Güneş Sistemi'ne Dair Dinamik Bir Evrim Senaryosu Sunan Nice Modeli
nice güneş sistemi modeli, ismiyle müsemma, hoş bir modeldir. (bkz: grand tack hipotezi) ile birlikte okunduğunda insanın içini kıpır kıpır eden bir heyecan verir.
fransa'nın en az kendisi kadar hoş olan kenti nice şehrinde teorize edilmiş ve 3-b simülasyonları çalıştırılmış, malum, ondan mütevellit. ismi oradan gelir.
güneş sisteminin formasyonunu açıklarken gaz devlerinin oluşum süreçlerine yörünge evrimlerine odaklanılır. malumunuz, güneş sistemi güneş, jüpiter, satürn ve ufak miktar kaya, moloz, çer çöpten oluşmakta. yıldız/gezegen sistemleri oluşurken o devasa gaz+toz bulutunun merkeze çökmesi ile oluşan yıldız, sistemdeki kütlenin %99’luk kısmını oluştururken, gaz diski %1’ini teşkil eder . güneş sisteminde, yani bizim buralarda da mevzu aynı.
durum böyleyken, açısal momentumun %99’u gaz diski, sadece %1’i yıldızdadır. hareketin, ve bu hareketin belirleyeceği dinamiklerin tamamı disktedir yani. proleter disk. dünyanın en zengin 10 kişisi gelirin %70’ini cebe indiriyor mevzusu gibi biraz.
nice ve grand tack modellerine dek kant-laplace modeli formasyon konusunda iyi iş çıkarıyordu. temel hatası gezegenlerin mevcut bulundukları yerde oluştuğunu söylemesi (bkz: in situ) ve kaya gezegenlerin (bkz: merkür-venüs-dünya-mars) gaz devlerinden daha önce oluştuklarını söylemesi. oysa ilk on milyon sene içinde devler, daha sonra takriben 100 milyon sene sonra da kaya gezegenler ortaya çıkmaya başlıyor. gezegen oluşumu ile ilgili de pek çok yanlışı var lakin oraya girmeyeceğim.
şimdi nebulamız kendi kütle merkezine çekildi. çok yoğun ve büyük kütlede hidrojen+helyum ortada çöktü ve sistem gittikçe küreleşen gaz ve toz bulutuna evrilmeye başladı. yeterince büyük kütleniz varsa küreleşir, fakat türdaşlarınız 21.yüzyıl'da mars’ta sondaj yaparken şapşallaşmazsınız (bkz: hidrostatik denge)
sisteme gelelim
merkeze çökme hızlandıkça kendi etrafındaki dönüş hızı arttı. misal açısal momentumunu korumaya namus ve şeref sözü vermiş bir buz patencisi de kollarını içeriye çektiğinde hızı artar. durum tamamen aynı. dönme hızı arttıkça, küre bulut açılmaya ve yıldızın etrafında bir disk halini almaya başladı. patenci hızlandıkça eteğinin havalanmasına bağlayıp geçeyim burayı.
bu diskte kütlenin yine %1’i, 1-5 mm arasında değişen buz çakılları ve tozlardan müteşekkil. gerisi ise helyum ve hidrojen gazları. diskteki bu buz çakıllar, yıldızın etrafında gazlardan daha hızlı dönmeye meyilliler (bkz: stream instability) öyle olunca da, yavaş gazlar bir karşı-rüzgar etkisi yaratır (bkz: headwind) ve yükselen sürtünme kuvvetiyle birlikte çakıllar topaklaşmaya meyleder. çünkü birlikteyken sürtünme yüzey alanı azalacaktır. bu topaklaşma sonrası 150-200 metrelik mini asteroidler oluşmaya başladığında artık kütleçekimi bir miktar devreye girmeye başlar. etraftan daha fazla kütle ve madde toplar, büyür, büyüdükçe kütleçekimi artar ve sair.
sistemde bu buzların buharlaşmadan yıldızı tavaf edebilecekleri güvenli bir mesafe var. örneğin bizim sistemimizde bu mesafe 4,5 - 5,0 au kadar. jüpiter - güneş mesafesi. bu arada au arpa boyu’nun kısaltması. bir arpa boyu 150 milyon kilometre.
bu mesafe (bkz: frost line) . bundan daha yakın mesafeler rüzgarlar ve yüksek sıcaklıklarla muhattap olacağından buz çakıl -katı- formda bulunmaz. demek ki neymiş? gezegen sistemi oluşumunda buz her şey demekmiş.
şimdi müsadenizle zurna zırt demeye başlasın
hızla büyüyen ve artık gezegenleşmeye başlayan kütlemiz, biriktirdiği buz ile birlikte 10 dünya kütlesine eriştiği vakit hızla gaz toplamaya başlar. on dünya kütlesinde bir çekirdek, ve feci bir gaz yığını. oldu mu sana jüpiter?
bu süreç bir kaç milyon senede gerçekleşiyor. gaz devi, daha dışarıdaki disk ile kütleçekimsel birtakım münasebetler içindedir ve o disk bölgesi ile açısal momentum ticaretine başlar. böylece içeri doğru göç etme meyiline girer. dev kütle yıldızına çok yaklaşabilir bu süreç içinde (bkz: migration type ı). kütleçekimi ve çok kuvvetli manyetik alanı, onu yıldız rüzgarları ve sıcaklıklardan koruyacak, buharlaşmasını engelleyecek. yaklaştığında bu sefer nefis bir mekanizma daha devreye girer.
kütleçekimsel gelgit ivmelendirmesi. tidal acceleration der gavur.
gezegenin yıldıza bakan yüzeyi, öte yüzüne göre yıldızın kütleçekimine daha şiddetli maruz kalır. şimdi, yıldızın kendi çevresinde 10 günde döndüğünü hayal edin. gezegen ise yıldızın etrafında -diyelim ki- 365 günde dönüyor olsun. gezegen de yıldızın yüzeyine aynı kuvvette çekim uygulayacağından ve direkt baktığı yüzü şişireceğinden, bu şişkinlik yıldızın kendi etrafında dönüş hızına yetişemez. çünkü gezegen, yıldızı, yıldızın dönüşünden daha yavaş tavaf etmektedir. o şişkin kısım geride kaldığı için, gezegen ile o şişkin bölge arasında daha da kuvvetli kütleçekimsel bir ilişki yaşanır ve şişkinlik, yıldızı yavaşlamaya zorlar. yıldız, kendi çevresinde daha yavaş dönmeye başlar. bu da sistemde açısal momentumun azalması demektir. korunmak zorunda olan momentum, gezegenin yörüngesinin genişlemesini gerektirir ve gezegen yıldızdan tekrar uzaklaşmaya başlar.
tanıdınız mı bunu?
ay ile dünya arasında dönen dolabın aynısıdır bu. ay bizden her sene 3 cm kadar uzaklaşırken dünyayı yavaşlatmaya, şişirdiği yüzeyi hep kendisine bakmaya zorluyor. küçük olduğu için gücü yetmiyor. fakat dünya, ay’daki şişkin yüzü kendine sabitlemiş bile :)
bilirsiniz, ay’ın bir yüzü sürekli bize bakar. sebebi budur.
dev gezegen önce içeri girdi, şimdi tekrar dışarı çıkıyor. içeri girerken iç kısımdaki diskte epeyce de malzeme topladı, hatta çoğunu da dışarı/içeri tekmeleyip gönderdi. (bkz: gravity kick)
grand tack hipotezi işte bu aşamada mars’ın neden olması gerekenden küçük olduğunu açıklayabiliyor. kütlecağıza yeterince madde bırakmamış jüpiter ilk 10-20 milyon senede. hakkı yenmiş mars’ın.
aradan 100-200 milyon sene geçiyor ve artık gezegenler sistemi domine etmeye başlamışlar
fark şu ki, hepsi, sadece 17 au mesafelik bir bölge içine sıkışmış durumdalar. kütleçekimsel kıyametler devam ediyor. satürn, jüpiter ile yaşadığı kısa süreli ilişki sebebi ile yörüngeleri rezonansa giriyor. jüpiter’in 3 turu, satürn’ün 2 turuna tekabül ediyor. satürn, ortada kalan son kütlecikleri -büyük asteroid kuşakları- içeri doğru tepiklerken kendisi dışarı doğru çıkıyor.
yukarıdaki mantığa göre buz ve gaz devleri, büyükten küçüğe doğru yıldızına yakın, uzak ve en uzak olacak şekilde oluşmalı. sistemimizde de durum bu. jüpiter en içeride en mülahham gövdeli babayiğit. sonra satürn, ikinci büyük dev. ee? neptün uranüs’ten kütlece daha büyük? ama daha uzakta?
nice modeli, satürn’ün dışarı doğru göçü esnasında o ilk aşamada daha yakında bulunan neptün’e verdiği rahatsızlıkla bu arkadaşın yörüngesini elipsleştirdiğini, uranüs ile çok tehlikeli yakınlaşmalar yaşamasına sebep olduğunu, nihayet bu ikisinin yörüngelerinin değişmesine sebebiyet verdiğini başarılı şekilde hem analitik, hem nümerik simülasyonlarla açıklayabiliyor. başlangıçtan 600 milyon sene sonra vuku buluyor bunlar. neptün ise tıpkı istenmeyen evlat gibi atılıp dışarı doğru giderken hırsını bugün kuiper belt diye bildiğimiz kütlecikler grubundan çıkarıyor. yakaladığını ya parçalıyor, ya içeri ve dışarı doğru fırlatmaya başlıyor. neptün çok büyük, ortam can pazarı!. 30 au ve sonrası mesafelerde hala da kuralları koyan bi kütle neptün. işte o karışıklık, bugün (bkz: late heavy bombardement) diye bilinir ve ay’da, dünya’da ve özellikle jüpiter uydularının yüzeylerinde bulunan binlerce kraterin müsebbibidir. dünyamıza suyu, yaşamı gönderen itiş kakış da bu olabilir. eh tabi mevcut kuiper kuşağı artık çok küçük. o can pazarında hayatta kalanlar toplamda dünyanın %2’si kadar. milyonlarca irili ufaklı gezegenimsi ve toz parçası. sağ kalanlar neptün ile rezonansa girmişler. neptün ile yakınlaşmıyorlar artık. pluto bey de bu uyanıklardan birisi mesela. işini biliyor pluto. neptün güneşi 3 kez turladığında pluto 2 tam tur atıyor. (bkz: orbital resonance)