מאז המהפכה הקופרניקאית הפכה השמש, בתודעה האנושית, לגוף הדומיננטי במערכת השמש. סיור במערכת השמש חושף כמה עולמות מרשימים, אבל השמש מגמדת את כולם. סכום המסה של כל כוכבי הלכת ביחד הוא בקושי 0.2% ממסת השמש. אנשים ידעו במשך אלפי שנים כי כוכבי הלכת נעים לאורך רצועת שמים צרה שנקראת קו המילקה (ecliptic). הסיבה לכך היא שפלנטות כדוריות חולפות בשמים ברצועה דקה. המישור של מסלולי הפלנטות הוא גם המישור שבו השמש סובבת סביב צירה. כמו כן, כוכבי הלכת נעים סביב השמש באותו כיוון, וזהו הכיוון בו השמש מסתובבת. מתברר שיש רעיון פשוט שיכול להסביר את כל העובדות האלה.
באדיבות NASA
ההשערה לגבי דרך היווצרות מערכת השמש מתחילה טרם היווצרות השמש. החומר ממנו נוצרה השמש היה מפוזר בעבר בצפיפות נמוכה בחלל הבין כוכבי, בצורת ענן גדול של גז ואבק. האבק הבין כוכבי מורכב מחלקיקים מוצקים זעירים שגודלם בין 10-4 ל- 10-5 מ"מ. השמש החלה להיווצר לפני קצת יותר מ- 4.6 מיליארד שנה, כאשר ענן זה (או חלק ממנו) התחיל להתכווץ ולהפוך שטוח.
חוק הכבידה של ניוטון הוא כלי רב עוצמה לחקר "הארכיאולוגיה" של מערכת השמש. כל אטום ביקום מושך אליו אטום אחר. על פי חוק זה, אם האטומים רחוקים זה מזה, כוחות המשיכה שהם יוצרים קטנים מאוד, אבל אם האטומים קרובים יותר זה לזה, משיכתם זה לזה הופכת משמעותית. צפיפות האטומים חשובה גם היא – קבוצה של חלקיקי גז מפעילה כוח כבידה שווה לזה של גוף יחיד עם אותה מסה. לכן, הרבה אטומים המקובצים יחד יכולה ליצור כוח כבידה חזק.
למה ענן הגז מתכווץ? חלקיקים באמצע הענן מוקפים בחלקיקים מכל הצדדים, כך שהם "מרגישים" כוח כבידה שווה לכל הכיוונים. מאידך, חלקיקים בשולי הענן מושפעים מחלקיקים מעטים הנמצאים מחוץ להם, אך חלקיקים רבים מושכים אותם לכיוון מרכז הענן. כאשר מחברים את כל הכוחות הקטנים האלה, חלקיקי השוליים חשים משיכת כבידה לעבר מרכז הענן. כשהם נעים פנימה בתגובה לכוח הכבידה, הענן נעשה קצת קטן יותר. כוח הכבידה הוא כוח הפועל ביחס להופכי של ריבוע המרחק; המשיכה בין החלקיקים גדלה ככל שהמרחק ביניהם נעשה קטן יותר. לכן, ככל שהענן נעשה קטן יותר, המשיכה פנימה על חלקיקי השוליים גדלה, כך הענן מתכווץ עוד יותר, וכוח הכבידה מתגבר, וכן הלאה. ניתן לראות את ההתכווצות כמגבר כוח הכבידה, אשר מגביר את התכווצות, וההתכווצות מגבירה את כוח הכבידה וכן הלאה. זהו תהליך המאיץ את עצמו! המעגל נמשך, וההצטמצמות הראשונית של הענן הופכת לקריסה כבידה.
לא נדרש הרבה כדי להתחיל את התכווצות הראשונית. הענן רק צריך להרגיש הפרעה אקראית (או הפרעה) מבחוץ כדי להתחיל את תהליך הקריסה הכבידתית. ההפרעה יכולה להיות בשל מעבר של כוכב קרוב, או מותו של כוכב סמוך בתהליך סופרנובה. נדרשת "דחיפה" קטנה, וההתמוטטות מתחילה.
תכונה חשובה נוספת של ענן גז בחלל היא הסיבוב. לכל ענן קיימת מידה סיבוב קטנה. כתוצאה מפעולת שני כוחות פיזיים פשוטים – התכווצות וסיבוב – המובילים לשינוי מדהים בגודל ובצורה של הענן. ענן גדול, מסתובב לאט ומתחיל פחות או יותר בצורה כדורית והוא הופך במהלך ההתכווצות לדיסק קטן, המסתובב במהירות. ענן כמו זה של גז ואבק בחלל נקרא ערפילית (nebula), מהמונח הלטיני לערפל. לכן, הערפילית בצורת הדיסק שהקיפה את השמש המוקדמת נקראת ערפילית השמש.
באדיבות NASA
מולקולות של גז גרגירי אבק בערפילית השמש נעו במסלולים מעגליים. זה חייב להיות נכון, כי חלקיקים שנעו במסלולים לא מעגליים חצו את מסלולים של חלקיקים אחרים. הדבר הוביל להתנגשויות שיכלו לחסום תנועות לא-מעגלית. באנלוגיה, ניתן לדמיין מספר רב של מכוניות מרוץ הנוסעות במהירות סביב מסלול מעגלי. אם מכונית אחת מנסה לנוע במסלול לא מעגלי, היא תעבור ממסלול אחד למשנהו, ובסופו של דבר תתנגש במכוניות אחרות. באופן דומה, אם חלקיק היה במסלול אליפטי, הוא היה חולף דרך מסלולים אחרים. ההתנגשויות שהתרחשו גרמו, בממוצע, לחלקיק לנוע בסלול מעגלי יותר. לפיכך, תנועות בקנה מידה גדול של גז וחלקיקים מוצקים בערפילית השמש היו בדרך כלל במסלולים כמעט מעגליים סביב השמש.
תכונה חשובה אחרונה של קריסת כבידה. בהתחלה, כשהענן היה גדול, האטומים היו רחוקים זה מזה, והם נפלו בחופשיות לעבר מרכז הכובד במרכז הענן. מצב זה נקרא התכווצות חופשית. תהליך התמוטטות המואץ יגרום באופן טבעי להצטופפות מסה רבה סמוך למרכז הענן. אזורים בעלי צפיפות גבוהה יפעילו כוח משיכה חזק, אשר ימשוך מהר יותר שכבות הנמצאות בסמוך להם. אלה בתורם יגדילו את כוח הכבידה, חלקיקי גז נוספים, וכן הלאה. רוב הגז יצטבר במהירות במרכז הענן, וחלק קטן של הגז יהיה "נשאר מאחור" בשוליים, שבו כוח המשיכה הוא חלש יותר. בנפילה חופשית ללא התנגדות, יכול היה ענן הגז והאבק להתכווץ לחלוטין וליצור את השמש רק בכמה אלפי שנים.
תהליך ההתמוטטות והקריסה הכבידתית מעביר באופן טבעי את רוב המסה למרכז הענן. מכאן ניתן להבין מדוע השמש מכילה את רוב המסה במערכת השמש. הקריסה מובילה ליצירת דיסק בעל גיאומטריה אופיינית, כך כוכבי הלכת מאכלסים מישור אחד. מכיוון שהשמש עצמה הייתה חלק בלתי נפרד מהדיסק הזה, אנו יכולים להסביר את העובדה שקו המשווה של השמש נמצא במישור הדיסק. יתר על כן, התנועה המסלולית של כל כוכבי הלכת אף היא באותו כיוון, כי הדיסק של ענן האבק הקורס הסתובב בכיוון אחד. תרחיש זה מהווה חלק מן הרמזים החשובים ביותר להיווצרות מערכת השמש עם כמה רעיונות פיזיים פשוטים.
Author: Chris Impey