books planet formation

يُعتقد أن الكواكب المختلفة قد تشكلت من السديم الشمسي، وهو سحابة على شكل قرص من الغاز والغبار المتبقي من تكوين الشمس. والنظريّة المقبولة حاليًّا التي تشكلت بها الكواكب هي التنامي، حيث بدأت الكواكب كحبيبات غبار في مدار حول النجم الأولي المركزي، ومن خلال الاتصال المباشر والتنظيم الذاتي، تشكلت هذه الحبيبات في كتل يصل قطرها إلى 200 وحدة فلكيّة، والتي بدورها اصطدمت لتشكل أجسامًا أكبر «‌كواكب صغيرة» بحجم ~10 كم (6.2 ميل). ازدادت هذه تدريجيًّا من خلال المزيد من الاصطدامات، ونمت بمعدل سنتيمترات في السنة على مدار ملايين السنين القادمة.

كان النظام الشمسي الداخلي، منطقة النظام الشمسي داخل 4 AU، دافئًا للغاية بالنسبة للجزيئات المُتطايرة مثل الماء والميثان لتتكثق، لذلك لا يمكن أن تتشكل الكواكب الصغيرة التي تشكلت هُناك إلا من مركبات ذات نقاط انصهار عالية، مثل المعادن ك«‌الحديد والنيكل والألمنيوم» «والسيليكات الصخرية». وستصبح هذه الأجسام الصخرية الكواكب الأرضية (عطارد والزهرة والأرض والمريخ). هذه المركبات نادرة جدًا في الكون، حيث تشكل 0.6٪ فقط من كتلة السديم، لذلك لا يمكن للكواكب الأرضية أن تنمو بشكل كبير جدًا. نمت الأجنّة الأرضية إلى حوالي 0.05 كتلة أرضيةM_⊕، وتوقفت عن تراكم المادة بعد حوالي 100.000 سنة من تكوين الشمس؛ وسمحت التصادمات والاندماجات اللاحقة بين هذه الأجسام بحجم الكوكب للكواكب الأرضية بالنمو إلى أحجامها الحاليّة.

عندما كانت الكواكب الأرضية تتشكل، ظلت مغمورة في قرص من الغاز والغبار. وكان الغاز مدعومًا جزئيًّا بالضغط وبالتالي لم يدور حول الشمس بالسرعة نفسها التي تدور بها الكواكب. وقد تسبب السحب الناتج، والأهم من ذلك، تفاعلات الجاذبية مع المواد المحيطة في انتقال الزخم الزاوي، ونتيجة لذلك، انتقلت الكواكب تدريجيًّا إلى مدارات جديدة. وتُظهر النماذج أن التغيرات في الكثافة ودرجة الحرارة في القرص قد حكمت معدل الهجرة هذا، ولكن الاتجاه الشبكي للكواكب الداخلية هو أن تهاجر إلى الداخل مع تبديد القرص، تاركةً الكواكب في مداراتها الحاليّة.

تشكلت الكواكب العملاقة (كوكب المشتري، وزحل، وأورانوس، ونبتون) أبعد من خط الصقيع، وهي النقطة بين مداري المريخ والمشتري حيث تكون المادة باردة بدرجة كافية لتبقى المركبات الجليدية المتطايرة صلبة. كان الجليد الذي شكل كواكب جوفيان (الكواكب العملاقة) أكثر وفرة من المعادن والسيليكات التي شكلت الكواكب الأرضية، مما سمح للكواكب العملاقة بالنمو بشكل كبير بما يكفي لالتقاط الهيدروجين والهيليوم، التي هي أخف العناصر وأكثرها وفرة. وبقايا الحطام الذي لم يُكوّن كواكب، تجمّع ليصبح مناطق تكون حزام الكويكبات، و‌حزام كايبر، و‌سحابة أورط، تراكمت الكواكب الصغيرة وراء خط الصقيع حتى 4 M_⊕ في غضون حوالي 3 ملايين سنة. اليوم، تشكل الكواكب الأربعة العملاقة أقل بقليل من 99٪ من الكتلة التي تدور حول الشمس. ويعتقد النظريون أنه ليس من قبيل المصادفة أن كوكب المشتري يقع خلف خط الصقيع. نظرًا لأن خط الصقيع تراكم كميات كبيرة من الماء عن طريق التبخر من المواد الجليدية المتساقطة، فقد خلق منطقة ذات ضغط منخفض أدت إلى زيادة سرعة دوران جزيئات الغبار وأوقفت حركتها نحو الشمس. في الواقع، كان خط الصقيع بمثابة حاجز تسبب في تراكم المواد بسرعة عند ~ 5 وحدة فلكية من الشمس. اندمجت هذه المادة الزائدة في جنين كبير (أو لب) بترتيب 10 M_⊕، والذي بدأ في تجميع غلاف عبر تراكم الغاز من القرص المحيط بمعدل متزايد باستمرار. بمجرد أن أصبحت كتلة الغلاف مساوية للكتلة الأساسية الصلبة، استمر النمو بسرعة كبيرة ووصل إلى حوالي 150 كتلة أرضية ~ 10⁵ سنوات بعد ذلك، ووصل في النهاية إلى 318 M_⊕. وربما كان زحل مدينًا بكتلته المنخفضة إلى حد كبير، وذلك لأنه تشكل بعد كوكب المشتري ببضعة ملايين من السنين، عندما كان هناك كمية أقل من الغاز المتاح للاستهلاك.

نجوم تي التور مثل الشمس الفتية لديها رياحٌ نجميّة أقوى بكثير من النّجوم الأكبر سنًّا والأكثر استقرارًا، ويُعتقد أن أورانوس ونبتون قد تكوّنا بعد تكوّن كوكب المشتري وزحل، عندما دمرت الرياح الشمسيّة القويّة الكثير من مادة القرص. ونتيجةً لذلك، تراكم في تلك الكواكب القليل من الهيدروجين والهيليوم - ليس أكثر من 1 M_⊕ لكل منهما. يُشار إلى أورانوس ونبتون أحيانًا باسم النّوى الفاشلة. تكمن المُشكلة الرئيسية في نظريات تكوين هذه الكواكب في الجدول الزمنيّ لتكوينها. في المواقع الحالية، كان الأمر سيستغرق ملايين السنين حتى تتجمع النوى. وهذا يعني أن أورانوس ونبتون ربما يكونا بالقرب من الشمس - بالقرب من أو حتى بين المشتري وزحل - ثم هاجرا لاحقًا أو طُردا إلى الخارج. لم تكن الحركة في العصر الكوكبي كله داخلية نحو الشمس؛ اقترحت عينة ستارداست العائد من ويلد 2 أن المواد من التكوين المبكر للنظام الشمسي هاجرت من النظام الشمسي الداخلي الأكثرُ دِفئًا إلى منطقة حزام كايبر.

بعد ما بين ثلاثة إلى عشرة ملايين سنة، كانت الرياح الشمسيّة للشمس الفتية قد أزالت كل الغازات والغبار في قرص الكواكب الأولية، ونفخته في الفضاء بين النجمي، وبالتالي إنهاء نمو الكواكب.