NOGUMSAMPAD3

مبحث سيارات فراخورشيدي نخستين بار در سال 1990 و با کشف اولين سياره‌ خارج از منظومه شمسي مطرح شد. گرچه آن سياره به دور ستاره‌‌اي در حال زوال پيدا شد، اما به شدت کنجکاوي منجمان را براي کشف سيارات فراخورشيدي برانگيخت. از سوي ديگر، از آنجا که در آن زمان اميدها براي کشف حيات در منظومه شمسي به خصوص سياره مريخ روز به روز کمتر مي‌شد و مطالعات بر اقمار مشتري و زحل هنوز در حد گسترده‌اي شروع نشده بود، امکان کشف سياره‌اي با شرايط  شكل‌گيري حيات خارج از منظومه شمسي، ايده‌اي بس مهيج مي‌نمود.

جستجو براي يافتن سيارات فراخورشيدي آغاز شد و ديري نپاييد تا نخستين سياره فراخورشيدي که به دور ستاره‌اي مانند خورشيد در حال گردش بود در سال 1995 کشف شد. کشف اين سياره سرآغازي بود براي جستجوي گسترده‌تر به دنبال پاسخي براي يکي از قديمي‌ترين، بنيادي‌‌ترين و مهم‌ترين سوالات ذهن بشر: آيا ما در جهان تنها هستيم؟

شکل 1 – تصوير هنري از يک سياره فراخورشيدي

از زمان کشف نخستين سيارات فراخورشيدي تاکنون بيش از 230 سياره خارج از منظومه شمسي کشف شده‌اند که عموما داراي شرايطي بسيار متفاوت از يکديگرند. برخي سيارات غول‌پيکر و گازي و شبيه مشتري و برخي ديگر سيارات خاکي مانند سيارات داخلي منظومه شمسي هستند. برخي آنقدر به ستاره خود نزديکند که همواره يک سمت خود را رو به ستاره مي‌بينند و برخي آنقدر دور که امکان بروز و رشد حيات در آنها به حداقل مي‌رسد. برخي از اين سيارات به دور ستارگاني در حال گردشند که زندگي بر روي آنها را تقريبا ناممکن مي‌سازد - مانند تپ اخترها که ستارگان نوتروني در حال چرخش با ميدان‌هاي مغناطيسي قوي و سرعت‌هاي بالا هستند. فوران اشعه‌هاي گاما از سطح تپ اخترها به سياراتي که در اطراف آنها در گردشند اجازه بروز و تکامل حيات را نمي‌دهد.

براي اينکه حيات بتواند در سياره‌اي به وجود آمده و تکامل يابد، آن سياره بايد در کمربند حيات منظومه خود قرار گرفته باشد. به علاوه، چنانچه ستاره ميزبان داراي شرايط زير باشد، احتمال تشكيل و دوام حيات در آن بيشتر است:

• سن ستاره بايد بيشتر از 3 ميليارد سال باشد: سه ميليارد سال حداقل زماني است که حيات مي‌تواند در طي آن به وجود آمده و تکامل يابد.
• جرم آن بايد حداکثر 5/1 برابر جرم خورشيد باشد: ستارگاني با جرم بالاتر گرچه هيدروژن و هليوم بيشتري دارند اما ذخيره سوخت خود را با سرعت بيشتري به پايان مي‌برند و بنابراين عمر کوتاه‌تري دارند و به همين خاطر، فرصت لازم براي پيدايش و تکامل حيات را فراهم نمي‌کنند - حتي اگر سياره يا سياراتي در فاصله مناسبي از چنين ستارگاني قرار گرفته و شرايط خوبي براي ايجاد حيات داشته باشد.
• عناصر سنگين موجود در ستاره بايد حداقل 40 درصد عناصر موجود در خورشيد باشند: سيارات خاکي اطراف ستارگاني که داراي ميزان پاييني عناصر سنگين هستند تشکيل نمي‌شوند و تنها سيارات گازي که بر روي آنها امکان حيات وجود ندارد در چنين منظومه‌هايي يافت مي‌شوند.

کمربند حيات يک منظومه به ناحيه‌اي در اطراف آن اطلاق مي‌شود که در آنجا انرژي دريافتي از ستاره نه خيلي زياد و نه خيلي کم است و بنابراين درجه حرارت سياره‌اي که در اين مکان قرار مي‌گيرد براي شکل‌گيري آب مايع در سطح آن مناسب است. بر اساس نظريه سنتي، وجود آب مايع براي شکل‌گيري و دوام حيات ضروري است. اما امروزه دانشمندان به دلايلي که بعدا به آنها مي‌پردازيم کمي محتاطانه‌تر در اين رابطه اظهار نظر مي‌کنند. اکنون مي‌دانيم هر کجا آب مايع پيدا شود، حيات از نوعي که ما در سياره خود مي‌بينيم مي‌تواند به وجود آيد. بيشتر سياره شناسان در اين زمينه معتقدند پيدا کردن آب مايع نمي‌تواند به طور قطع وجود حيات در سياره‌اي را به اثبات برساند چرا که هيچ کس هنوز به طور قطع نمي‌داند حيات بر روي زمين چگونه به وجود آمده و آيا اصلا منشا آن خود کره زمين بوده يا خير؟ اما با اين وجود، اين دانشمندان معتقدند سيارات خاکي که بر سطح آنها آب مايع وجود دارد و به دور ستارگان رشته اصلي (ستارگاني که در مرکز آنها همجوشي هسته‌اي رخ مي‌دهد) مي‌گردند، بهترين مکان براي جستجو به دنبال فعاليت‌هاي زيستي هستند، هر چند اين مساله بدان معنا نيست که امکان وجود حيات در سيستم‌هاي خورشيدي با شرايط متفاوت مورد بررسي قرار نگيرد.

 

شکل 2 - منظومه خورشيدي ما در کمربند حيات کهکشان راه شيري، و سيارات زمين و مريخ در کمربند حيات منظومه شمسي واقع شده‌اند (عکس از universe Review)

ايده اين امر زماني مطرح شد که متخصصان علوم زيستي در دهه 1960 در مکان‌هايي از کره زمين مانند اعماق اقيانوس‌ها، محيط‌هايي با دماهاي بسيار پايين، فشار هواي به شدت بالا و يا حتي مکان‌‌هاي بسيار خشک و بدون آب که شرايط حيات بسيار مشکل مي‌نمود موفق به کشف هزاران گونه موجود زنده که بيشتر آن‌ها از نوع تک‌سلولي يا باکتري‌ها بودند، شدند. برخي از اين موجودات حتي قادر به دوام در مقابل ميزان بسيار بالايي تشعشعات گوناگون بودند و برخي ديگر براي دوام نيازي به اکسيژن و نور خورشيد نداشتند. اين امر موجب طرح ايده‌اي نوين در جامعه نجومي شد که بر اساس آن كاوشگران حيات دريافتند اگر حيات در شرايطي بسيار دشوار در همين کره خاکي مي‌تواند به وجود آمده و دوام يابد، در جستجو به دنبال حيات به سادگي نمي‌توان از کنار سيارات ديگري که شرايط آن‌ها با شرايط معمول زمين بسيار متفاوت به نظر مي‌رسد گذشت.

حدود يک دهه بعد، فضاپيماهاي وويجر ناسا بار ديگر کاوشگران حيات فرازميني را که تصور مي‌کردند تمامي احتمالات موجود جهان‌هايي که داراي شرايط حيات هستند را بررسي کرده‌اند به شدت متحير ساختند. تصاويري که اين دو فضاپيما از قمر مشتري، اروپا، در سال 1979 به زمين مخابره کردند نشان داد اين قمر با وجود آنکه در کمربند حيات منظومه شمسي قرار ندارد، داراي مقادير زيادي يخ بر سطح خود است. اما نکته جالب ديگري که در اين تصاوير وجود داشت، سطح نسبتا هموار اين قمر بود. بر خلاف ماه که بر سطح خود زخم‌هايي کهنه از برخوردهاي سماوي دارد که همچنان به دليل ميزان بسيار ناچيز فعاليت‌هاي زمين‌شناسي و فرسايش خاک تقريبا از هنگام برخورد بدون تغيير باقي مانده است، در تصاوير قمر مشتري اثرات زيادي از برخوردهاي سماوي ديده نمي‌شد.

به طور کلي، هنگامي که يک جسم سماوي مانند سياره، قمر، يا سيارک بر روي سطح خود نشانه‌هاي زيادي از برخوردهاي سماوي ندارد، مي‌توان گفت يک يا چند مورد زير در مورد آن صادق است:

• مدت زمان زيادي از عمر آن جسم سماوي نمي‌گذرد و پوسته آن جوان است. به همين دليل هنوز توسط اجرام مهاجم سماوي بمباران نشده است و يا چون پوسته هنوز در حال شکل‌گيري است، اثرات به جا مانده از برخوردهاي اجرام سماوي دستخوش تغيير شده‌اند.

   
• آن جسم سماوي داراي فعاليت‌هاي زمين‌شناسي مانند فعاليت‌هاي آتشفشاني و حرکات زمين‌ساختي است که موجب تغيير شکل پوسته در طي سال‌ها مي‌شود.

   
• آن جسم سماوي داراي جو است و به دليل بارش‌هاي جوي و جابجايي هوا در آن، خاک دچار فرسايش ‌مي‌شود.

   
• در مرکز جسم سماوي، منبع توليد انرژي وجود دارد که موجب گرم شدن لايه‌هاي مختلف آن و تغيير شکل پوسته مي‌شود.

سياره شناسان مي‌دانستند که قمر اروپا تقريبا به طور همزمان با ساير اجرام منظومه شمسي يا حداقل با اختلاف چند ده ميليون سال از آن به وجود آمده است؛ بنابراين اروپا يک قمر جوان محسوب نمي‌شود. به علاوه، از آنجا که پوسته اروپا برخلاف پوسته زمين که از مواد سنگي ساخته شده، پوشيده از يخ است، فعاليت‌هاي زمين‌شناسي به نحوي که بر روي زمين شاهد آن هستيم نيز در سطح اين قمر مشاهده نمي‌شد. از سوي ديگر، اروپا فاقد جو است، بنابراين نه فرسايش خاک در آن رخ مي‌دهد و نه اجرام مهاجم پيش از برخورد با سطح قمر در لايه‌هاي جو سوخته و تبخير مي‌شوند. از طرفي، با توجه به فاصله نزديک اين قمر به سياره خود يعني مشتري که تنها 671 هزار کيلومتر است، انتظار مي‌رفت اروپا به دليل گرانش قوي مشتري که سيارک‌ها و شهابسنگ‌ها را به سوي خود جذب مي‌کند، آماج حملات اين تکه سنگ‌هاي مهاجم باشد. تمامي اين عوامل موجب شد سياره شناسان اعلام کنند که اروپا احتمالا در لايه‌هاي دروني خود داراي يک منبع توليد انرژي و حرارت است که موجب جريان آب مايع جايي حدود 15 کيلومتر پايين‌تر از خارجي‌ترين لايه يعني پوسته آن مي‌شود. اين جريان متداوم مايعات در زير پوسته موجب بروز تغييرات در سطح آن و تغيير شکل دادن و پر شدن دهانه‌هاي برخوردي ناشي از تصادم شهابسنگ‌ها مي‌شود. سياره‌شناسان با محاسبه تعداد دهانه‌هاي برخوردي که امروزه بر سطح اروپا ديده مي‌شوند دريافتند که از عمر پوسته اين قمر به طور متوسط 10 ميليون سال بيشتر نمي‌گذرد.

 

شکل 3 - در اين تصوير که وويجرها از اروپا، قمر مشتري، تهيه کردند، سطح پوشيده از يخ قمر به راحتي قابل رويت است (عکس از ناسا)

پيش از اعزام فضاپيماهاي وويجر به ماموريت خود، دانشمندان تصور مي‌کردند تمامي اقمار منظومه شمسي مانند قمر زمين جهان‌هايي مرده هستند که امکان بروز و دوام حيات بر روي آنها به هيچ وجه حتي قابل بررسي هم نيست. تصاوير جديدي که وويجرها از اروپا در سال 1979 ارائه دادند ثابت کرد چنين ديدگاهي نادرست است و از آن پس اقمار سيارات نيز مورد توجه کاوشگران حيات قرار گرفتند.

از آنجا که قمر اروپا خارج از کمربند حيات منظومه شمسي قرار داشت، دستاورد مهم ديگري که اطلاعات ارسالي وويجرها براي کاوشگران حيات دربرداشت اين بود که آنان دريافتند جهان‌هايي که خارج از اين محدوده و در فواصل زيادي از منبع اصلي توليد انرژي يک منظومه که ستاره آن است، قرار دارند نيز چنانچه داراي منابع حرارتي دروني باشد و در اثر فرايندهايي همچون گرمايش گرانشي يا زوال راديواکتيو که در نيمکره جنوبي تيتان، قمر زحل، رخ مي‌دهد، بتوانند انرژي مورد نياز خود را تامين کنند بايد در زمره مکان‌هايي با احتمال ايجاد شرايط حيات و حتي وجود آب مايع محسوب شوند.

از آن زمان بود که در جستجو به دنبال حيات، اقمار سيارات گازي منظومه شمسي ديگر حتي از سياره مريخ نيز بيشتر مورد توجه قرار گرفتند و مطالعات بيشتري در اين زمينه بر روي اين قمرها آغاز گرديد. با گسترش دامنه اين مطالعات به سيارات فراخورشيدي و اقمار آنها، بار ديگر تعداد جهان‌هاي ناشناخته‌اي که هر يک مي‌توانند شرايط بروز و تکامل حيات را ايجاد کنند رو به فزوني گذارد.

تنها در کهکشان راه شيري بيش از 300 ميليارد ستاره وجود دارند. اگر 10 درصد آنها ستارگاني مانند خورشيد باشند و نحوه شکل‌گيري منظومه‌هاي آنها شبيه به چگونگي شکل‌گيري منظومه شمسي باشد، در کهکشان ما بايد 30 ميليارد سياره گازي و به همين تعداد سياره خاکي وجود داشته باشد. با در نظر گرفتن تنها مدل منظومه‌اي شناخته شده يعني منظومه شمسي، اگر فرض کنيم هر سياره گازي دست کم 4 قمر و سيارات خاکي به طور متوسط هر يک تنها يک قمر داشته باشند، انتظار مي‌رود حدود 150 ميليارد قمر در کهکشان ما وجود داشته باشد!

همزمان سوال ديگري ذهن کاوشگران حيات را به خود مشغول ساخت: آيا تنها سياراتي که به دور ستاره‌هاي رشته اصلي در گردشند سيارات قابل سکونت محسوب مي‌شوند يا ساير گونه‌هاي ستاره‌اي مانند کوتوله‌هاي قرمز يا حتي غول‌هاي قرمز نيز مي‌توانند چنين شرايطي را براي سيارات خود به وجود بياورند؟

ستاره‌هاي کوتوله قرمز که به وفور در جهان يافت مي‌شوند حدود 50 برابر کم فروغ‌تر از خورشيدند و جرم آنها تقريبا يک پنجاهم جرم خورشيد است. نگاهي اجمالي به دسته بندي ستارگاني که تا کنون در جهان کشف شده‌اند نشان مي‌دهد حدود 85 درصد کل ستارگان جهان را کوتوله‌هاي قرمز تشکيل مي‌دهند.

اين ستارگان به دليل جرم و درخشندگي پايين خود اصلا در زمره ميزبانان احتمالي سياراتي با امکان پيدايش حيات به حساب نمي‌آمدند. يکي از مهم‌ترين دلايل اين امر آن است که کمربند حيات در چنين منظومه‌هايي بايد بسيار نزديک به ستاره مادر باشد تا سياره‌اي که در اين ناحيه قرار مي‌گيرد بتواند ميزان مناسب حرارت و انرژي را براي حفظ حيات بر روي خود دريافت کند.

شکل 4 – اين تصوير خيالي سياره‌اي مشتري‌گون مانند آپسيلون آندرومدا بي (Upsilon Andromeda b) که در قفل مداري ستاره خود قرار گرفته را نشان مي‌دهد. (عكس از ناسا)

از سوي ديگر، يک سياره در صورتي که در چنين فاصله نزديکي از ستاره خود قرار گيرد، در تله گرانشي ستاره خود مي‌افتد و همواره يک روي آن به سمت ستاره است در حالي که روي ديگر هيچ‌گاه حرارت مستقيم ستاره را دريافت نمي‌کند. اين پديده که قفل مداري نام دارد هنگامي رخ مي‌دهد که به دليل فاصله کم دو کره سماوي با جرم‌هاي متفاوت از يکديگر و گرانش کره بزرگ‌تر، طول حرکت وضعي جسم کوچک‌تر با مدت حرکت انتقالي آن به دور جسم ديگر برابر مي‌شود. درست مانند قمر زمين که به دليل قرار گرفتن در تله گرانشي سياره مادر، هميشه يک روي خود را به زمين مي‌نماياند و ما هرگز قادر به ديدن نيمه ديگر ماه نيستيم. در چنين شرايطي، دما در نيمي از سياره‌ که همواره رو به ستاره مادر است به شدت زياد و در نيمه ديگر آن به شدت کم خواهد بود به گونه‌اي که حتي اگر اين سياره داراي آب هم باشد، حرارت ستاره در نيمي از آن موجب تبخير آب و در نيم ديگر سبب انجماد آن مي‌شود.   اما در سال‌هاي اخير، مدل‌هاي کامپيوتري نشان دادند که چنانچه چنين سياره‌اي داراي جوي با ضخامت مناسبي باشد، حرارت دريافتي از ستاره کوتوله قرمز مي‌تواند از سمتي که رو به ستاره دارد به سمت ديگر منتقل و موجب متعادل شدن حرارت کل سياره شود. اين يافته نيز بار ديگر بر تعداد اجرام و منظومه‌هايي که مي‌توانند از لحاظ ايجاد و پيدايش حيات مورد بررسي قرار گيرند افزود و اين بار ستارگان کوتوله قرمز که همانطور که پيشتر اشاره شد بخش عمده‌اي از ستارگان جهان را به خود اختصاص داده‌اند مورد توجه جستجوگران حيات قرار گرفتند. از آن پس، هر روز بر تعداد اخترشناساني که معتقد بودند جستجو به دنبال حيات فرامنظومه‌اي نبايد به ستارگان رشته اصلي محدود شود رو به افزايش گذاشت تا اينکه سياراتي که به دور غول‌هاي قرمز مي‌گردند نيز مورد توجه قرار گرفتند.

غول قرمز ستاره‌اي است با قطري معادل 10 تا 100 برابر قطر خورشيد که پيشتر خود در زمره ستارگان رشته اصلي قرار داشته، بدان معنا که در مرکز آن همجوشي هسته‌اي به وقوع مي‌پيوسته است. سرانجام با اتمام ذخيره هيدروژن در مرکز چنين ستارگاني و فشرده‌تر شدن آن‌ها، همجوشي هسته‌اي اتم‌هاي هيدروژن در لايه‌اي اطراف هسته آغاز شده، در اثر برهم خوردن تعادل ميان لايه‌هاي گازي، ستاره شروع به انبساط مي‌کند که در آن هنگام غول قرمز ناميده مي‌شود. گرچه مرکز چنين ستارگاني بسيار فشرده و داراي دماي بالايي است، اما لايه‌هاي خارجي آنها در اثر انبساط دچار کاهش نسبي دما مي‌شوند.

چنين سرنوشتي حدود 5 ميليارد سال آينده در انتظار خورشيد ما نيز هست. تک ستاره ما در آن هنگام به قدري بزرگ مي‌شود که سيارات داخلي منظومه شمسي يعني عطارد و زهره را مي‌بلعد و تا نزديکي زمين پيشروي مي‌کند.

 

شکل 5 - اين تصوير خيالي، کره زمين در مجاورت خورشيدي که به غول قرمز تبديل شده را در حال تبخير نشان مي‌دهد، اتفاقي که چندان هم دور از انتظار به نظر نمي‌رسد!

 

در حال حاضر، يکي از موضوعاتي که ذهن اخترشناسان را به خود مشغول داشته، امکان وجود حيات بر سياراتي است که به دور غول‌هاي قرمز مي‌گردند. بر اساس مطالعات اوليه، به نظر مي‌رسد چنين مساله‌اي زياد هم دور از واقعيت نيست، هر چند کمربند حيات يک منظومه با افزايش قطر ستاره و تغيير درخشش و دماي سطحي آن به نقطه‌اي دورتر نقل مکان مي‌کند. به عنوان نمونه، 2 ميليارد سال ديگر، زمين به دليل تغييراتي که در دما و درخشندگي خورشيد ايجاد خواهد شد، از کمربند حيات کنوني منظومه شمسي خارج مي‌شود.

کمربند حيات ستارگان غول قرمز در فاصله 1000 تا 3000 ميليون کيلومتري آنها قرار دارد، در حالي که کمربند حيات ستاره‌اي مانند خورشيد که يک ستاره معمولي از دسته ستارگان رشته اصلي محسوب مي‌شود، به ناحيه‌اي در فاصله 140 تا 240 ميليون کيلومتري آن که تنها دربرگيرنده مدار زمين و مريخ است، اطلاق مي‌شود.

کشف سيارات فراخورشيدي در اطراف ستارگان رشته اصلي بسيار ساده‌تر از رديابي سياره‌اي در اطراف يک غول قرمز است، چراکه گرچه کمربند حيات ستارگان رشته اصلي در فاصله نزديک‌تري از ستاره خود قرار دارد، اما با توجه به اينکه درخشندگي سطحي غول‌هاي قرمز عموما هزاران برابر بيشتر از ستارگان رشته اصلي است، سياراتي که به دور آنها مي‌‌گردند غالبا در نور ستاره مادر به سادگي قابل رصد نيستند. به عنوان نمونه، هنگامي که خورشيد تبديل به يک غول قرمز شود، قطر آن حدودا 100 برابر، اما درخشندگي سطحي ستاره ما به بيش از 1000 برابر درخشندگي فعلي خود خواهد رسيد.

بررسي امکان وجود و دوام حيات در اطراف چنين ستارگاني باز هم دايره جستجو به دنبال حيات را گسترده‌تر کرد. از سوي ديگر، از زمان کشف نخستين سياره فراخورشيدي در سال 1990 تا کنون، سيارات متعددي خارج از منظومه شمسي کشف شده‌اند که از نظر ساختار و همچنين منظومه‌اي که در آن قرار گرفته‌اند با يکديگر بسيار متفاوتند.

با وجود تنوع زيادي که در سيارات فراخورشيدي تا کنون مشاهده شده، دانشمندان بيشتر به دنبال سياراتي هستند که از نظر ساختار، دما و ساير مشخصات تا حدي شبيه زمين باشند. براي اين امر پاسخ به اين سوال که آيا منظومه شمسي، منظومه‌اي منحصر به فرد است يا خير مساله‌اي است که مدت‌هاست ذهن منجمان را به خود مشغول کرده است.

 

نخستين فرضيات در مورد چگونگي پيدايش سيارات ريشه در افسانه‌ها و داستان‌هاي قومي و قبيله‌اي در ساليان ماقبل تاريخ دارد. به‌علاوه، تقريبا تمامي اديان و آيين‌هاي مذهبي نيز اشاراتي به نحوه خلقت آسمان‌ها و زمين داشته‌اند. اما قرن‌ها بعد، رياضي‌دانان و منجماني همچون کوپرنيک، گاليله و کپلر نخستين افرادي بودند که به جستجو در مورد دلايل علمي پديده‌هاي طبيعي از جمله حرکت اجرام سماوي پرداختند.

نخستين فرضيه علمي در مورد منشا پيدايش زمين توسط فيلسوف و رياضي‌دان فرانسوي، رنه دکارت (1650-1596 م) ارائه شد. اما از آنجا که در زمان دکارت هنوز نيوتون و نظريه گرانش وي پا به عرصه وجود نگذاشته بودند، وي در ارائه فرضيه خود هيچ جايي براي نيروي گرانش به عنوان يکي از عوامل اصلي پيدايش سيارات نگذاشته بود. دکارت معتقد بود نيرو از طريق تماس اجسام با يکديگر از جسمي به جسم ديگر منتقل مي‌شود و جهان از ذراتي که مانند گردابي در حال چرخش هستند تشکيل شده است.

دکارت در فرضيه خود که در سال 1644 ميلادي ارائه کرد عنوان داشت خورشيد و سيارات در اثر انقباض و تراکم يکي از همين گرداب‌ها که به طور طبيعي در جهان وجود دارند، تشکيل شده‌اند. درست يک قرن بعد و در سال 1745، دانشمند فرانسوي، جرج لوييس د. بوفون (1788-1707) فرضيه ديگري را مطرح کرد که بر اساس آن سيارات به دنبال تصادم ستاره‌اي که از نزديکي خورشيد عبور مي‌کرد با آن به وجود آمده‌اند. وي معتقد بود اين برخورد سهمگين آسماني موجب جدا شدن تکه‌هاي گازي از هر دو ستاره و تشکيل سيارات در منظومه خورشيدي شده که سپس هر يک در مدارهايي به دور خورشيد قرار گرفتند.

طي دو قرن بعد، اين فرضيه هر چند سال يک بار توسط دانشمندان زمان طرح مي‌شد و به تناوب مورد تاييد قرار مي‌گرفت يا به کلي مردود مي‌گشت. اما فرضيه بوفون مشکلات فراواني داشت: اندازه ستارگان در مقايسه با فواصل ميان آنها بسيار ناچيز است و بنابراين تصادم آنها با يکديگر امري بسيار نادر است. بر اساس مطالعات کيهان‌شناسان، از هنگام شکل‌گيري کهکشان ما در بيش از 10 ميليارد سال پيش تا کنون، تعداد ستارگاني که با يکديگر برخورد کرده‌اند شايد از تعداد انگشتان يک دست نيز کمتر باشد. از سوي ديگر، ذرات گاز و غباري که بر اساس نظريه بوفون در اين تصادم از خورشيد و ستاره مهاجم جدا شده بودند آنقدر داغ و با حرارت بالا بودند که امکان تراکم آنها و تشکيل سيارات را به حداقل مي‌رساند. با همه اين اوصاف، اگر هم سيارات مي‌توانستند بر اساس اين فرضيه تشکيل شوند، هرگز نمي‌توانستند در مدارهاي پايداري به دور خورشيد قرار گيرند.

فرضياتي که توسط دکارت و بوفون ارائه شدند، دو تفاوت عمده با يکديگر دارند و آن ماهيت آنهاست. فرضيه دکارت، فرضيه‌اي تکاملي است که در آن خورشيد و سيارات به تدريج و در فرايندي تکاملي به وجود آمده‌اند. اگر فرضيه وي صحيح باشد، ستارگاني که در اطراف آنها سياراتي وجود دارند بايد در جهان به وفور يافت شوند. از طرف ديگر، فرضيه ارائه شده توسط بوفون اتفاقي است که بر اساس آن سيارات به طور تصادفي و در اثر يک اتفاق به وجود مي‌آيند. بنابر اين فرضيه، منظومه‌هاي خورشيدي بايد بسيار نادر باشند.

گرچه فرضيه‌هاي دکارت و بوفون امروزه مردود اعلام شده‌اند، اما زحمات اين دو دانشمند در معطوف ساختن افکار ساير دانشمندان به چگونگي پيدايش سيارات را نبايد ناديده گرفت.

نظرياتي که در حال حاضر در مورد پيدايش سيارات مورد قبول دانشمندان هستند گرچه با دو فرضيه فوق بسيار متفاوتند اما مي‌توان گفت تا حدي تلفيقي از اين دو فرضيه‌اند چرا که غالبا نظرياتي تکاملي همراه با وقوع وقايعي تصادفي و نادر هستند.

ريشه‌هاي نظريه کنوني پيدايش سيارات که در ادامه به آن مي‌پردازيم را بايد نتيجه تحقيقات منجم و رياضي‌دان فرانسوي، پير سيمون د.لاپلاس دانست. در سال 1796 وي با تلفيق فرضيه دکارت و قوانين گرانش نيوتون موفق به ارائه مدلي شد که بر اساس آن ابري از ماده در حال چرخش که بر روي نيروي گرانش خود در حال تراکم و مسطح شدن به شکل قرصي از گاز بود را به تصوير کشيد و به اين ترتيب پايه‌هاي نظريه کنوني را بنا نهاد.

در مدلي که لاپلاس از پيدايش سيارات ارائه کرده بود، بنابر اصل پايداري اندازه حرکت زاويه‌اي، هرچه اين قرص چرخان گازي کوچک‌تر مي‌شود، سرعت چرخش آن بيشتر مي‌شود. وي معتقد بود هنگامي که اين قرص چرخان به بيشترين سرعت خود مي‌رسد، شروع به برون‌پاشي لايه‌هاي خارجي خود مي‌کند که اين لايه‌ها سرانجام تشکيل حلقه‌هايي از ماده مي‌دهند. اين فرايند آنقدر ادامه مي‌يابد که حلقه‌هاي متعددي در فواصل مختلف تشکيل مي‌شوند و در نهايت با متراکم شدن مواد تشکيل دهنده آن حلقه‌ها، سياراتي تشکيل مي‌شوند که همگي به دور خورشيدي که در مرکز اين قرص گازي متولد شده است، در حال چرخشند. اين مدل که به نظريه سحابي مشهور است بعدها با اندک تغييراتي مورد قبول اکثر دانشمندان قرار گرفت.

امروزه مي‌دانيم عناصر سنگيني که جهان ما از آنها ساخته شده در دل ستاره‌ها به وجود مي‌آيند. از سوي ديگر آخرين نظريه علمي که مورد قبول اغلب اخترشناسان نيز هست، پيدايش سيارات را نتيجه فرايندهاي گرانشي هنگام تولد ستارگان مي‌داند. بر اساس اين نظريه، که نظريه سحابي خورشيدي ناميده مي‌شود، سيارات از قرصي از گاز و غبار که در اطراف ستاره‌اي در حال تولد به وجود مي‌آيد، پديد مي‌آيند.

هنگامي که ذرات گاز و غبار ميان‌ستاره‌اي در مکان‌هايي از کهکشان، مانند بازوهاي کهکشان‌هاي مارپيچي از جمله کهکشان راه شيري، در اثر نيروي گرانش متراکم مي‌شوند، ستاره‌اي در مرکز اين ابر متولد مي‌شود. اين ستاره در تمام مراحل تکامل خود توسط ابري از غبار احاطه شده که چرخش ذرات موجود در آن سبب مي‌شود قرصي چرخان از غبار در اطراف ستاره در حال تولد تشکيل شود. سرانجام فشار لايه‌هاي مختلف گازي ستاره سبب بالا رفتن دماي مرکز آن و آغاز همجوشي هسته‌اي شده، دماي سطحي ستاره به سرعت بالا مي‌رود. اين امر سبب مي‌شود لايه‌هاي غبار که در اطراف ستاره قرصي چرخان تشکيل داده بودند توسط جريان فوتون‌هاي پر انرژي که موفق به فرار از سطح ستاره شده بودند پراکنده شوند.

بر اساس نظريه سحابي خورشيدي، سيارات درون همين قرص چرخان در اطراف ستارگان جوان به وجود مي‌آيند. مشاهداتي که در طول موج‌هاي مختلف به خصوص طول موج فروسرخ انجام گرفته نيز نشان مي‌دهند ستارگان جوان پس از آغاز همجوشي هسته‌اي در مرکز خود با سرعتي حدود 200 کيلومتر بر ثانيه اين قرص‌هاي چرخان را از خود رانده، به اطراف پراکنده مي‌کنند. فناوري جديد حتي به دانشمندان امکان مشاهده و عکس‌برداري از قرص‌هاي چرخان غبار در اطراف ستارگان در حال تولد را مي‌دهد.

منظومه شمسي ما نيز به احتمال فراوان در چنين فرايندي به وجود آمده است.‌ هنگامي که خورشيد در اثر تراکم غبار ميان‌ستاره‌اي به وجود آمد و فرايند همجوشي هسته‌اي خود را حدود 7/4 ميليارد سال پيش آغاز کرد، فوران فوتون‌ها و ذرات باردار از سطح آن توسط بادهاي خورشيدي سبب پراکنده شدن قرص غبار اطرافش شد. پس از پراکنده شدن اين قرص چرخان، آنچه باقي ماند مجموعه‌اي از کرات خاکي و گازي در مدارهايي به دور خورشيد بود که آنها را سياره مي‌ناميم.

شکل 9 - مراحل مختلف تشکيل سيارات بر اساس نظريه سحابي خورشيدي

درست مانند نظريه‌اي که لاپلاس از پيدايش منظومه شمسي ارائه داده بود، نظريه سحابي خورشيدي نيز با اشکال بزرگي رو به رو است که آن پايين بودن سرعت حرکت زاويه‌اي خورشيد در مقايسه با سيارات است. براي درک چنين مساله به ظاهر نامتعارفي بايد بررسي کنيم چه چيز موجب کند شدن سرعت چرخش خورشيد شده است؟

مي دانيم خورشيد در هر ثانيه حدود 6/4 ميليون تن از جرم خود را به واسطه همجوشي هسته‌اي از دست مي‌دهد. اين ميزان جرم تبديل به انرژي شده که ما آن را به صورت نور و گرما احساس مي‌کنيم. بر اساس قانون پايداري اندازه حرکت زاويه‌اي، کاهش جرم يک جسم به معناي کند شدن سرعت حرکت زاويه‌اي آن است. بعلاوه، ميدان مغناطيسي قوي خورشيد تاثير بسزايي در کاهش سرعت چرخش آن دارد.