Güneş Sistemi Nasıl Oluştu?

Yaklaşık 4,5 milyar yıl önce, kütleçekim kuvveti etkisi altında toz ve gaz bulutları birleşerek Güneş Sistemi’mizi oluşturdu. Bilim insanları, bu sürecin tam olarak nasıl işlediğinin tüm detaylarından emin olmasalar da, bilgisayar simülasyonları sayesinde genç yıldız sistemlerinin nasıl ortaya çıkabildiğine yönelik üç model geliştirebildiler.

Güneş Nasıl Oluştu?

İlk olarak yıldızlararası gaz ve tozların oluşturduğu yoğun karışım, Güneş’in oluştuğu yeri oluşturacak moleküler bir bulut yarattı. Sıcaklığın azalması ile birlikte gazlar yoğunlaşmaya başladı. Bu moleküler bulut kendi kütleçekimi altında çökmeye başlayarak, protostarlar olarak bilinen çok sayıda genç yıldız oluşturdu. Kütleçekimi ile birlikte, madde genç yıldızın üzerine çökmeye devam etti ve bunun sonucunda bir yıldız ve gezegenlerin olduğu bir disk meydana geldi. Füzyon tepkimelerinin başlamasıyla birlikte, genç yıldız, enkazın temizlenmesine yardımcı olacak ve bu enkazın içine çekilmesini engelleyecek rüzgarları başlattı.

Her ne kadar gaz ve toz bulutları görünür dalga boylarındaki genç yıldızları örtseler de, kızılötesi teleskoplar sayesinde Samanyolu Galaksisi’nin bulutlarındaki diğer yıldızların doğum ortamları araştırılabiliniyor. Sonuç olarak bilim insanları, diğer sistemlerde gördüklerini kendi yıldızımıza uygulamaya çalışıyorlar.

Güneş oluştuktan sonra, 100 milyon yıl boyunca, büyük bir kütle diski tarafından çevrelenmişti. Bu süre gezegenlerin oluşması için yeterli gibi gelebilir ancak astronomik olarak düşünüldüğünde göz açıp kapayıncaya kadar geçer. Bu arada, yeni doğan Güneş kütle diskini ısıtırken gazlar hızla buharlaşıyordu. Yani yeni doğan gezegenlerin ve uyduların toparlanması için kısa bir süre vardı.

Gezegenlerin Oluşum Modelleri

Bilim insanları Güneş Sistemi’ndeki gezegenlerin nasıl oluşmuş olabileceğini açıklamak için üç farklı model geliştirdiler. İlk ve en çok kabul gören model, çekirdek akresyonu yani çekirdek toplanması modelidir. Bu model kayalık karasal gezegenlerin oluşumunu açıklayabilmektedir fakat dev gezegenler konusunda büyük sıkıntı yaşar. İkinci model disk kararsızlığı modelidir. Bu model dev gezegenlerin nasıl oluştuğunu açıklar. Üçüncüsü ise çakıl yığılması modelidir. Bu model ise gezegenlerin en küçük malzemelerden hızlı bir şekilde nasıl oluştuğunu açıklar.

Çekirdek Akresyonu (Toplanması) Modeli

Yaklaşık 4,5 milyar yıl önce Güneş Sistemi, Güneş bulutsusu olarak bilinen bir toz ve gaz bulutuydu. Malzeme dönmeye başladığında kütleçekimi ile birlikte kendi içine çöktü ve Güneş’i bu bulutsunun merkezinde oluşturdu.

Güneş’in oluşmasıyla birlikte, kalan madde yığınlaşmaya başladı. Küçük parçacıklar kütleçekim kuvvetlerine kapılarak daha büyük parçacıklar haline geldi. Güneş rüzgarları hidrojen ve helyum gibi daha hafif elementleri daha yakın bölgelerden süpürerek, sadece ağır ve kayalık malzemeler bıraktı. Bu malzemeler de karasal gezegenleri oluşturdu. Merkezden uzakta, Güneş rüzgarları daha hafif elementler üzerinde daha az etkiye sahipti. Bu hafif elementler de gaz devlerini oluşturdu. Bu şekilde; asteroitler, kuyruklu yıldızlar, gezegenler ve uydular oluştu.

Bazı dış gezegenlerin gözlemleri ile birlikte, oluşum süreci olarak çekirdek akresyonu modeli doğrulanmaktadır. Çekirdeğinde hidrojen ve helyum dışındaki elementlerden, yani metallerden oluşan yıldızlar daha büyük gezegenlere sahiptir. NASA'ya göre çekirdek akresyonu modeli ile, kayalık gezegenlerin büyük gaz devlerinden daha yaygın olması gerekiyor.

Güneş benzeri bir yıldız olan HD 149026'nın etrafında dönen ve devasa bir çekirdeğe sahip dev gezegenin keşfi, çekirdek akresyonu modelinin güçlenmesine yardımcı olmuştur. Nashville'deki Tennessee Eyalet Üniversitesi'nde gökbilimci olan Greg Henry, bir yıldızın sönmesini tespit ettikten sonra bir basın açıklamasında şunları söylüyor:

Bu durum, gezegen oluşumu için çekirdek akresyonu teorisinin bir teyididir ve bu tür gezegenlerin bolca bulunması gerektiğine dair kanıttır.

Avrupa Uzay Ajansı, süper Dünyalar’dan Neptün'e kadar çeşitli boyutlardaki gezegenleri inceleyecek olan CHaracterising ExOPlanet Satellite (CHEOPS) uydusunu 2017 yılında göndermeyi amaçlıyor. Bu uydunun amacı, bu uzak dünyaları inceleyip Güneş Sistemi’ndeki gezegenlerin nasıl oluştuğunu belirlemek (Ç.N. : Bu yazı hazırlandığında bu uydu hala fırlatılmamıştı. 18 Aralık 2019'da başarılı bir şekilde fırlatılarak Dünya'nın yörüngesine oturdu).

CHEOPS ekibi şunları söylüyor:

Çekirdek akresyonu senaryosunda, bir gezegen çekirdeğinin gaz toplayabilmesi için kritik bir kütleye ulaşması gerekir. Bu kritik kütle, gezegenlerin akresyon oranı gibi birçok fiziksel değişkene bağlıdır.

Büyüyen gezegenlerin maddeyi nasıl topladığını inceleyen CHEOPS, gezegenlerin nasıl büyüdüğüne dair fikir verecek.

Disk Kararsızlığı Modeli

Çekirdek akresyonu modelinin sorunlarından biri de gaz devi gezegenlerin hızlı bir formasyona ihtiyaç duymasıdır. Modele göre oluşum milyonlarca yıl sürüyor yani erken Güneş Sistemi’nde hafif gazların mevcut olduğu süreden daha uzun bir süredir bu. Aynı zamanda çekirdek akresyonu modeli bir göç sorunu ile karşı karşıyadır; çünkü bebek gezegenler çok kısa bir sürede Güneş’in etrafında toplanacaklardır.

Colorado'nun Boulder kentindeki Güneybatı Araştırma Enstitüsü'nde (SwRI) araştırmacı olan Kevin Walsh şunları söylüyor:

Dev gezegenler, birkaç milyon yılda çok hızlı bir şekilde oluşuyor. Bu bir zaman sınırı yaratıyor çünkü güneşin etrafındaki gaz diski sadece 4 ila 5 milyon yıl kalabiliyor.

Nispeten yeni bir teori olan disk kararsızlığı teorisine göre; toz ve gaz kümeleri, Güneş Sistemi’nin erken evrelerinde birbirine bağlıdır. Zamanla bu kümeler dev bir gezegene dönüşürler. Bu gezegenler çekirdek akresyonu modelinden daha hızlı, bazen 1.000 yıl gibi kısa bir sürede, hızla yok olan hafif gazları yakalayabilirler. Ayrıca hızlı bir şekilde, Güneş’e yani ölüme gitmelerini engelleyen yörünge stabilize edici bir kütleye ulaşırlar.

Bilim insanları Güneş Sistemi’ndeki gezegenleri ve diğer yıldızları incelemeye devam ettikçe, gaz devlerinin nasıl oluştuğunu daha iyi anlayacaklar.

Çakıl Yığılması Modeli

Çekirdek akresyonu modeli için en büyük sıkıntı, o kadar kısa sürede gaz devlerinin nasıl oluştuğunu açıklayamamasıdır. Son yıllarda yapılan çalışmalarda bilim insanları, daha önceki çalışmalardan 1000 kat daha hızlı bir şekilde çakıl büyüklüğündeki nesnelerden dev gezegenlerin nasıl oluşabileceğini araştırdılar.

Gökbilimci yazar Harold Levison, 2015 yılında Space.com'a verdiği demeçte bu model için şunları söylüyor:

Bu model, gezegenlerin oluştuğu Güneş bulutsusu için oldukça basit bir yapı ile başlandığını ve dev gezegen sistemi ile sonuçlandığını gördüğümüz ilk model.

2012 yılında, İsveç Lund Üniversitesi'ndeki araştırmacılar Michiel Lambrechts ve Anders Johansen, küçük çakılların hızla dev gezegenler inşa etmenin anahtarı olduğunu öne sürdüler.

Levison bu araştırma için şöyle diyor:

Bu araştırma, daha önce önemsiz olduğu düşünülen çakıl taşlarının aslında gezegen oluşturma sorununa büyük bir çözüm olabileceğini gösterdi.

Levison ve ekibi, küçük çakıl taşlarının bugün galakside görülen gezegenleri nasıl oluşturabileceğini daha kesin bir şekilde modelleyebilmek için bu araştırmayı temel aldılar. Önceki simülasyonlar, hem büyük hem de orta büyüklükteki nesnelerin çakıl büyüklüğündeki bu nesneleri nispeten sabit bir oranda tükettiğini gösterirken; Levison'un simülasyonları, daha büyük nesnelerin zorba gibi davrandığını ve orta ölçekli kütlelerden çakıl parçalarını çalarak çok daha hızlı büyümesini sağladığını gösteriyor.

Ortak yazar olan SwRI'dan Katherine Kretke, Space.com için şöyle özetliyor:

Daha büyük nesneler küçük olanları daha fazla saçma eğilimindedir, bu nedenle daha küçük olanlar çakıl diskinden dağılmış olurlar. Büyükler nesneler küçük olanlara zorbalık yaparak tüm çakıl taşlarını kendileri yiyip, dev gezegenlerin çekirdeklerini oluşturmak için büyümeye devam edebilirler.

Kuiper Kuşağı ve Nice Modeli

Bilim insanları, gezegenlerin bugün içinde bulundukları Güneş Sistemi’nin aynı bölümünde oluştuğunu düşünüyorlardı. Diğer sistemlerdeki gezegenlerin keşfi bu bilgileri sarstı ve en büyük gezegenlerin en azından bazılarının göç etmiş olabileceğini ortaya koydu.

2005 yılında Nature dergisinde yayınlanan üç makalede, dev gezegenlerin bugünkünden çok daha yakın dairesel yörüngelere bağlandığı öne sürüldü. Büyük bir kaya ve buzul diski onları çevrelemişti ve Neptün'ün şimdiki yörüngesinin hemen ötesinde, Dünya-Güneş mesafesinin yaklaşık 35 katına kadar uzanıyordu. Bu model ilk defa Fransa'nın Nice şehrinde tartışıldığı için Nice Modeli denilmiştir.

Gezegenler daha küçük cisimlerle etkileşime girdikçe Güneş'e doğru savruldular. Bu süreç, enerji alışverişlerine sebep olduğu için Satürn, Neptün ve Uranüs'ü Güneş Sistemi’nin daha uzak kısımlarına itti. Sonunda küçük nesneler Jüpiter'e ulaştı ve onları Güneş Sistemi’nin kenarına ya da tamamen dışına uçurdu.

Jüpiter ve Satürn arasındaki hareketler, Uranüs ve Neptün'ü daha fazla eksantrik yörüngelere sürükleyerek bu çifti kalan buz diskinden gönderdi. Maddenin bir kısmı içeriye doğru fırlatıldı ve bunlar Geç Dönem Ağır Bombardıman sırasında (Ç.N. : Geç Dönem Ağır Bombardıman; ay tufanı olarak da bilinir. Günümüzden 3,800 ile 4,100 milyar yıl öncesinde oluştuğu düşünülen dönemdir) karasal gezegenlere çarptılar. Diğer maddeler dışarı fırlatılarak Kuiper Kuşağı'nı oluşturdular.

Wikipedia

Yavaşça dışa doğru ilerledikçe, Neptün ve Uranüs yerleri değiştirdiler. Kalan kalıntılarla etkileşerek bu gezegenler Güneş’ten daha uzak mesafelerine ulaşıp, daha uzun dairesel yollar katettiler. Yol boyunca bir veya iki dev gezegenin sistem dışına atılması mümkün olmuş olabilir. Erken Güneş Sistemi'ni modelleyen SwRI'dan gökbilimci David Nesvorny, Space.com’a şunları söylüyor:

İlk zamanlarda Güneş sistemi çok farklıydı, belki daha fazla gezegen ve hatta Neptün kadar büyük gezegenler farklı yerlere dağılmıştı.

Dünya Üzerindeki Su Nereden Geldi?

Gezegenler oluştuktan sonra Güneş Sistemi tam olarak oluşumunu tamamlamamıştı. Gezegenimiz Dünya, bilim insanlarının yaşamın oluşmasının en büyük nedeni olarak önerdiği yüksek su içeriği nedeniyle gezegenlerin arasında öne çıkmaktadır. Ancak gezegenimiz, erken Güneş Sistemi’nde su toplamak için çok sıcaktı. Bu da, hayat veren bu sıvının gezegenin oluşumundan sonra Dünya'ya ulaştığını düşündürmektedir.

Ancak bilim insanları bu suyun kaynağını hala bilmiyorlar. Başlangıçta kuyruklu yıldızlardan geldiğinden şüphelendiler ancak 1980'lerde Halley kuyruklu yıldızının yanında uçan altı uydu ve daha yakın zamanda gönderilen Avrupa Uzay Ajansı'nın Rosetta uydusu da dahil olmak üzere çeşitli görevlerle gönderilen bu uydular, Güneş Sistemi’nin eteklerindeki buzlu malzemenin kompozisyonunun tam olarak Dünya’nınki ile eşleşmediğini ortaya koydular.

Asteroit kuşağı da potansiyel bir su kaynağıdır. Bazı meteorların yüzeylerinde, erken dönemlerinde su ile etkileşime girdiklerini gösteren değişiklikler olduğu bulunmuştur. Yani meteorlar, gezegenimiz için başka bir su kaynağı olabilirler.

Son zamanlarda, bazı bilim insanları erken Dünya'nın su toplamak için çok sıcak olduğu fikrine meydan okuyorlar. Eğer gezegen yeterince hızlı oluştuysa, buharlaşmadan önce buzlu tanelerden gerekli suyu toplayabileceğini iddia ediyorlar.

Dünya suyu üzerinde tutarken, Venüs ve Mars'ın da büyük olasılıkla önemli miktarda sıvıyı aynı şekilde tutması beklenirdi ancak Venüs'te yükselen sıcaklıklar, Mars'ta buharlaşan bir atmosfer sularını korumalarını engelledi ve bugün bildiğimiz kuru gezegenler olarak sonuçlandılar.