฆโมเลกุล ขนาดยักษ์ ซึ่งน่าจะอยู่ที่ขอบของ ฟองวูล์ฟ-เรย์เยต [ 10 ] อย่างไรก็ตาม มันไม่ใช่การยุบตัวโดยตรง เนื่องจากแรงดันภายในของเมฆช่วยพยุงมันไว้...

สภาพแวดล้อมการกำเนิดระบบสุริยะ

เช่นเดียวกับดาวฤกษ์ส่วนใหญ่ ดวงอาทิตย์น่าจะไม่ได้ก่อตัวขึ้นอย่างโดดเดี่ยว แต่เป็นส่วนหนึ่งของ กระจุกดาว อายุ น้อย [ 36 ] มีข้อบ่งชี้หลายประการที่บอกเป็นนัยว่าสภาพแวดล้อมของกระจุกดาวมีอิทธิพลต่อระบบสุริยะที่ยังอายุน้อยและกำลังก่อตัวอยู่ ตัวอย่างเช่น...