กว่าจะมาเป็นระบบสุริยะ

ข้อสันนิษฐานการเกิดและพัฒนาของระบบสุริยะที่ได้รับการยอมรับมากที่สุดก็เห็นจะเป็นข้อสันนิษฐานเนบิวลา (nebular hypothesis) ที่เชื่อว่า ระบบสุริยะ ของเราเริ่มต้นมาจากกลุ่มก๊าซและฝุ่นผง หรือเนบิวลาที่มีการเคลื่อนที่หมุนวนจนผสมผสานออกเป็นก้อนมวลที่ใหญ่ขึ้น ผ่านการพุ่งชนและรวมตัวกัน เกิดเป็นดาวเคราะห์ที่มีส่วนผสมแตกต่างกันไป

กำเนิดระบบสุริยะ จึงอาจแบ่งออกเป็น 5 ขั้นตอนด้วยกัน ดังนี้

1. เมื่อประมาณ 4,600 ล้านปีที่แล้ว กลุ่มก๊าซและฝุ่นผง solar nebula มีลักษณะคล้ายก้อนเมฆที่หมุนวนไปมา จนถึงจุด ๆ หนึ่งที่มันหดตัวลงภายใต้แรงโน้มถ่วงของตัวเอง วัตถุดิบทั้งหลายถูกดึงดูดเข้าสู่ใจกลาง ทั้งหดลง เข้มข้นขึ้น และร้อนขึ้นจนวัตถุแข็งต่าง ๆ ระเหิดหายไป วัตถุที่รวมเข้าสู่ใจกลางนี้ได้กลายไปเป็นดาวฤกษ์เกิดใหม่ (protostar) หรือดวงอาทิตย์ในวัยทารกนั่นเอง

2. ในขณะเดียวกัน ก้อนก๊าซนี้ก็หมุนเร็วขึ้นตามหลักของกฎการอนุรักษ์โมเมนตัมเชิงมุม ที่กล่าวว่า หากไม่มีแรงภายนอกมากระทำ โมเมนตัมของระบบจะมีค่าคงที่ และในเมื่อระบบมีรัศมีวงโคจรที่แคบลงจากการหดตัว ความเร็วของระบบจึงต้องเพิ่มขึ้นเพื่อรักษาสมดุลและคงค่าโมเมนตัมให้คงเดิม ผลของความเร็วที่เพิ่มขึ้นนี้ทำให้มวลบางส่วนถูกปั่นจนปลิวออกไปไกล จากก้อนกลุ่มก๊าซที่คล้ายทรงกลมจะถูกปั่นเหวี่ยงและกดลง จนหลงเหลืออยู่เพียงแผ่นดิสก์แบน ๆ ที่เต็มไปด้วยฝุ่นผง การเคลื่อนที่แบบหมุนเหวี่ยงนี้ทำให้พลังงานศักย์แปรเปลี่ยนไปเป็นพลังงานจลน์ และกลายเป็นพลังงานความร้อน ซึ่งเป็นอีกพลังงานหนึ่งที่สำคัญต่อการก่อเกิดระบบสุริยะ

3. ขณะเดียวกันนี้เอง ดาวฤกษ์แรกเกิดหรือดวงอาทิตย์ของเราก็ได้กำเนิดขึ้นที่ใจกลางของดิสก์นี้ ความร้อนที่เกิดจากแรงโน้มถ่วงเหนี่ยวนำเริ่มแผ่ออก และอุ่นให้แผ่นดิสก์โดยรอบมีอุณหภูมิสูงขึ้น ฝุ่นผงเล็ก ๆ เริ่มเกาะตัวกันด้วยแรงดึงดูดจากการเหนี่ยวนำเชิงไฟฟ้า เมื่อใหญ่ขึ้นก็พุ่งชนกันและหลอมรวมกันไป จากผงเล็ก ๆ ก็ก่อร่างสร้างตัวเป็นก้อนใหญ่ขึ้น ยิ่งใหญ่มากก็มีโอกาสชนกันมากเพื่อก่อเกิดก้อนที่ใหญ่กว่าขึ้นไปอีก กระบวนการนี้มักจะเกิดในบริเวณใกล้ใจกลางที่มีมวลมาอยู่รวมกันชุกชุม เพราะมวลทั้งหลายถูกแรงโน้มถ่วงดึงดูดเข้าเป็นบริวารล้อมรอบดวงอาทิตย์แรกเกิด ก่อนที่ทุกอย่างจะเริ่มเย็นตัวลง แล้วสิ้นสุดขั้นตอนนี้ด้วยการที่ดวงอาทิตย์เริ่มปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน หรือการที่อะตอมของไฮโดรเจนรวมตัวกันกลายเป็นฮีเลียม เพื่อสร้างพลังงานให้แก่ดวงอาทิตย์ในฐานะดาวฤกษ์ที่เปิดทำการเต็มตัว

4. ต่อมาก็ถึงคราวของเหล่าดาวเคราะห์กันบ้าง ในขั้นตอนการก่อร่างสร้างตัวของเหล่าก้อนมวล (planetesimal) ที่เป็นวัตถุดิบเริ่มต้นของดาวเคราะห์ ในขั้นนี้ดาวเคราะห์จะเริ่มก่อเกิดเป็นรูปเป็นร่างขึ้นมาบ้างแล้ว การที่อุณหภูมิ ณ ระยะทางจากใจกลางดวงอาทิตย์ต่างกันไป ก่อให้เกิดการแบ่งแยกของธาตุที่พบได้ในแต่ละโซน การเย็นตัวลงของธาตุ ณ อุณหภูมิต่าง ๆ กัน (condensation temperature) บ่งบอกว่าต้องใช้อุณหภูมิมากแค่ไหน จึงจะทำให้ธาตุนั้น ๆ หลอมและระเหยได้ ธาตุต้นกำเนิดหินแข็งจำพวกโลหะและซิลิเกตที่มีอุณหภูมิการควบแน่นหรือจุดหลอมเหลวสูง จึงพบมากในบริเวณใกล้ดวงอาทิตย์ที่ร้อนกว่า เพราะยังคงรักษาสภาพของแข็งได้แม้อุณหภูมิจะสูงมาก ส่วนน้ำและน้ำแข็งมีจุดหลอมเหลวต่ำก็จะก่อตัวกันในบริเวณที่ไกลออกไปจากใจกลางที่เย็นลงตามลำดับ

นี่คือสาเหตุที่ดาวเคราะห์หินและดาวเคราะห์ก๊าซแบ่งแยกอย่างชัดเจน ตามระยะห่างจากดวงอาทิตย์ที่ส่งผลต่ออุณหภูมิ ณ จุดนั้น ๆ นั่นเอง จะสังเกตเห็นว่าดาวเคราะห์ชั้นในไม่ค่อยมีส่วนประกอบของน้ำแข็ง เพราะอุณหภูมิไม่เคยต่ำพอให้น้ำควบแน่น ในทางกลับกันดาวเคราะห์ชั้นนอกที่มีอุณหภูมิต่ำพอให้ออกซิเจนและไฮโดรเจนรวมตัวกัน จะลงเอยในรูปน้ำแข็ง

5. มาถึงขั้นตอนสุดท้าย ดวงอาทิตย์ที่เติบโตเต็มที่ดึงดูดมวลเข้าสู่ใจกลาง ดาวเคราะห์ทั้งหลายได้มีวงโคจรเป็นของตัวเอง เศษที่เหลืออยู่ที่ไม่ได้ไปต่อในรูปดาวเคราะห์ก็ลงเอยเป็นพวกอุกกาบาตและดาวเคราะห์น้อย แม้แต่ดวงจันทร์ของดาวเคราะห์เองก็เกิดมาจากฝุ่นผงเดียวกันนี้แหละ และสุดท้ายจริง ๆ คือ หลังจากนั้นการแผ่รังสีของดวงอาทิตย์ ประกอบกับลมสุริยะ จะปัดเป่าก๊าซที่หลงเหลือทั้งหลายออก จนเป็นระบบสุริยะของเราอย่างที่เห็นในทุกวันนี้

ทั้ง 5 ขั้นตอนที่กล่าวมานี้ได้อธิบายคุณลักษณะของระบบสุริยะที่เรากล่าวไว้ข้างต้นได้เป็นอย่างดี

การที่ระบบสุริยะของเราเคยเป็นหนึ่งเดียวกันมาก่อน อธิบายถึงสาเหตุที่ดาวเคราะห์ทั้งหลายมีลักษณะการโคจรและทิศทางการหมุนรอบตัวเองไปในทิศเดียวกัน ส่วนดาวเคราะห์สองดวงคือ ดาวศุกร์และดาวยูเรนัสที่มีทิศทางการหมุนรอบตัวเองต่างจากเพื่อน ๆ ไปนั้น มีอีกข้อสันนิษฐานว่าอาจเปลี่ยนแปลงไปหลังจากโดนอุกกาบาตพุ่งชนครั้งใหญ่จนหลุดสมดุลเดิมและเสียศูนย์

ปัจจุบันมีการเก็บรวบรวมข้อมูลเพื่อสนับสนุนข้อสันนิษฐานเนบิวลามากขึ้น จนได้รับการยอมรับเป็น “ทฤษฎีเนบิวลา” (Nebular Theory) ใช้อธิบายการกำเนิดระบบสุริยะ

ข้อมูลโดย
ไอซี วริศา ใจดี