autori: RNDr. Dušan Majcin, CSc., RNDr. Igor Túnyi, DrSc.
Otázka vzniku Zeme a Slnečnej sústavy trápi ľudstvo už tisícročia a prakticky každý národ si o tomto procese vytvoril vlastnú filozofickú predstavu. S vývojom reálneho poznávania sveta vedeckými metódami sa hypotézy stávali prepracovanejšími a zahŕňali aj pozorované fakty. V roku 1778 G. L. Leclerc prišiel s predstavou, že sa so Slnkom zrazila gigantická kométa, čo malo spôsobiť vyvrhnutie disku slnečného materiálu a z neho mali skondenzovať planéty. Konkurenčné teórie zase tvrdili, že vyvrhnutie materiálu zo Slnka spôsobili slapové sily pochádzajúce z tesného priblíženia inej hviezdy k Slnku (I. Kant).
Schematická reprezentácia slapovej hypotézy. Spracované podľa S. Oxley (1999).
Avšak všetky tieto predstavy trpeli množstvom fyzikálnych nedostatkov, ako napr. nezodpovedajúcou energetickou bilanciou, rozdielnosťou zloženia hmoty Slnka a planét, ako aj nízkou štatistickou pravdepodobnosťou podobných procesov. Iný druh teórií predpokladal, že Slnko priťahovalo k sebe (akreovalo) medzihviezdny galaktický materiál, z ktorého sa tvorili planéty. To umožňovalo vysvetliť rozdielnosť zloženia medzi Slnkom a planétami, ale nie rozdiely v zložení planét samotných. Boli tu ale aj ďalšie výrazné problémy – napríklad rozdielnosť sklonov osí rotácie jednotlivých planét k ekliptike (sklon rotačnej osi Uránu je napríklad takmer 90 stupňov), doba rotácie v porovnaní s obežnou dobou okolo Slnka (deň na Merkúre je dlhší ako jeho doba obehu okolo Slnka, teda merkúranský rok), resp. ich retrográdna rotácia (Venuša). Ale problémom bolo aj to, že moment hybnosti je v Slnečnej sústave distribuovaný veľmi zvláštne – už jednoduchý výpočet ukáže, že orbitálny moment hybnosti Jupitera je viac ako 20-násobne väčší ako rotačný moment hybnosti Slnka. Dokonca napriek 99,9 % hmotnosti Slnečnej sústavy sústredenej v Slnku, má Slnko len 1 % momentu hybnosti celej sústavy a väčšina ostatku je sústredená v Jupiteri (Carrol a Ostlie, 1996).
Protoplanetárne disky v Orione (Nancy Atkinson, 2009)
Základom dnešných predstáv o vzniku planét je simultánny vznik Slnka a ostatných telies Slnečnej sústavy z počiatočnej plynoprachovej hmloviny a formovanie hmotných telies o rozmeroch mm až m. Tvorcami a zástancami tejto skupiny teórií boli v 17. až 19. storočí takí významní vedci a filozofi ako René Descartes, Immanuel Kant a aj Pierre – Simon de Laplace. Zatiaľ čo mnohé otázky sa darí vysvetliť napríklad zrážkami planét s väčšími či menšími telesami počas viac ako 5 miliárd rokov trvajúcej histórie Slnečnej sústavy a následne zmenou sklonu ich osí či doby rotácie, sú tu aj otázky ešte málo, slabo alebo len nejasne preskúmané. Ohľadne času potrebného na tvorbu planét do súčasnej podoby panujú snáď najväčšie dohady a problémy.
Hlavný prúd teórií totiž predpokladá, že zárodky dnešných planét sa vytvorili postupným procesom zrážok veľmi malých telies rádovo milimetrových a submilimetrových rozmerov – pravdepodobne silikátov a podobných zlúčenín. Počas chladnutia pôvodne horúcej hmloviny, ktorá sa rotáciou splošťovala a vytvárala tzv. protoplanetárny disk, strácali chladnúce častice rýchlosť a zrážkami sa spájali – zliepali do väčších celkov.
Chondruly – guľovité útvary meteoritu 5205 zo Sahary ( B. King, 2012)
Výtvarná predstava mladej hviezdy obklopenej protoplanetárnym diskom , v ktorom sa tvoria planéty (ESO, web)
Vytvárali sa postupne väčšie granuly a chondruly a tie postupne po zväčšení rozmerov začali gravitačne priťahovať ďalšie častice a zväčšili sa tak cez štádium planetesimál až do dnešných rozmerov. Avšak čas potrebný na takéto formovanie je v rádoch 107 – 108 rokov, dokonca za určitých podmienok viac ako 5 miliárd rokov! Na druhej strane vek niektorých kráterov na povrchu Merkúra a Mesiaca sa odhaduje na viac ako 3,8 miliárd rokov. Táto nekonzistencia by sa dala vysvetliť, pokiaľ by sme našli fyzikálny mechanizmus na urýchlenie akrécie, resp. tvorby planetesimál.
Ak na urýchlenie tvorby planét nestačí samotná gravitačná sila, môžeme sa pokúsiť pridať inú prirodzenú silu, ktorá je automaticky prítomná všade, kde máme pohybujúce sa elektricky nabité častice – elektro-magnetickú, resp. magnetickú silu. A to je nová myšlienka vyplývajúca z niekoľkých overených faktov:
- V galaxii, a teda aj v oblasti Slnečnej sústavy, existuje a existovalo galaktické a medzigalaktické magnetické pole.
- V protoplanetárnom disku bola počiatočná látka zložená z plazmy - iónov a voľných elektrónov (plynoprachová hmlovina vznikla ako dôsledok vzplanutia supernovy) ako aj feromagnetického materiálu – železa a niklu a tiež z nemagnetických kremičitanov a ďalších prvkov.
- V protoplanetárnych diskoch objavených okolo iných hviezd boli detekované elektrické výboje (podobné pozemským bleskom), ktoré svedčia o existencii krátkodobého - impulzného elektrického prúdu. Takýto prúd je zdrojom silného impulzného magnetického poľa, ktoré je schopné dočasne alebo aj trvalo zmagnetizovať častice nachádzajúce sa v blízkosti výbojového kanála.
- Sondy, putujúce Slnečnou sústavou (napr. Pioneer 11 alebo Voyager 1 a 2) detekovali spŕšky relativistických elektrónov (t.j. elektrónov letiacich r ýchlosťou blízkou r ýchlosti svetla). Takéto elektróny môžu takisto vytvárať impulzné magnetické pole.
Schematický rez Zemou
- Prieskum najstarších meteoritov, tzv. chondritov, svedči o namagnetizovaní ich feromagnetických komponentov do nasýtenia. Na ich nasýtenie bolo potrebné pomerne silné magnetické pole. Chondrity vznikli pravdepodobne ešte v čase protoplanetárneho oblaku tak, že hmota, z ktorej sú zložené, bola roztavená a prudko schladená (tým, že chondrule chladli v beztiažovom prostredí, získali guľový tvar). Podmienky, kedy sa náhle zvýši teplota na úroveň tavenia a následné rýchle ochladenie za prítomnosti silného magnetického poľa, nastávajú len v blízkosti výbojového kanála elektrostatického výboja.
- Stred Zeme je zložený z vnútorného kovového železného jadra a vonkajšieho jadra plastického (tekutého), zloženého zo železa a niklu. Okolo jadra sa nachádza ľahší silikátový plášť.
- Zem samotná má svoje magnetické pole. Jeho vznik a pretrvávanie nie je doposiaľ presne objasnené.
Schéma geomagnetického poľa Zeme