في هذا الشارح، سوف نتعلَّم كيف تكوَّن النظام الشمسي من سحابة كبيرة من الغاز والغبار.
كوكبنا، الأرض، أحد ثمانية كواكب تدور حول الشمس. والشمس وكل ما يدور حولها، من كواكب وكويكبات وغيرها، تكوِّن نظامنا الشمسي.
توضِّح الصورة الآتية أكبر الأجسام في النظام الشمسي. الأحجام والمسافات هنا ليست مرسومة بمقياس. في الواقع، الكواكب الخارجية الأربعة أكبر بكثير جدًّا من الكواكب الداخلية الأربعة. وكذلك الشمس أكبر بكثير جدًّا من المشتري، وهو أكبر الكواكب حجمًا. كما تبتعد الشمس والكواكب بعضها عن بعض بمسافات كبيرة.
نحن نعرف أن النظام الشمسي لم يكُن موجودًا منذ الأزل. تكوَّن النظام الشمسي قبل سنة.
هناك الكثير من النظريات حول تكوُّن النظام الشمسي. وفي هذا الشارح، نتناول أنسب نظرية لكيفية تكوُّن النظام الشمسي.
نعتقد أن النظام الشمسي قد تكوَّن من سديم. والسديم سحابة كبيرة من الغاز والغبار في الفضاء. وجمع سديم سُدُم.
ونشير أحيانًا إلى السُّدُم بـ «السحب»؛ وذلك لأنها عبارة عن تجمُّعات فضفاضة من الجسيمات العائمة. لكن السُّدُم تختلف تمامًا عن السحب التي نراها على الأرض. وأغلب السُّدُم أكبر من نظامنا الشمسي بأكمله.
فيما يلي صورة لسديم. يُطلَق على السديم الموجود في الصورة «أركان الخلق»؛ لأن العلماء يرون نظامًا نجميًّا قد بدأ يتكوَّن بداخله. إذا كان بإمكاننا أن ننظر إليه بطريقة ما بعد ملايين السنين، فمن المتوقَّع أن نرى نظامًا نجميًّا مكوَّنًا بالكامل.
الجاذبية قوةٌ تجذب الأجسام التي لها كتلة معًا. والجاذبية هي ما يُمسك بعناصر النظام الشمسي معًا الآن، كما ساعدت النظام الشمسي على أن يتكوَّن قبل مليارات السنين.
بدأ النظام الشمسي سحابةً من جسيمات الغاز والغبار، وسَحبت الجاذبية جميع الجسيمات في السحابة بعضها إلى بعض. انكمشت هذه السحابة، أو أصبحت أصغر حجمًا.
مثال ١: تحديد سبب انكماش السديم
يوضِّح الشكل الآتي الجزء الأول لكيفية تكوُّن النظام الشمسي.
أيُّ الاختيارات الآتية يمثِّل سبب انكماش سحابة الغاز والغبار؟
- الحركة العشوائية للجسيمات في الغاز والغبار
- الضغط الناتج عن البيئة المحيطة
- الجاذبية
- التجاذب الكهروسكوني بين الجسيمات الموجودة في الغاز والغبار
الحل
نحن نعرف أن النظام الشمسي بدأ في صورة سحابة كبيرة من الجسيمات. انكمشت هذه السحابة، فهيا إذن نُحدِّد سبب حدوث ذلك.
غالبًا ما تدور جسيمات السُّدُم في اتجاهات عشوائية. ومع ذلك، إذا استطاعت الجسيمات في السحابة أن تتحرَّك بعشوائية، فمن غير المحتمل أن تتحرَّك لتصبح أقرب بعضها إلى بعض. ولذا، فإن الإجابة «أ» غير صحيحة.
هنا على الأرض، نشعر بالضغط الناتج عن بيئتنا المحيطة؛ وذلك لأن الهواء يتكوَّن من جزيئات من الغاز تصطدم باستمرار بالأشياء من حولنا. ولكن الفضاء عبارة عن فراغ؛ ولذلك فإن فرصة أن يؤثِّر ضغط على السحابة ضئيلة جدًّا. إذن الإجابة «ب» غير صحيحة.
الجسيمات المشحونة كهربيًّا يجذب بعضها بعضًا أو يتنافر بعضها مع بعض، لكن في حالة سحابة الغاز، ليست كل الجسيمات مشحونة كهربيًّا. ولذلك، فإن التجاذب الكهروسكوني لا يسبِّب اقتراب الجسيمات بعضها من بعض؛ وبذلك تكون الإجابة «د» خطأ.
وعلى عكس كل ذلك، فإن الجاذبية قوة تجذب الأجسام التي لها كتلة. أي إن الجاذبية تسحب جميع الجسيمات في السحابة بعضها إلى بعض.
ومن ثَمَّ، فإن الجاذبية تتسبَّب في انكماش السحابة، والإجابة «ج» هي الصحيحة.
قوة الجاذبية بين الأجسام تكون أكبر عندما تكون الأجسام أقرب بعضها من بعض. وكلما انكمشت السحابة المكوِّنة للنظام الشمسي، أصبحت الجسيمات أقرب. وهذا يزيد من قوة الجاذبية بين الجسيمات.
وكلما ازدادت قوة الجاذبية، سبَّبت اصطدام جسيمات السحابة بعضها ببعض.
وتبذل الجسيمات ضغطًا عبر اصطدامها بأجسامٍ غيرها، مثل الجسيمات الأخرى. ويزداد ضغط السحابة ودرجة حرارتها عند انكماشها.
بعد ١٠٠ ٠٠٠ سنة تقريبًا من بدء انكماش السحابة، يصبح مركزها كثيفًا بما يكفي ليكوِّن «النواة». تكون النواة ساخنة جدًّا وكثيفة وعالية الضغط.
وتكون أيضًا ذات كتلة وطاقة كبيرتين جدًّا، لدرجة تجعلها تبدأ في تكوين نجم، وهو الشمس كما نعرفها اليوم.
مثال ٢: فهم تأثيرات السديم المنكمش
يوضِّح الشكل الآتي المرحلة الأولى من كيفية تكوُّن النظام الشمسي.
أيُّ الكلمات الآتية تحل محل الفراغ؟
- ترتفع حرارتها
- تقل حرارتها
الحل
بينما تسبِّب الجاذبية انكماش السحب، تتحرَّك جسيمات الغاز والغبار بشكل أسرع ويصطدم بعضها ببعض أكثر.
يَنتج عن هذا الاصطدام حرارة وضوء. وفي الوقت نفسه، يتزايد ضغط السحابة ودرجة حرارتها. وتكون السحابة أكثر كثافةً وسخونةً في مركزها، أو «نواتها»؛ حيث تبدأ الشمس في التكوُّن.
إذن ترتفع حرارة السحابة أثناء انكماشها، والإجابة «أ» هي الصحيحة.
كلما انكمشت السحابة أكثر، استمرت الجسيمات في اكتساب المزيد من الطاقة وتحرَّكت لتصبح أقرب بعضها إلى بعض. فتصبح قوة الجاذبية بين الجسيمات أكبر.
بدأت الشمس في التكوُّن داخل النواة المركزية للسحابة. وكانت النواة هي الجزء الأكثر كثافةً من السحابة، وهو ما يعني أن المادة كانت كثيرة في تلك المساحة. بدأت الأجزاء الخارجية من السحابة في الدوران حول النواة.
قبل أن تبدأ السحابة في الانكماش، كانت تدور ببطء شديد جدًّا. وعندما انكمشت هذه السحابة، ازدادت سرعة دورانها. الدوران الأسرع جعل السحابة مسطحة لتتخذ شكل قرص.
مثال ٣: فهم تأثيرات السديم الدوَّار
يوضِّح الشكل المرحلة الأولى لكيفية تكوُّن النظام الشمسي.
ما الكلمة التي يمكن أن تحل محل الفراغ؟
- كرة دوَّارة
- قرص دوَّار
الحل
في البداية، تنتشر سحابة الغاز والغبار على مساحة كبيرة من الفضاء.
ثم تسبِّب الجاذبية انكماش السحابة، أو تضاؤل حجمها. وتدور السحابة أثناء الانكماش.
بعد ذلك تصبح السحابة مضغوطةً أكثر وتدور بسرعة أكبر. وتتسبَّب حركة الدوران في أن تصبح السحابة مسطحة متخذةً شكل قرص.
إذن الإجابة «ب» هي الصحيحة.
النواة المركزية هي الجزء الأكثر سخونةً والأكثر كثافةً من القرص. وعندما تصبح النواة ساخنة وكثيفة بما يكفي، تبدأ الذرات الموجودة داخلها في الانصهار معًا مطلِقةً كميات كبيرة من الطاقة. ومن هنا تكوَّنت الشمس.
ولكن لا يزال هناك العديد من الجسيمات الحرة في الجزء الخارجي من القرص. تتقاطع مسارات العديد من هذه الجسيمات وتتصادم. وأثناء التصادم، تلتصق هذه الجسيمات معًا وتكوِّن كتلًا صغيرة.
ثمَّ تصطدم الكتل بعضها ببعض مكوِّنةً أجسامًا كبيرة. بعد ذلك تصطدم هذه الأجسام الكبيرة بعضها ببعض مكوِّنةً أجسامًا أكبر.
ومن هنا يبدأ تكوُّن الكواكب.
مثال ٤: فهم المناطق القرصية لتكوُّن النظام الشمسي
يوضِّح الشكل الآتي الجزء الأول لكيفية تكوُّن النظام الشمسي.
- من أيِّ جزء من القرص تتكوَّن الشمس؟
- القرص كاملًا
- المنطقة المركزية
- المنطقة الخارجية
- من أيِّ جزء من القرص تتكوَّن الكواكب؟
- القرص كاملًا
- المنطقة المركزية
- المنطقة الخارجية
الحل
الجزء الأول
تنكمش سحابة الغاز والغبار مكوِّنةً قرصًا دوارًا. تسحب الجاذبية الجسيمات إلى منتصف القرص، وهو ما يزيد من درجة الحرارة والضغط في «النواة» المركزية. في النهاية، تصبح هناك كمية كبيرة جدًّا من الطاقة في النواة، لدرجة تبدأ عندها الذرات في الانصهار، أو الاندماج.
وتنبعث من تلك العملية طاقة أكبر من ذي قبل، ثم تتكوَّن الشمس في مركز هذا القرص.
إذن الإجابة «ب» هي الصحيحة.
الجزء الثاني
كما ذكرنا سابقًا، تتكوَّن الشمس في مركز القرص، لكن لا يزال هناك الكثير من المادة في المنطقة الخارجية.
تصطدم العديد من الجسيمات في المنطقة الخارجية للقرص. وعندما تصطدم هذه الجسيمات، تتجمَّع معًا وتكوِّن أجسامًا صغيرة. بعد ذلك تصطدم هذه الجسيمات بعضها ببعض مكوِّنةً أجسامًا أكبر. ويستمر هذا النمط، حتى تتكوَّن الكواكب في النهاية من هذه الأجسام الكبيرة.
إذن الإجابة «ج» هي الصحيحة.
مثال ٥: تحديد عملية تكوُّن الكواكب
أيٌّ من الأشكال الآتية يوضِّح بشكل صحيح كيف تكوَّنت الشمس والكواكب من قرص ساخن دوَّار؟
الحل
تُشير الإجابة «أ» إلى أن سحابة الغاز والغبار بأكملها هي التي تكوِّن الشمس، وأن كواكب النظام الشمسي تأتي من أنظمة نجمية أخرى. وتُشير الإجابة «ب» إلى أن مركز القرص يكوِّن الشمس، والأجزاء الخارجية من القرص هي التي تكوِّن الكواكب.
معظم الأنظمة النجمية بعيدة بعضها عن بعض، لدرجة أنها لا تتفاعل، كما أن الكواكب لا تتحرَّك من نظام نجمي إلى آخر. تتكوَّن الكواكب من المنطقة الخارجية للقرص، إذن الإجابة «ب» هي الصحيحة.
هيا نختتم هذا الشارح بتلخيص بعض المفاهيم المهمة.
النقاط الرئيسية
- تكوَّن النظام الشمسي الخارجي قبل سنة.
- بدأ النظام الشمسي في صورة سحابة كبيرة من جسيمات الغاز والغبار. تسبَّبت الجاذبية في انكماش السحابة وارتفاع حرارتها. بدأت السحابة في الدوران أثناء انكماشها، حتى أصبحت على شكل قرص.
- معظم المادة الموجودة في القرص موجودة داخل «النواة» المركزية، وهو الجزء الذي تكوَّنت فيه الشمس.
- الأجسام في المنطقة الخارجية للقرص تصطدم وتندمج معًا لتكوِّن الكواكب في النهاية.
