Güneş Sistemi nasıl doğdu?

Kanca

Güneş Sistemi'ndeki bütün maddeyi dev bir teraziye koyduğunu düşün. Bir kefeye Güneş'i, öbür kefeye sekiz gezegeni, bütün uyduları, asteroitleri ve kuyruklu yıldızları yerleştir. Terazi neredeyse hiç kıpırdamaz. Güneş Sistemi'nin kütlesinin yüzde doksan dokuzundan fazlası Güneş'te toplanmıştır. Geri kalan her şey, üzerinde yaşadığımız Dünya da dahil, o büyük yemekten arta kalan kırıntılardır.

Peki bu kırıntılar nasıl bir araya gelip gezegenlere, uydulara, halkalara dönüştü? Ve neden hepsi Güneş'in çevresinde aynı yönde, aynı düzleme yakın dönüyor?

Merkezi soru

Güneş Sistemi dönen bir gaz ve toz bulutundan nasıl doğdu, iç gezegenler neden kayalık, dış gezegenler neden dev oldu ve bu hikâyeyi bugün hangi kanıtlarla okuyabiliyoruz?

Anlatım

Çöken bulut, dönen disk

Bundan 4,6 milyar yıl kadar önce, galaksinin bir köşesinde soğuk ve tozlu bir gaz bulutu kendi ağırlığı altında çökmeye başladı. NASA'nın aktardığına göre bu çöküşü yakınlarda patlayan bir yıldızın şok dalgası tetiklemiş olabilir. Ders 9.1'deki yıldız doğumu burada da işledi; bu kez doğan yıldız bizim Güneş'imizdi.

Bulut çökerken hafifçe dönüyordu. Kollarını kendine çeken bir buz patencisinin hızlanması gibi, küçülen bulut da giderek daha hızlı döndü. Hızlı dönen madde her yönden merkeze düşemez; dönme ekseni boyunca rahatça çöker, ama eksene dik yönde dönmenin etkisiyle yayılır. Sonuçta bulut, ortasında şişkin bir merkez bulunan yassı bir diske dönüştü. Gökbilimciler bu diske Güneş bulutsusu (solar nebula) der.

Merkezde toplanan madde ısındı, sıkıştı ve sonunda füzyonu başlatarak Güneş'i yaktı. Diskte kalan küçük pay ise gezegenlerin hammaddesi oldu. Gezegenlerin bugün hâlâ aynı yönde ve neredeyse aynı düzlemde dolanması, o dönen diskin mirasıdır.

Sistemin doğum belgesi

Güneş Sistemi'nin yaşını nereden biliyoruz? Cevap, gökten düşen taşlarda. Bazı meteoritlerin içinde, beyaz ve açık renkli, kalsiyum ve alüminyumca zengin küçük taneler bulunur. Bunlar, Güneş bulutsusunda yoğuşan ilk katı maddelerdir. İçlerindeki uranyum ve kurşunun oranı, bir saat gibi çalışır: uranyum çok yavaş ve düzenli bir hızla kurşuna dönüşür, bu yüzden ikisinin oranı geçen süreyi verir.

2012'de yayımlanan bir ölçüm, bu ilk tanelerin 4 milyar 567 milyon yıl önce oluştuğunu buldu. Gökbilimciler bu anı Güneş Sistemi'nin sıfır noktası olarak kullanır. Aynı meteoritlerdeki küçük, yuvarlak taş damlacıklarının da ilk birkaç milyon yıl içinde oluştuğu anlaşıldı. Başka bir deyişle, bir meteorit parçasını elinde tuttuğunda, gezegenlerden bile yaşlı bir malzemeye dokunuyorsun.

Tozdan gezegenlere

Diskteki toz tanecikleri bir mikrometre ya da daha küçüktü, yani duman parçacıkları boyundaydı. Bu tanecikler dönerken birbirine sürtünüp yapıştı; tıpkı yatağın altında toz topaklarının büyümesi gibi. Topaklar çakıl taşlarına, çakıllar kaya parçalarına dönüştü. Birkaç kilometreye ulaşan cisimlerin kütleçekimi, çevrelerindeki malzemeyi kendilerine çekmeye yetti. Bu yapı taşlarına gezegencik (planetesimal) denir.

Gezegencikler çarpıştı, birleşti ve büyüdü. Büyüyen her cisim daha çok malzeme topladı, yani zengin daha da zenginleşti. Birkaç milyon yıl içinde disk, Ay'dan Mars'a kadar değişen boyutlarda onlarca, belki yüzlerce gezegen embriyosuyla doldu.

İçeride kaya, dışarıda buz

Genç Güneş'e yakın bölgeler çok sıcaktı. Orada su, metan ve amonyak gibi maddeler buz olarak kalamaz, buharlaşırdı. Yalnızca demir, nikel ve kayaç mineralleri katı hâlde durabiliyordu. Bu yüzden Merkür, Venüs, Dünya ve Mars küçük, kayalık gezegenler oldu. NASA'nın özetiyle, sistem gençken sıcağa yalnızca kayalık malzeme dayanabildi.

Güneş'ten belli bir uzaklığın ötesinde hava yeterince soğuktu ve su buz hâlinde donabiliyordu. Bu sınıra kar çizgisi (snow line) denir; bugünkü asteroit kuşağının dolaylarına düşer. Buzun ötesinde katı malzeme birkaç kat fazlaydı, çünkü diskte buz yapacak madde, kaya yapacak maddeden çok daha boldu. Orada büyüyen çekirdekler hızla Dünya'nın birkaç katı kütleye ulaştı ve kütleçekimleriyle çevrelerindeki hidrojen ve helyum gazını sarmaya başladı. Jüpiter ve Satürn böyle doğdu. Jüpiter, Ders 3.5'teki anlatımla, Güneş'ten arta kalan malzemenin büyük kısmını kendine topladı.

Daha uzakta malzeme seyrekti ve her şey daha yavaş ilerliyordu. Uranüs ve Neptün yeterince büyüdüğünde diskin gazı büyük ölçüde dağılmıştı. Bu yüzden onlar daha az gaz tutabildi ve buz devleri olarak kaldı.

Süpürülen disk ve çarpışmalar çağı

Güneş yandıktan sonra güçlü ışığı ve rüzgârı, diskte kalan gazı birkaç milyon yıl içinde uzaya süpürdü. Gaz devlerinin bu süre dolmadan büyümesi gerekiyordu; sonra geç kalanlar için gaz kalmadı.

Kayalık gezegenlerin oluşumu ise on milyonlarca yıl sürdü ve şiddetli çarpışmalarla bitti. NASA'nın anlattığına göre, yaklaşık 4,5 milyar yıl önce Mars büyüklüğünde bir cisim, belki de bir dizi cisim, genç Dünya'ya çarptı. Uzaya saçılan malzeme bir araya gelerek Ay'ı oluşturdu. Apollo astronotlarının getirdiği kayaçlar, Ay'ın bu çarpışmadan sonra erimiş bir magma okyanusuyla kaplı olduğunu ve Dünya kayaçlarıyla şaşırtıcı bir akrabalık taşıdığını gösterdi.

Bir gezegene dönüşemeyen artıklar da bugün hâlâ aramızda. Mars ile Jüpiter arasındaki asteroit kuşağı, NASA'nın deyişiyle hiçbir zaman bir gezegen olarak bir araya gelemeyen erken dönem parçalarından oluşur. Jüpiter'in güçlü kütleçekimi, bu bölgedeki cisimlerin birleşmesine izin vermedi. Neptün'ün ötesinde ise buzlu artıklar dolaşıyor; kuyruklu yıldızlar o ilk dönemin donmuş örnekleridir.

Başka yıldızlarda aynı hikâye

Bu hikâyeyi yalnızca meteoritlerden ve gezegenlerden çıkarmıyoruz. Bugün başka yıldızların çevresinde aynı süreci canlı izleyebiliyoruz. 2014'te Şili'deki ALMA radyo teleskopları, yaklaşık 450 ışık yılı uzaktaki genç HL Tauri yıldızının diskinin görüntüsünü çekti. Bir milyon yaşından küçük bu yıldızın diski, iç içe parlak halkalar ve aralarında karanlık boşluklarla doluydu. Gökbilimciler bu boşlukların, diskte oluşmakta olan genç gezegenlerin açtığı yollar olduğunu düşündü. Bu kadar genç bir diskte böyle yapıların görülmesi, gezegen oluşumunun sanıldığından hızlı başlayabileceğini gösterdi.

Aslında…

Gezegenler ve Güneş kardeştir, anne ve çocuk değil. Aynı buluttan, aynı dönemde doğdular.

Büyük resim

Güneş Sistemi'nin bugünkü düzeni, çoktan dağılmış bir diskin fosilidir. Gezegenlerin aynı yönde dönmesi, kayalık dünyaların içeride, devlerin dışarıda olması, asteroit ve kuyruklu yıldız artıkları, bu kökenin izleridir. Başka yıldızlarda keşfedilen binlerce gezegen, bu hikâyenin evrende sıradan olduğunu gösteriyor; ama o sistemlerin çoğu bizimkine hiç benzemiyor. Sıcak Jüpiterler, sıkışık gezegen dizileri, bizim düzenimizin tek olası sonuç olmadığını anlatıyor.

Özet

1. Güneş Sistemi 4,6 milyar yıl kadar önce çöken, dönen bir gaz ve toz bulutundan doğdu; maddenin yüzde doksan dokuzdan fazlası merkezde toplanarak Güneş'i oluşturdu, kalan disk gezegenlerin hammaddesi oldu.
2. Toz tanecikleri yapışarak gezegenciklere, gezegencikler çarpışarak gezegenlere dönüştü; kar çizgisinin içinde kayalık gezegenler, dışında buzlu çekirdekler üzerinde gaz ve buz devleri oluştu.
3. Meteoritlerdeki ilk katı tanecikler sistemin 4 milyar 567 milyon yıl önce doğduğunu gösterir; Ay dev bir çarpışmadan doğdu ve ALMA gibi teleskoplar bugün başka yıldızların çevresinde oluşan gezegen disklerini görüntülüyor.

Görev

Quiz

1. Güneş Sistemi'ni oluşturan bulut neden yassı bir diske dönüştü?
2. Güneş Sistemi'nin yaşını hangi yöntemle ve hangi malzemeden ölçüyoruz?
3. Gezegencik nedir ve nasıl oluşur?
4. Kar çizgisi nedir ve iç ve dış gezegenlerin farkını nasıl açıklar?
5. Ay'ın oluşumuyla ilgili en çok kabul gören açıklama nedir?

Cevaplar

1. Bulut çökerken dönüyordu ve küçüldükçe daha hızlı döndü; dönen madde eksen boyunca çökebildi ama eksene dik yönde yayıldı, bu da yassı bir disk oluşturdu.
2. Meteoritlerin içindeki kalsiyum ve alüminyumca zengin ilk katı taneciklerde, uranyumun çok yavaş ve düzenli bir hızla kurşuna dönüşmesine dayanan ölçümlerle.
3. Diskteki toz taneciklerinin yapışıp büyüyerek birkaç kilometreye ulaşan, kütleçekimi çevresindeki malzemeyi çekmeye yeten yapı taşlarıdır.
4. Güneş'ten, ötesinde suyun buz hâlinde donabildiği uzaklıktır. İçeride yalnızca kaya ve metal katı kalabildiği için küçük kayalık gezegenler, dışarıda buz da katı malzemeye katıldığı için büyük çekirdekler ve bunlar gaz toplayınca dev gezegenler oluştu.
5. Yaklaşık 4,5 milyar yıl önce Mars büyüklüğünde bir cismin, belki de bir dizi cismin genç Dünya'ya çarpması ve uzaya saçılan malzemenin bir araya gelerek Ay'ı oluşturması.

Kaynaklar

Sonraki derse köprü

Güneş Sistemi'nin doğumunda merkezdeki yıldız yandı ve 4,6 milyar yıldır yanmaya devam ediyor. Ama Güneş sakin ve değişmeyen bir ışık topu değildir. Yüzeyinde koyu lekeler belirip kaybolur, patlamalar uzaya madde fırlatır ve bu etkinlik yaklaşık on bir yılda bir yükselip alçalır. Güneş'in bu nabzı nereden gelir ve yüzeyindeki lekeler neyi gösterir?