Dünya Fizik / Astrofizik Güneş Sistemi Jüpiter Mars Neptün Tüm Yazılar Venüs

Güneş Sistemi Teorileri 2

63001516
Facebooktwittergoogle_plusredditlinkedintumblrmail

Yazı dizimizin ilk bölümünde gözlem araçlarımızın gelişmesiyle birlikte Güneş Sistemi’nin nasıl oluştuğuna dair geliştirilen teorileri görmeye başlamıştık. Gözlem araçlarımızın daha da gelişmesi ve bilimsel bilgi birikiminin artmasıyla bu teoriler de daha fazla olgunlaşmaya başladı. Şimdi bu teori ve modellere göz atmayı sürdürelim:

Schmidt-Lyttleton Akresyon* modeli

20.yy başlarından beri popüler olan dualist teoriler her ne kadar Henry Norris Russell sayesinde ciddi darbe alsalar da, vazgeçilmeleri pek kolay olmamıştır. 1944 yılında Sovyet gezegenbilimci Otto Schmidt oldukça farklı, modern teorilere de dahil edilebilen bir dualist teori ortaya atar.

Arkalarındaki yıldızın ışığını absorblayan (sönükleştiren veya engelleyen) soğuk ve yoğun bulutsuların bulunmaya başlanmasıyla birlikte Schmidt bu bulutsuların içinden bir yıldız geçebileceğini ve bu geçişten sonra kendi yörüngesine gaz ve tozlar çekebileceğini, ortamdan toplanan bu maddenin gezegenleri oluşturabileceğini belirtir.

IC405_big

Schmidt-Lyttleton Akresyon modeline göre, yoğun bir bulutsunun içinden geçen yıldız, bulutsuyu oluşturan maddenin bir kısmını çevresine toplar. Yıldızın çevresine yığılan bu madde ise gezegenleri oluşturur.

Başlarda Schmidt yakalama işleminin gerçekleşmesi için üçüncü bir cismin (Güneş’in yanında bir yıldızın daha) olması gerektiğini söyler fakat Ray Lyttleton 1961’de bunun gerekli olmadığını bir akresyon modeli ile gösterir. Kaçış hızından daha düşük olduğu müddetçe yıldız bulutsu materyalini yakalayabileceği üzerinden hareket edilir.

Bu modelin en büyük başarısı gezegenlerin nasıl oluştuğuna dair yaptığı açıklamadır. Bulutsunun içindeki toz parçacıkları açısal momentum kazanarak disk şeklini alırlar. Fakat homojen bir yapı olmadığı için kütleçekimsel dengesizlikler ve kazandığı momentum sayesinde belirli bölgelerdeki çökmeler olur ve bu çökmeler gezegenleri oluşturacak kaya parçalarını, protoplanet’leri (ön gezegenleri), inşa eder. Birbirlerine yaklaşan parçaların elips yörüngeler çizerek çarpışıp birleştikleri, artan kütlenin saçılan ve etrafta olan diğer materyallerin de yörüngelerini değiştirip kendisine doğru çekerek kütlesini arttırdığı belirtilir.

473460a-f1.2

Protoplanetler, oluştukları diskte yer alan kaya ve toz parçalarını kütleçekim etkisiyle kendileri üzerinde toplayarak büyürler.

Modelin önerdiği sistem oluşum süreci ise eleştiriler almıştır. Bulutsu için öngörülen sıcaklık 3-4 Kelvin, hesaplanan hız ise 0.2km/s-1‘dir. Bu tarz bulutsularda rastlanan değer ise 10-100 K (Kelvin: -273 santigrat derece = 0 Kelvin) arasında, Güneş benzeri yıldızlarda ise hız 20km/s-1 civarındadır. Michael Woolfson parametreleri değiştirerek Lyttleton’un modelinin daha kabul edilebilir yapılabileceğini söylemiştir fakat Viktor Safranov ise hesaplarına göre modelde Neptün gibi büyük gezegenlerin oluşma sürelerin 1010 yani 10 milyar yıl mertebesinde olduğunu ve bu değerin sistemin kendi yaşından çok daha yüksek olduğunu belirlemiştir.

(*) Akresyon: Kümelenme, birikme, bir araya gelme anlamlarına gelir.

Modern Teoriler

1960 yılına gelindiğinde Güneş sistemimizin nasıl oluştuğuna dair oturaklı bir teori hala ortaya konulamamıştı. Çözülmesi gereken temel problemler hala bekliyordu. Bu tarihten itibaren, eski teorilerin parça parça getirdikleri tutarlı açıklamalar eşliğinde oluşturulan 4 adet yeni ve daha kapsamlı teori vardır. Önceki teoriler içerdikleri hatalar nedeniyle yanlışlanırken bu teoriler açıklayamadıkları kısımlar olsa bile geçersiz kılınamamışlardır. 1960’da protoplanet teorisi, 1964’te yakalama teorisi, 1973’te güneş nebulası teorisi ve 1974’te günümüzde yaygın bir şekilde kabul görmüş olan modern laplace teorisi ortaya atılmıştır. Sırasıyla bu son 4 teoriye değineceğiz.

Protoplanet Teorisi

1960 yılına gelindiğinde William McCrea gezegenimsi oluşumlarını açıklayan teoriyi bir adım ileri götürürken Güneş’in yavaş dönüşü ile gezegenlerin açısal momentumu arasındaki ilişkiyi açıklamak için monistik modele başvurdu. Yıldız ve gezegen oluşumlarının eş zamanlı olarak ilerlediğini düşünüyordu.

Başlangıç noktasını yıldızlarası bir gaz ve toz bulutu olarak aldı. Bulutun %1 kadarı toz parçaları geri kalan kısmı ise hidrojen ve helyum’dan oluşuyordu. Bu karışımın türbülanslar içerdiği varsayımından yola çıkarak, türbülansların yarattığı madde akımlarının çarpıştığını, partiküllerin bu şekilde belirli bölgelerde yoğunlaşacağını belirtti. Başka varsayımsal parametreler kullanmaktan ise elinden geldiğince çekinerek modelini test etmeye çalıştı.

6_01f3c2cab5cf417ad24ef2a3539cb89c2

Protoplanet teorisine göre, yıldız oluşum diskindeki türbülanslar, ön gezegen veya gezegenimsi diyebileceğimiz yapıları meydana getirir. Bu yapılar, zamanla çevrelerindeki gaz ve tozu bünyelerinde toplayarak gezegenlere dönüşürler.

Bu modelin en dikkat çekici kısmı yıldız oluşum sürecini açıklama şeklidir. Rastgele konumlardan gelen türbülanslar ve kümelenmeler Güneş’in oldukça düşük açısal momentuma sahip olmasını sağlarlar. Güneş’in varolan açısal momentumuna göre teori yine de daha fazlasını öngörmektedir fakat ilksel Güneş’in bu açısal momentum farkını kaybetmesi için zamana sahiptir ve iyonize olmuş Güneş rüzgarlarıyla taşınan materyallerin manyetik alanların etrafında spiraller çizmesi ve ayrılması açısal momentumu azaltıcı etki için tatminkardır.

Türbülanslar nedeniyle bölge bölge yoğunlaşan gazlar gezegenlerin en az bir kaç katı büyüklükte oluyor, birbirleriyle kesişenler birleşiyor ve etrafına karşı basın konuma gelip etrafındaki maddeleri de kendine çekiyor, daha sonra bu yapılar kendi kütleçekimleri dahilinde çökmeye başlayıp gezegenimsileri oluşturuyorlardı. McCrea aynı zamanda gezegenimsilerin gezegenlerden daha büyük olduğunu savunuyordu. Çökme süreci sırasında artan hız nedeniyle gezegenimsilerin dönüş biçimi kararsız bir hale bürünüyor ve gezegenimsi 8’e 1 oranında iki parçaya ayrılıyor, bir kütle merkezi etrafında önceki açısal momentuma yakın bir hızda birbirleri etrafında dönen gezegenimsilerden daha ufak olanı kaçış hızından daha hızlı olduğu için fırlayıp başka bir yörüngeye oturuyordu. Bu iki gezegenimsinin etkileşimi sırasında ise uydular oluşuyordu.

spitzer-distantsystem-browse

Haliyle bu modele göre Güneş sistemindeki gezegenlerin sınıflandırması değişmektedir. Venüs ve Dünya 2 ana kaya gezegen olurlar. Merkür Venüs’ün kardeş gezegeni, Mars ise Dünya’nın kardeş gezegenidir. Ayrıca bu gezegenlerin yoğunluklarının da birbirlerine yakın olacağı öngörülmektedir. Jupiter ve Satürn 2 ana gezegen, Uranüs ve Neptün ise 2 dış gezegendir. Plüton da Mars ve Merkür gibi kardeş gezegenlerin içinde kabul edilir.

Teori gezegenlerin yörüngelerinin neden dairesele yakın bir şekilde olduğu konusuna bir açıklama getirememiştir. Ayrıca rastgele bir şekilde oluşan gezegenlerin hepsinin de Güneş’in etrafında aynı yönde seyretmeleri pek akla yatkın değildir.

Yakalama Teorisi

1964 yılında Michael Woolfson‘un geliştirdiği bu teori zamanında oldukça kabul görmüş olan James Jeans’in Gelgit teorisi (1917) gibi dualist teoriler sınıfındadır. Jeans’in teorisinden farklı olarak yıldızlar rollerini değiştirmişlerdir. Güneş yanından geçen hiperbolik yörüngeli, henüz tam bir yıldız olamamış düşük yoğunluklu ve daha az kütleli fakat daha büyük bir protoyıldıza (ön yıldız) gelgit etkisi yapar. Bunun sonucunda protoyıldızın atmosferinden güneşe doğru filament şeklinde madde akışı başlar. Yörüngeye oturan bu madde bölge bölge yoğunlaşarak topaklar oluşturur ve bunlar da zamanla gezegenimsileri meydana getirirler.

Woolfson, makalesinde geçiş yapan yıldızın kütlesini 0.15 güneş kütlesi, yarıçapını ise 20 astronomik birim olarak belirtmiştir. Yapılan parçacık simülasyonlarında büyük kütleli gezegenimsilerin Güneş’in yakınlarında oluşmasının pek de mümkün olmadığı görülmüştür. Filamentin gezegenimsileri oluşturması sırasında bu gezegenimsiler aphelion (Güneş’e en uzak) konumlarında olurlar ve yüksek dış merkezli yörüngeler ile (0.7 ile 0.9 arası) 100AU’dan daha öteden Güneş’e doğru rota çizerler. Perihelion’a (Güneş’e en yakın konum) ulaşmaları binlerce yıl alacağı için yoğunlaşıp Güneş’in gelgit etkisi ile dağılmamaları için zamanları olur.

Güneş Nebulası Teorisi

1960’larda meteoritlerin artık iyice anlaşılmaya başlanmasının ve 1972’de sovyet astronom Victor Safranov’un gezegen oluşumları için yazdığı makalenin ardından tekrar gündeme gelip gelişmeye başlayan nebula modeli 1973’te ise Kanadalı astrofizikçi Alastair Cameron sayesinde olgunlaşmıştır.

Güneş sisteminde bulunan belli kompozisyonların farklı sıcaklıklarda ve basınçlarda soğumalarının nasıl yapılar ortaya çıkardığına dair bir çok makale çıkmaya başlamıştır bu dönemde. Bunlardan elde edilen sonuç, Güneş sisteminin ilk zamanlarında sıcak gaz formunda olduğudur.

artists-impression-shows-the-disc-of-gas-and-cosmic-dust-around-the-young-star-HD-142527

Eski Laplace modelinde merkezdeki önyıldız ile disk birbirlerinden ayrı bir gelişim göstermektedirler ve disk gezegenleri oluşturmak için halkalar halinde bölünmüştür. Güneş nebulası teorisinde ise disk halkalar halinde bölünmez. Gezegen formasyonu %1 civarı katı materyal bulunduran ve merkezden uzaklaştıkça kademeli bir şekilde sıcaklığı azalan gaz diskinde akresyon ile oluşmaya başlar. Teoride önceleri diskin 1 güneş kütlesinde olacağı düşünülmüş fakat bunun sonucunda bir çok gaz devi oluşumu ve yörüngelerde düzensizlikler baş gösterdiği için diskin kütlesi 0.01 güneş kütlesi mertebesine indirilmiştir. Bu değer de akresyon süreci ve gezegen oluşumu için yeterlidir.

Kaya gezegenlerin ve gaz devlerinin çekirdeklerinin oluşumu sırasında diskteki ufak katı parçalar büyüklükleri yüzlerce metre ile onlarca kilometre arasında değişen planetesimal‘leri (gezegenimsileri oluşturacak olan kaya parçaları) oluşturmaktadırlar. Sonrasında ise bu planetesimal’ler birbirleriyle çarpışarak ve birleşerek kütleçekimsel olarak etrafına baskın konuma gelecek gezegenimsileri oluştururlar. Oluşan gezegenimsiler de etrafındaki diğer materyallere kütleçekimsel etkide bulunarak yörüngesini temizlemeye başlarlar.

130228103341-large

Gaz devleri çekirdeklerini oluşturduktan sonra diskteki kendilerine yakın olan gazları toplamaya başlarlar, bu işlem gaz devlerinde 10 üzeri 5 (yani 100 bin) yıl kadar sürer.

Güneş nebulası teorisi uydu oluşumları için spesifik bir model önermemektedir, gezegen oluşum sürecindekine benzer fakat daha küçük ölçekte bir oluşuma işaret eder. Monistik bir teoridir. Yıldız ile disk ayrı yapılar olarak görülmedikleri için oluşma sürecindeki güneş çökerken açısal hız transferini mümkün kılmaktadır fakat açısal momentum ile kütle dağılımının üstesinden yine de tam olarak gelememiştir.

Diskte oluşan gezegenlerin aynı yönde dönmeleri ve kaya gezegenlerin daha ağır moleküllerden oluştukları için Güneş’e yakın olduklarını ve gaz devlerinin Güneş’in çekim alanı dışında kalan uzaktaki gazları toplayarak oluştuğunu açıklanmaktadır. Model ayrıca çoğu gezegen oluşumlarının makul süreler vermektedir. Dünya için 106 yıl, Jüpiter için 10yıl veya daha az bir zamanda gezegenin oluşacağını belirtmektedir. Fakat dış gezegenlerin oluşması için verdiği süreler 1010 yıl kadardır. Gezegen oluşumları sonrasında disk materyalinden geriye bir şey de kalmamaktadır ve Kuiper kuşağı hakkında da bilgi içermez.

Yazı dizimizin bir sonraki bölümünü buradan okuyabilirsiniz.

Taylan Kasar

Hep daha fazla okumak gerekir...

Yorum

Yazar Hakkında

Zafer Emecan

Bir astronomi işçisi. Kozmik Anafor'un kurucusu, her şeyi ve hiçbir şeyi. Alakasız üniversiteler bitirmiş olmasına rağmen, içinden atamadığı gökbilim sevgisini kaleme, klavyeye, araştırmalara dökmeye çalışan, haddini bilen, ama bazen aşan amatör bir bilimci.