| [ Astronomia Educativa ] [ El Sistema Solar ] [ Fotos del Sistema Solar ] [ L'Univers ] [ Fotos de l'Univers ] | |
|
Lectures d'astronomia |
L'origen del Sistema SolarDes dels temps de Newton s'ha pogut especular sobre la creació de la Terra i el Sistema Solar com un problema distint del de la creació de l'Univers en conjunt. La idea que es tenia del Sistema Solar era el d'una estructura amb unes certes característiques unificades:1.- Tots els planetes majors giren al voltant del Sol aproximadament en el pla de l'equador solar. En altres paraules: si preparem un model tridimensional del Sol i els seus planetes, comprovarem que es pot introduir en un recipient poc profund. 2.- Tots els planetes majors giren entorn al Sol en la mateixa direcció, en sentit contrari al de les agulles del rellotge, si contemplem el Sistema Solar des de l'Estrella Polar. 3.- Tots els planetes majors (excepte Urà i, possiblement, Venus) efectuen un moviment de rotació al voltant del seu eix en el mateix sentit que la seva revolució al voltant del Sol, o sigui de forma contrària a les agulles del rellotge; també el Sol es mou en aquest sentit. 4.- Els planetes es troben espaiats a distàncies uniformement creixents a partir del Sol i descriuen òrbites gairebé circulars. 5.- Tots els satèl·lits, amb molt poques excepcions, giren al voltant dels seus respectius planetes en el pla de l'equador planetari, i sempre en sentit contrari al de les agulles del rellotge. La regularitat d'aquests moviments va suggerir, d'una manera natural, la intervenció d'alguns processos singulars en la creació del Sistema en conjunt. Per tant, ¿quin era el procés que havia originat el Sistema Solar? Totes les teories proposades fins llavors podien dividir-se en dues classes: catastròfiques i evolutives. Segons el punt de vista catastròfic, el Sol havia estat creat com a singular cos solitari, i va començar a tenir una «família» com a resultat d'algun fenomen violent. Per la seva banda, les idees evolutives consideraven que tot el Sistema havia arribat d'una manera ordenada al seu estat actual. Al segle XVI se suposava que àdhuc la història de la Terra estava plena de violentes catàstrofes. ¿Per què, doncs, no podia haver-se produït una catàstrofe d'abastos còsmics, el resultat del qual fos l'aparició de la totalitat del Sistema? Una teoria que va gaudir del favor popular va ser la proposta pel naturalista francès Georges-Louis Leclerc de Buffon, qui afirmava, al 1745, que el Sistema Solar havia estat creat a partir de les restes d'una col·lisió entre el Sol i un cometa. Naturalment, Buffon implicava la col·lisió entre el Sol i un altre cos de massa comparable. Va anomenar a aquest altre cos cometa, per falta d'altre nom. Sabem ara que els cometes són cossos diminuts envoltats per insustancials vestigis de gas i pols, però el principi de Buffon continua, sempre que denominem al cos en col·lisió amb algun altre nom i, en els últims temps, els astrònoms han tornat a aquesta noció. Malgrat això, per a alguns sembla més natural, i menys fortuït, imaginar un procés més llargament traçat i no catastròfic que donés ocasió al naixement del Sistema Solar. Això encaixaria d'alguna forma amb la majestuosa descripció que Newton havia insinuat de la llei natural que governa els moviments dels mons de l'Univers. El propi Newton havia suggerit que el Sistema Solar podia haver-se format a partir d'un tènue núvol de gas i pols, que s'hagués condensat lentament sota l'atracció gravitatòria. A mesura que les partícules s'aproximaven, el camp gravitatori s'hauria fet més intens, la condensació s'hauria accelerat fins que, per fi, la massa total s'hauria col·lapsat, per a donar origen a un cos dens (el Sol), incandescent a causa de l'energia de la contracció. En essència, aquesta és la base de les teories avui més populars pel que fa a l'origen del Sistema Solar. Però calia resoldre un bon nombre d'espinosos problemes, per a contestar algunes preguntes clau. Per exemple: ¿Com un gas altament dispers podia ser forçat a unir-se, per una força gravitatòria molt feble? En anys recents, els astrònoms han proposat que la força iniciadora deuria ser l'explosió d'una supernova. Cal imaginar que un gran núvol de pols i gas que ja existiria, relativament estable, durant milers de milions d'anys, hauria avançat cap als veïnatges d'una estrella que acabava d'explotar com a supernova. L'ona de xoc d'aquesta explosió, la vasta ràfega de pols i gas que es formaria al seu pas a través del núvol gairebé inactiu, comprimiria aquest núvol, intensificant així el seu camp gravitatori i iniciant la condensació que comporta la formació d'una estrella. Si aquesta era la forma que s'havia creat el Sol, ¿què ocorria amb els planetes? ¿D'on procedien? El primer intent per a aconseguir una resposta va ser avançat per Immanuel Kant al 1755 i, independentment, per l'astrònom francès i matemàtic Fierre Simón de Laplace, al 1796. La descripció de Laplace era més detallada. D'acord amb la descripció de Laplace, l'enorme núvol de matèria en contracció es trobava en fase rotatoria al començar el procés. En contreure's, es va incrementar la seva velocitat de rotació, de la mateixa forma que un patinador gira més de pressa quan plega els seus braços. (Això és a causa de la «conversió del moment angular». Ja que aquest moment és igual a la velocitat del moviment per la distància des del centre de rotació, quan disminueix aquesta distància s'incrementa, en compensació, la velocitat del moviment.) I, segons Laplace, en augmentar la velocitat de rotació del núvol, aquesta va començar a projectar un anell de matèria a partir del seu equador, en ràpida rotació. Això va disminuir en cert grau el moment angular, de tal manera que es va reduir la velocitat de gir del núvol restant; però al seguir contraient-se, va arribar de nou a una velocitat que li permetia projectar un altre anell de matèria. Així, el Sol va anar deixant darrera seu una sèrie d'anells (núvols de matèria, en forma de rosques), anells que - va suggerir Laplace - es van anar condensant lentament, per a formar els planetes; amb el temps, aquests van expel·lir, al seu torn, petits anells, que van donar origen als seus satèl·lits. A causa d'aquest punt de vista, que el Sistema Solar va començar com un núvol o nebulosa, i atès que Laplace va apuntar a la nebulosa de Andrómeda (que llavors no se sabia que fos una vasta galàxia d'estrelles, sinó que es creia que era un núvol de pols i gas en rotació), aquest suggeriment ha arribat a conèixer-se com hipòtesi nebular. La «hipòtesi nebular» de Laplace semblava ajustar-se molt bé a les característiques principals del Sistema Solar, i fins i tot a alguns dels seus detalls. Per exemple, els anells de Saturn podien ser els d'un satèl·lit que no s'hagués condensat. (En l'unir-se tots, podria haver-se format un satèl·lit de respectable grandària.) De manera similar, els asteroides que giraven, en cinturó al voltant del Sol, entre Mart i Júpiter, podrien ser condensacions de parts d'un anell que no s'haguessin unit per a formar un planeta. I quan Helmholtz i Kelvin van elaborar unes teories que atribuïen l'energia del Sol a la seva lenta contracció, les hipòtesis van semblar acomodar-se de nou perfectament a la descripció de Laplace. La hipòtesi nebular va mantenir la seva validesa durant la major part del segle XIX. Però abans que aquest finalitzés va començar a mostrar punts febles. En 1859, James Clerk Maxwell, a l'analitzar de forma matemàtica els anells de Saturn, va arribar a la conclusió que un anell de matèria gasosa llançat per qualsevol cos podria condensar-se només en una acumulació de petites partícules, que formarien aquells anells, però que mai podria formar un cos sòlid, perquè les forces gravitatòries fragmentarien l'anell abans que es materialitzés la seva condensació. També va sorgir el problema del moment angular. Es tractava que els planetes, que constituïen només una mica més del 0,1% de la massa del Sistema Solar, tenien, malgrat això, el 98% del seu moment angular! En altres paraules: el Sol retenia únicament una petita fracció del moment angular del núvol original. ¿Com va ser transferida la gairebé totalitat del moment angular als petits anells formats a partir de la nebulosa? El problema es complica en comprovar que, en el cas de Júpiter i Saturn, amb sistemes de satèl·lits que els donen l'aspecte de sistemes solars en miniatura i que han estat, pressumiblement, formats de la mateixa manera, el cos planetari central reté la major part del moment angular. A partir de 1900 va perdre tanta força la hipòtesi nebular, que la idea de qualsevol procés evolutiu va semblar desacreditada per sempre. L'escenari estava llest per a la resurrecció d'una teoria catastròfica. Al 1905, dos savis americans, Thomas Chrowder Chamberlin i Forest Ray Moulton, en van proposar una de nova, que explicava l'origen dels planetes com a resultat d'una quasi-col.lisió entre el nostre Sol i una altra estrella. Aquesta trobada hauria arrencat matèria gasosa d'ambdós sols, i els núvols de material abandonats en el veïnatge del nostre Sol s'haurien condensat després en petits «planetessimals», i aquests, al seu torn, en planetes. Aquesta és la «hipòtesi planetessimal». Pel que fa al problema del moment angular, els científics britànics James Hopwood Jeans i Harold Jeffreys van proposar, al 1918, una «hipòtesi de manera», suggerint que l'atracció gravitatòria del l'estrella que va passar al costat de la nostra hauria comunicat a les masses de gas una mena d'impuls lateral (donant-los «efecte», per dir-ho així), motiu pel qual els hauria atorgat un moment angular. Si tal teoria catastròfica era certa, podia suposar-se que els sistemes planetaris havien de ser molt escassos. Les estrelles es troben tan àmpliament espaiades a l'Univers, que les col·lisions estelares són 10.000 vegades menys comuns que les de les supernoves, les quals, per altra banda, no són, en realitat, gaire freqüents. Segons es calcula, en la vida de la Galàxia només hi ha hagut temps per a deu trobades del tipus que podria generar sistemes solars d'acord amb aquesta teoria. No obstant això, van fracassar aquests intents inicials per assignar un paper a les catàstrofes, en ser sotmeses a la comprovació de les anàlisis matemàtiques. Russell va demostrar que en qualsevol d'aquestes quasi.col·lisions, els planetes deurien haver quedat situats milers de vegades més lluny del Sol del que estan en realitat. Per altra banda, van tenir poc èxit els intents de salvar la teoria imaginant una sèrie de col·lisions reals, més que de quasi.col·lisions. Durant la dècada iniciada al 1930, Lyttleton va especular sobre la possibilitat d'una col·lisió entre tres estrelles, i, posteriorment, Hoyle va suggerir que el Sol havia tingut un company, que es va transformar en supernova i va deixar als planetes com últim llegat. No obstant això, al 1939, l'astrònom americà Lyman Spitzer va demostrar que un material projectat a partir del Sol, en qualsevol circumstància, tindria una temperatura tan elevada que no es condensaria en planetessimals, sinó que s'expandiria en forma d'un gas tènue. Allò va semblar acabar amb tota la idea de catàstrofe. (Malgrat això, al 1965, un astrònom britànic, M. M. Woolfson, va tornar a insistir en el tema, suggerint que el Sol podria haver llançat el seu material planetari a partir d'una estrella freda, molt difusa, de forma que no haurien d'haver intervingut necessàriament temperatures extremes.) I, així, un cop es va haver acabat amb la teoria planetessimal, els astrònoms van tornar a les idees evolutives i van reconsiderar la hipòtesi nebular de Laplace. En aquells dies s'havia ampliat enormement la seva visió de l'Univers. La nova qüestió que se'ls plantejava era la de la formació de les galàxies, les quals necessitaven, naturalment, majors núvols de gas i pols que les suposades per Laplace com a origen del Sistema Solar. I resultava clar que tan enormes conjunts de matèria experimentarien turbulències i es dividirien en remolins, cadascun dels quals podria condensar-se en un sistema distint. Al 1944, l'astrònom alemany Cari F. von Weizsácker va portar a terme una detinguda anàlisi d'aquesta idea. Ca calcular que en els remolins majors hauria la matèria suficient com per a formar galàxies. Durant la turbulenta contracció de cada remolí es generarien remolins menors, cadascun d'ells prou gran com per a originar un sistema solar (amb un o més sols). En els límits del nostre remolí solar, aquests remolins menors podrien generar els planetes. Així, en les unions en que es trobaven aquests remolins, movent-se uns contra els altres com engranatges d'un canvi de marxes, es formarien partícules de pols que col·lisionarien i es fondrien, primer els planetessimals i després els planetes. La teoria de Weizsácker no va resoldre per si sola els interrogants sobre el moment angular dels planetes, ni va aportar més aclariments que la versió, molt més simple, de Laplace. L'astrofísic suec Hannes Alfven va incloure en els seus càlculs el camp magnètic del Sol. Quan el jove Sol girava ràpidament, el seu camp magnètic actuava com un fre moderador d'aquest moviment, i llavors es transmetria als planetes el moment angular. Prenent com a base aquest concepte, Hoyle va elaborar la teoria de Weizsácker de tal forma, que aquesta - una vegada modificada per a incloure les forces magnètiques i gravitatòries - segueix sent, pel que sembla, la que millor explica l'origen del Sistema Solar. |
| Aquesta pàgina forma
part del lloc: Astronomia Educativa.
Univers i Sistema Solar |
|