Materia międzygwiazdowa. Planetoidy. Komety. Meteoroidy

Po raz pierwszy pogląd, że ewolucja Układu Słonecznego mogła mieć coś wspólnego z zawirowaniami w pierwotnej materii Wszechświata został przedstawiony przez Kartezjusza. Ale prawdziwe hipotezy naukowe zostały sformułowane dopiero w wieku osiemnastym. Dzisiaj naukowcy skłaniają się ku temu, że ponad 4.5 miliarda lat temu w jednym z obłoków materii międzygwiazdowej zaczęło tworzyć się zagęszczenie i od tego wszystko wzięło swój początek. Nie ma jasności co do przyczyn powstania tego zagęszczenia, można tylko podejrzewać, że mógł to być impuls powstały w wyniku eksplozji jakiejś gwiazdy. W skład tego pierwotnego obłoku wchodził przede wszystkim wodór. W niewielkich ilościach można było znaleźć także hel oraz inne cięższe pierwiastki. W wyniku wzrastającego ciśnienia w obrębie zagęszczenia zaczynała rosnąc temperatura. Gdy doszła do poziomu około 100K z pierwotnego obłoku uformował się kulisty twór . Było to Protosłońce. Protosłońce nadal się kurczyło więc nadal rosła temperatura w jego wnętrzu. Energia cieplna z wnętrza obiektu transportowana była drogą konwekcji. W momencie gdy temperatura powierzchni Protosłońca wzrosła do dziesięciu tysięcy K wówczas Protosłońce zaczęło świecić. W tamtym czasie rozmiary Protosłońca wielokrotnie przewyższały rozmiary dzisiejszego Słońca.

Nadal przebiegał proces kurczenia się Protosłońca, zachodził jednak dużo wolniej. Rosła temperatura we wnętrzu gwiazdy, aż stała się na tyle wysoka, że zostały zapoczątkowane reakcje jądrowe, które stały się podstawowym źródłem energii. Kurczenie się Protosłońca ustało. Stopniowo z rotującej mgławicy gazowo - pyłowej zaczął formować się kształt dysku z Protosłońcem w centralnym położeniu. Dzięki temu procesowi ziarna pyłu zaczęły skupiać się w płaszczyźnie prostopadłej do osi obrotu. Zaczęły zderzać się co doprowadzało do powstawania coraz większych drobin a potem bryłek. Na skutek oddziaływań grawitacyjnych zaczęło dochodzić do kolejnych zagęszczeń i powstawały bryły o coraz większych rozmiarach. W ten sposób powstawały krążące wokół Słońca w dużej liczbie tzw. planetozymale. Poruszały się one dosyć chaotycznie i dlatego dochodziło do ich częstych zderzeń. Na skutek tego powstawały coraz to większe obiekty. W ciągu kilku milionów lat wykształciło się kilka wyraźnych centrów , które wychwytywały materię z najbliższego otoczenia. W ten sposób powstały protoplanety, które później przekształciły się we właściwe planety.

Jednak Układ Słoneczny to nie tylko Słońce i okrążające go planety. W jego skład wchodzą także inne, mniejsze obiekty. Ciałami niebieskimi obiegającymi Słońce po orbitach eliptycznych są obiektu zwane planetoidami. Ich rozmiary są znacznie mniejsze od rozmiarów planet. Odkrycia pierwszej planetoidy dokonał G.Piazzi na początku XIX wieku. Nadano jej imię Ceres. Na początku panował pogląd, że jest to nowa planeta. Od dawna bowiem przypuszczano, że musi taka istnieć między Marsem i Jowiszem. Wskazywały na to również obliczenia wynikające z reguły Titiusa-Bodego, dzięki którym udało się przewidzieć istnienie Urana zanim doszło do jego odkrycia. Od tamtej pory zaczęto intensywnie poszukiwać nowych planet.

W kolejnych latach doszło do odkrycia kolejnych planetoid. W roku 1802 - Pallas, Juno -w 1804 roku i Westa w 1807 roku.

Następnie przez prawie czterdzieści lat nie odkryto żadnych obiektów o cechach planetoid. Aż do roku 1845, kiedy zaczęto identyfikować w przestrzeni kosmicznej kolejne planetoidy. Do 1960 roku zostało zarejestrowanych około 1600 planetoid. W dzisiejszych czasach każdy kolejny rok przynosi kolejne odkrycia

planetoid w liczbie około tysiąca. Widać więc jak duża liczba tych obiektów została już odkryta i ile jeszcze czeka na odkrycie. Szacunkowe dane wskazują, że w Układzie Słonecznym może ich być nawet kilkadziesiąt tysięcy. Każda z planetoid otrzymuje własną nazwę oraz numer zgodny z kolejnością odkrycia.

Niektóre z planetoid poruszają się po torach bardzo niestabilnych torach przecinających orbitę ziemską. Stąd właśnie ta grupa planetoid nosi nazwę planetoid bliskich Ziemi. Takich planetoid jest około 300. Moment ich powstania datuje się na długo po tym, jak doszło do uformowania Układu Słonecznego. Tory tych planetoid są dość dokładnie śledzone, ze względu na występujące niebezpieczeństwo zderzenia tych ciał niebieskich z naszą planetą. Drugim interesującym przypadkiem są planetoidy grupy Trojańczyków. Odległość orbit tych planetoid od Słońca jest dokładnie równa odległości orbity Jowisza. Spełniają one rozwiązanie zagadnienia trzech ciał.

Na temat powstania planetoid powstało do tej pory kilka teorii. Najbardziej chyba prawdopodobna jest ta mówiąca, że planetoidy to fragmenty jakiegoś większego obiektu, który rozpadł się być może w wyniku zderzenia z innym ciałem niebieskim. Niektórzy podejrzewają również, że w przeszłości takich obiektów jak planetoidy mogło być w przestrzeni kosmicznej dużo więcej. Mogły one skupiać się w większe obiekty w konsekwencji tworząc nawet planetę. W przestrzeni kosmicznej dochodzi do częstych zderzeń planetoid, tak że często zmieniają one swoje tory. Pod wpływem tych kolizji mogą rozpadać się także na dużo mniejsze obiekty.

Planetoidy mają postać brył o bardzo nieregularnych kształtach. Maja również bardzo zróżnicowane rozmiary. Mogą osiągać średnicę kilku kilometrów. Różny jest także okres obrotu planetoid. Może wynosić od kilku do kilkudziesięciu godzin. Planetoidy nie mają własnego źródła energii, świecą światłem odbitym. Czasami zdarza się, że ilość odbijanego światła zmienia się okresowo w czasie. Zmiany takie mogą następować co kilka godzin.

Niewiele natomiast wiadomo o budowie wewnętrznej planetoid. Można tylko czynić pewne przypuszczenia na podstawie analizy widmowej odbitego od planetoid światła słonecznego.

Ze względu na budowę całą rodzinę planetoid można podzielić na dwie mniejsze podrodziny. Do pierwszej należą planetoidy typu C. Warstwa powierzchniowa tych obiektów zbudowana jest przede wszystkim z krzemianów i związków węgla. Są to obiekty ciemne. Drugą grupę stanowią planetoidy typu S. W warstwie powierzchniowej tych planetoid można znaleźć substancje bogate w piroksen i oliwin oraz niewielkie ilości metali. Powierzchnia tych planetoid ma charakterystyczną czerwonawą barwę. Są to obiekty dużo jaśniejsze niż planetoidy poprzedniej grupy.

Większość planetoid należy do tzw. pasa głównego planetoid. Krążą one wokół Słońca w tym samym kierunku co planety w obszarze między orbitami Marsz i Jowisza. Średni okres obiegu planetoid pasa głównego wokół Słońca wynosi 4.5 roku.

Tory niektórych planetoid przebiegają po zewnętrznej stronie pasa głównego. Przykładem może być odkryta w roku 1920 planetoida Hidalgo. Okrąża ona Słońce w czasie 14 lat, a jej maksymalna odległość od gwiazdy może wynosić nawet 10 jednostek astronomicznych. Inna planetoida o nazwie Chiron porusza się poza pasem głównym i okrąża Słońce w czasie aż 51 lat. Planetoida ta została odkryta w roku 1977. Według ostatnich obserwacji Chiron wykazuje pewne cechy zbliżone do komet. Taki typ planetoid nazywa się centaurami. Do tej pory wiadomo o istnieniu kilku tego typu obiektów w przestrzeni kosmicznej. Obserwuje się je właśnie

pomiędzy pasem głównym a pasem Kuipera. Orbity tych planetoid są eliptyczne, o różnych mimośrodach.

Poza orbitą Neptuna znajduje się kolejny pas planetoid nazwany od nazwiska odkrywcy wspomnianym powyżej pasem Kuipera. Niektórzy naukowcy do tego pasa planetoid zaliczają także Plutona. Przez innych z kolei Pluton nadal uważany jest za planetę.

Niektóre planetoidy charakteryzują się okresowymi zmianami blasku. Okres takich zmian wynosi około kilka godzin. W bardzo sprzyjających warunkach planetoidy można dostrzec na niebie gołym okiem. Widać wtedy takie mrugające punkciki światła. Jednak zdecydowanie lepiej widoczne są gdy użyje się do ich obserwacji teleskopu. Do największych znanych dotychczas planetoid należą : Ceres o średnicy 768 kilometrów, Palla - 492 kilometry, Juno - 204 kilometry i Eros - 35 kilometrów średnicy.

Kolejna grupa obiektów w przestrzeni kosmicznej to komety. Poruszają się one w okolicach Słońca po torach mających różne kształty. Mogą mieć orbity eliptyczne podobnie jak planetoidy. Jednak orientacja płaszczyzn orbit jest dowolna, dlatego kierunek ich ruchu może być zgodny lub przeciwny do kierunku ruchu planet i planetoid.

Komety są elementami składowymi pasa Kuipera oraz obłoku Oorta. Zbudowane są przede wszystkim z zamrożonych gazów z niewielkimi domieszkami innych pierwiastków. Są to zatem : wodór, węgiel, tlen, azot oraz krzem, siarka, sód, żelazo, glin i inne. Ich temperatura powstania to 100 K.

W centrum komety znajduje się nieregularne jądro, którego średnica sięga kilku kilometrów. Jądro zbudowane jest z lodu wodnego oraz tlenku węgla, dwutlenku węgla , metanu, amoniaku , krzemianów i różnych metali.

Komety nie mają jednak stałej budowy w czasie całego swojego istnienia. Zmienia się ona bowiem wraz z odległością obiektu od Słońca. W momencie gdy kometa znajdzie się w bliskiej odległości od Słońca to warstwy lodowe z jej powierzchni przechodzą w fazę gazową. Te obłoki powstałego gazu zabierają cząsteczki pyłów. Proces ten powoduje, że w przestrzeni wokół jądra dochodzi do uformowania się otoczki pyłowo - gazowej. Została on nazwana komą. . Natomiast wspólna nazwa dla jądra i komy to głowa komety. Różne czynniki, w tym sublimacja lodów oraz promieniowanie słoneczne powodują, że uwolnieniu ulega duża ilość atomów wodoru. Ulegają one przemieszczeniu wokół komety i w ten sposób dochodzi do uformowania się obłoku wodorowego. Pod wpływem wiatru słonecznego oraz promieniowania ze Słońca następuje przesunięcie części obłoku w kierunku przeciwnym do Słońca. I to jest właśnie obserwowany na niebie charakterystyczny warkocz komety. Jego długość może dochodzić nawet do kilkuset milionów kilometrów.

Najbardziej znana mieszkańcom Ziemi jest chyba kometa Halleya. Została ona odkryta i nazwana przez uczonego o nazwisku Halley. Uczony ten odkrył jeszcze 23 inne komety.

Obecnie każdego roku odkrywa się nawet kilkadziesiąt nowych komet. Dla astronomów stanowią on bardzo ważne obiekty do badań, ze względu na to, że mogą dostarczyć wielu informacji na temat powstania Układu Słonecznego.

W przestrzeni kosmicznej oprócz planet i ich satelitów istnieją jeszcze małe obiekty zwane meteoroidami. Obiekty te mogą przybierać różne kształty. Niektóre z nich mają pochodzenie kometarne. Ulegają one rozproszeniu na orbicie komety i wtedy powstaje strumień meteoroidów.

Meteoroidy, które dostały się do atmosfery noszą nazwę meteorów. Jeśli meteorom uda się szczęśliwie przejść przez warstwę atmosfery ziemskiej wówczas spadają one na powierzchnię Ziemi jako meteoryty.