Osončje

Naše Osónčje (tudi Sónčev sistém ali sestàv) je sestav astronomskih teles, ki ga sestavljajo zvezda Sonce in množica drugih teles, ki kroži okrog njega. Okrog Sonca kroži osem planetov, izmed katerih je tretji - planet Zemlja - naseljen. Poleg planetov sestavlja Osončje še vsaj 158 naravnih satelitov, ki krožijo okrog planetov, ter večje število preostalih majhnih teles, kot so asteroidi, planetoidi, kometi in meteoroidi.

Naše Osončje leži v spiralni galaksiji, imenovani Rimska cesta oziroma kar Galaksija z veliko začetnico. Obhodni čas njegovega tira je galaktično leto.

Izraz osončje ali sončni sistem se občasno uporablja tudi za druge zvezdne oziroma planetne sestave, čeprav so mnenja o tem deljena, saj smo v vesolju samo eno zvezdo poimenovali Sonce. V teh primerih ali v prenesenem pomenu uporabljamo malo začetnico.

Odkrivanje in raziskovanje thumb|left|Cellariusova ilustracija Kopernikovega heliocentričnega modela Osončja, iz Harmonia Macrocosmica (1660)

Več tisoč let se človeštvo, razen nekaj izjem, ni zavedalo obstoja Osončja. Ljudje so verjeli, da Zemlja miruje v središču vesolja in da je kategorično različna od božanskih in eteričnih teles, ki se premikajo čez nebo. Čeprav je že antični grški astronom in matematik Aristarh teoretiziral o heliocentrični ureditvi vesolja, je bil Nikolaj Kopernik v 16. stoletju prvi, ki je razvil matematično predvidljiv heliocentrični sistem. Njegovi nasledniki iz 17. stoletja, Galileo Galilei, Johannes Kepler in Isaac Newton, so povečali razumevanje fizike, kar je vodilo do postopnega sprejemanja ideje, da Zemlja potuje okrog Sonca in da za planete veljajo isti fizikalni zakoni kot za Zemljo. Poleg tega je izum teleskopa vodil do odkritja bolj oddaljenih planetov in lun. V zadnjem času so izboljšave teleskopa in uporaba vesoljskih plovil brez posadke omogočile raziskovanje geoloških pojavov, kot so gore in kraterji, in sezonskih meteoroloških pojavov, kot so oblaki, puščavski viharji in ledeniške kape, na drugih planetih.

Teleskopska opazovanja

Prvo raziskovanje Osončja je potekalo s pomočjo teleskopa, ko so astronomi prvič lahko kartirali telesa, ki so bili do takrat slabo vidni prostemu očesu.

Galileo Galilei je bil prvi, ki je odkril fizične podrobnosti posameznih teles Osončja. Odkril je, da ima Luna kraterje, da so na Soncu sončne pege in da okrog Jupitra krožijo štirje sateliti. Galilejevim odkritjem je sledil Christiaan Huygens, ki je odkril Saturnovo luno Titan in obliko Saturnovih obročev. Giovanni Domenico Cassini je kasneje odkril še štiri Saturnove satelite, Cassinijevo ločnico v Saturnovih obročih.

Edmond Halley je leta 1705 ugotovil, da so ponavljajoča beleženja kometa videnja istega telesa, ki se redno vrača vsakih 75–76 let. To je bil prvi dokaz, da okrog Sonca krožijo tudi druga telesa in ne samo planeti. Približno v tem času (1704) se je v angleščini prvič pojavil izraz »Solar System«.

Leta 1781 je William Herschel v ozvezdju Bika iskal dvojne zvezde, ko je opazil komet (kot je o njem takrat mislil). Njegova tirnica je odkrila, da je to nov planet, Uran, ki je bil takrat prvič odkrit.

Giuseppe Piazzi je leta 1801 odkril Ceres, majhen svet med Marsom in Jupitrom za katerega so prvotno mislili, da je to nov planet. Kasnejša odkritja tisočih manjših teles v tej regiji so vodila v reklasifikacijo med asteroide.

Do leta 1846 so nepravilnosti v Uranovi tirnici marsikoga napeljale do razmišljanja, da mora biti izza Urana še en velik planet. Urbain Le Verrierjevi izračuni so vodili k odkritju Neptuna. Leta 1859 so njegovi računi pokazali, da prisončje Merkurja prehiteva, kar je napeljalo Le Verrierja do predpostavke, da je med Merkurjem in Soncem še en neodkrit planet, ki ga je poimenoval Vulkan - to pa se je kasneje izkazalo za zmoto zaradi nepoznavanja.

Čeprav je stvar razprave kdaj so Osončje resnično »odkrili« so brez vsakega dvoma tri opazovanja v 19. stoletju opredelila njegovo naravo in umestitev v vesolju. Prvič, leta 1838 je Friedrich Bessel uspešno izmeril zvezdno paralakso, navidezni kotni premik zvezde, ki je nastal zaradi gibanja Zemlje okrog Sonca. To ni bil samo prvi neposredni, eksperimentalni dokaz o heliocentričnosti, ampak je tudi prvič razkril ogromne razdalje med našim Osončjem in zvezdami. Potem sta leta 1859 Robert Bunsen in Gustav Kirchhoff s spektrografom proučevala absorbcijske črte v Sončevem spektru in odkrila, da so sestavljene iz istih elementov kot obstajajo na Zemlji, to je bil prvi dokaz fizične povezave med Zemljo in Soncem. Potem je Pietro Angelo Secchi primerjal spektralni podpis Sonca z drugimi zvezdami in odkril, da so skoraj vsi podpisi identični. Zavedanje, da je Sonce zvezda, je vodilo do hipoteze, da bi lahko tudi druge zvezde imele svoj sistem, čeprav tega niso dokazali še naslednjih 140 let.

Nadaljnja odstopanja v tirnici zunanjih planetov so vodila Percivala Lowella do sklepa, da se mora za Neptunom nahajati še en planet, »Planet X«. Po njegovi smrti, je Lowllov observatorij vodil iskanje, ki je leta 1930 vodilo Tombaugha k odkritju Plutona. Odkrili so, da je Pluton premajhen, da bi lahko motil tirnice zunanjih planetov, tako da je bilo njegovo odkritje naključno. Podobno kot tudi Ceres, ki so ga prvotno označili kot planet, je po odkritju množice drugih podobno velikih teles v njegovi okolici IAU leta 2006 reklasificirala v pritlikavi planet.

Leta 1992 sta astronoma David C. Jewitt z Univerze Havajev in Jane Luu s Tehnološkega inštituta Massachusettsa odkrila 15670 Albion. To telo je prvo izmed nove populacije, ki je postala znana kot Kuiperjev pas.

Mike Brown, Chad Trujillo in David Rabinowitz so leta 2005 objavili odkritje Eride, telo razpršenega diska, ki je večje kot Pluton.

Struktura in sestava

Glavni sestavni del Osončja je Sonce, zvezda glavnega niza tipa G2, ki vsebuje 99,86 % znane mase sistema in gravitacijsko prevladuje. Sončeva štiri največja krožeča telesa, plinski velikani, predstavljajo 99 % preostale mase, od tega samo Jupiter in Saturn skupaj več kot 90 %.

Večina velikih teles, ki kroži okrog Sonca, se nahaja blizu ravnine Zemljine tirnice, poznane kot ekliptika. Planeti so zelo blizu ekliptike, medtem ko so kometi in telesa Kuiperjevega pasu pogosto pod večjim kotom. Vsi planeti in večina drugih teles krožijo okrog Sonca v smeri njegovega vrtenja, vendar obstajajo tudi izjeme, kot je Halleyjev komet.

Tok nabitih delcev iz Sonca - Sončev veter - odriva navzven medzvezdno snov in tvori mehur, ki se razteza mnogo dlje od najbolj oddaljenih planetov Osončja. Pravimo mu heliosfera. Sončev veter, ki postaja z oddaljenostjo od Sonca vse šibkejši, se v regiji, imenovani terminacijski šok, nenadoma upočasni. Dlje od te regije je ovojnica heliosfere, na njeni zunanji meji - heliopavzi - pa sta pritisk Sončevega vetra in medzvezdne snovi izenačena. Heliopavza je tako meja med Osončjem in medzvezdnim prostorom. Oblika heliosfere ni pravilna, terminacijski šok naj bi se nahajal na oddaljenosti med 75 in 90 astronomskih enot od Sonca.

Ovojnica heliosfere se deloma prekriva z regijo, imenovano razpršeni disk, ki vsebuje zelo malo trdnih teles. Na notranjem robu razpršenega diska se konča Kuiperjev pas asteroidov, na zunanjem pa se začne Oortov oblak, domnevno območje pretežno ledenih planetezimalov, od koder naj bi izvirala večina kometov. Zunanji rob tega oblaka na razdalji okrog 50.000 astronomskih enot oz. skoraj enega svetlobnega leta je kozmografska meja Osončja, kamor še sega gravitacijski vpliv Sonca.

Nastanek in razvoj

Osončje se je oblikovalo pred 4,568 milijardami let zaradi gravitacijskega sesedanja območja znotraj večjega molekularnega oblaka.Datum bazira na analizi izotopov najstarejšega minerala v najdenem meteoritu. Na podlagi tega sklepajo, da je to datum nastanka prvega trdnega materiala sesedajoče se nebule.A. Bouvier and M. Wadhwa. "The age of the solar system redefined by the oldest Pb-Pb age of a meteoritic inclusion." Nature Geoscience, in press, 2010. Ta prvotni oblak je bil po vsej verjetnosti širok več svetlobnih let in je oblikoval nekaj zvezd. Kot je tipično za molekularne oblake, je bil sestavljen predvsem iz vodika, nekaj helija in manjše količine težkih elementov. Ko se je regija, ki bo kasneje postala Osončje (poznana kot pred-sončeva meglica) sesedla, je ohranjanje vrtilne količine povzročilo hitrejše vrtenje. Središče, kjer se je oblikovala zgoščina materiala, je postajalo bolj vroče od okoliškega diska. Ker se je meglica vrtela hitreje, se je začela sploščevati v protoplanetni disk s premerom približno 200 a. e., v njegovem središču pa je nastajala vroča, gosta protozvezda. Planeti so nastajali zaradi akrecije iz diska - prah in plini se gravitacijsko privlačijo in zlivajo v čedalje večja telesa. V zgodnjem Osončju je verjetno obstajalo stotine protoplanetov, ki pa so se ali združili ali pa uničili in za seboj pustili planete, pritlikave planete ter ostanke manjših teles.

Zaradi svojih višjih vrelišč lahko v trdni obliki v vročem notranjem Osončju bliže Sonca obstajajo le kovine in silikati, in ti prej ali slej oblikujejo kamnite planete, Merkur, Venero, Zemljo in Mars. Ker so kovinski elementi sestavljali le majhen del Sončeve meglice, zemeljski planeti niso mogli veliko zrasti. Veliki planeti (Jupiter, Saturn, Uran in neptun) so se oblikovali bolj daleč, onkraj meje zmrzovanja (frost line - točka med Marsom in Jupitrom kjer je material dovolj hladen, da hlapljive ledene sestavine ostanejo trdne). Ledu, ki je oblikoval te planete, je bilo več kot kovin in silikatov, ki so oblikovali notranje planete - to je omogočilo dovolj veliko rast z atmosfero iz vodika in helija, dveh najlažjih in najbolj množično zastopanih elementov. Ostanki, ki nikoli niso postali planeti, so se zbrali v območjih, kot so asteroidni pas, Kuiperjev pas in Oortov oblak.

V 50 milijonih let sta tlak in gostota vodika v središču protozvezde dovolj narasla, da se je lahko začela termonuklearna fuzija. Temperatura, hitrost reakcije, tlak in gostota so naraščali, dokler ni bilo doseženo hidrostatično ravnovesje; termični tlak je bil uravnovešen s silo gravitacije. V tej točki je Sonce postalo zvezda glavnega niza. Sončev veter iz Sonca je ustvaril heliosfero in pometel ostanke plina in prahu iz protoplanetnega diska v medzvezdni prostor ter s tem končal proces oblikovanja planetov.

Osončje bo ostalo takšno, kot ga poznamo danes, dokler ne bo vodik v Soncu popolnoma spremenjen v helij, kar se bo zgodilo čez približno 5,4 milijarde let. To bo konec življenja Sonca kot zvezde glavnega niza. Takrat se bo sredica Sonca sesedla in izhodna energija bo veliko večja od današnje. Zunanje plasti Sonca se bodo razširile na približno 260-kratnik današnjega premera in Sonce bo postalo rdeča orjakinja. Zaradi izrednega povečanje površine, bo površina Sonca znatno hladnejša. Širitev Sonca bo uparilo Merkur in Venero ter Zemljo naredilo neprimerni za bivanje, saj se bo naseljivo območje pomaknilo za tirnico Marsa. Nazadnje bo postalo jedro dovolj vroče za fuzijo helija. Tega bo hitro zmanjkalo, za fuzijo težjih elementov pa Sonce ne bo imelo dovolj mase in jedrska reakcija v jedru se bo praktično ustavila. Zunanje plasti bodo nato ušle v vesolje in Sonce bo postalo bela pritlikavka. To je stabilna, majhna zvezda brez jedrskega goriva, ki zaradi gravitacijskega stiskanja še vedno ustvarja bel sijaj in radiacijo. Imela bo pol manjšo maso kot izvorno Sonce in velikost Zemlje. Izvržene zunanje plasti bodo formirale planetarno meglico in nekaj materiala, ki je sestavljalo Sonce, bo obogatilo medzvezdno snov s težkimi elementi, kot je ogljik.

Sonce

thumb|upright=1.4|Sonce v primerjavi s planeti

Sonce je zvezda in glavno telo našega Osončja. Njegova velika masa (332.900 Zemljinih mas) proizvaja dovolj visoke temperature in gostoto korone, ki omogoča jedrsko zlivanje, pri katerem se sprošča ogromna količina energije, ki večinoma seva v prostor kot elektromagnetno valovanje (svetloba z valovno dolžino od 400 do 700 nm je vidna svetloba).