Solsystemet: Solens planetsystem

Det består av solen och de himlakroppar som den binder till sig genom sin gravitation och har sitt ursprung i en gravitationell kollaps av ett gigantiskt gas- och stoftmoln för 4,5 miljarder år sedan.

Runt solen kretsar en rad objekt i en nästan rund skiva i ekliptikan. Med undantag från solen finns merparten av solsystemets massa i de åtta planeterna, vars omloppsbanor är nästan cirkulära. De fyra mindre inre planeterna är Merkurius, Venus, jorden och Mars, vilka kallas stenplaneterna och mest består av sten och metall. De fyra yttre planeterna är Jupiter, Saturnus, Uranus och Neptunus som kallas gasjättarna och som mestadels består av väte och helium och är mycket tyngre och större än stenplaneterna.

Det finns två områden med mindre kroppar: asteroidbältet, som ligger mellan Mars och Jupiter, består av mindre kroppar som har vissa likheter med stenplaneterna då de till största delen består av sten och metall; Kuiperbältet, som ligger bortom Neptunus omloppsbana, består huvudsakligen av fruset vatten, ammoniak och metan. Inom dessa bälten finns det fem speciella objekt: Ceres, Pluto, Haumea, Makemake och Eris som betecknas dvärgplaneter, då de anses vara tillräckligt stora för ha blivit runda som en konsekvens av sin egen gravitation. På ett avstånd av 0,8–1,6 ljusår från solen antar man att det finns vad man kallar Oorts kometmoln som tros vara ursprunget till de långperiodiska kometerna.

I solsystemet finns det grupper av mindre kroppar såsom kometer, centaurer och damokloider, interplanetärt stoft som färdas mellan dessa områden, medan solvinden, ett flöde av plasma från solen, skapar en bubbla i det interplanetära mediet som kallas heliosfären. Detta sträcker sig ut till mitten av det område som kallas scattered disc, ett område i anslutning till Kuiperbältet.

Sex av planeterna och fyra av dvärgplaneterna har naturliga satelliter eller månar i omloppsbana. Var och en av de fyra yttre planeterna har en planetarisk ring av damm och andra partiklar.

Under en stor del av mänsklighetens historia har, med ett fåtal undantag, solsystemets existens varit okänd. En förekommande uppfattning var att jorden låg stationär i universums mitt och var något helt annat än de förmodade gudomliga eller andliga objekten som rörde sig över himlen. Till exempel den indiska astronomen Aryabhata och den grekiska filosofen Aristarchos spekulerade dock i en heliocentrisk världsbild, det vill säga att solen var i centrum och att jorden rörde sig runt denna. Men det var 1500-talsastronomen Nicolaus Copernicus som först kunde utveckla en matematisk modell som förutsade de olika himlakropparnas rörelser i solsystemet. Under 1600-talet kunde astronomerna Galileo Galilei, Johannes Kepler och Isaac Newton fortsätta bygga på Copernicus modell, vilket efterhand ledde till en allmän acceptans av att jorden rör sig runt solen och att de andra planeterna styrs av samma fysiska lagar som styr jorden.

Förbättringar av de första primitiva teleskopen ledde till en accelererande takt av upptäckter av både större och mindre himlakroppar i solsystemet, däribland de båda planeterna Uranus och Neptunus samt otaliga asteroider. På senare tid har bättre utrustning givit allt mer detaljerade studier av solsystemets himlakroppar, såsom berg, dalar och kratrar samt väderfenomen som molnbildning och sandstormar.

 

 

Den dominerande kroppen i solsystemet är solen, en huvudseriestjärna av spektralklass G2, som innehåller 99,86% av solsystemets totala kända massa och dominerar gravitationellt. Jupiter och Saturnus, de två största kropparna i en bana runt solen, står tillsammans för över 90% av solsystemets återstående massa.

De flesta större objekten i en bana runt solen ligger nära ekliptikan, det vill säga planet för jordens omloppsbana. Planeterna ligger mycket nära ekliptikan, medan kometer och objekt i Kuiperbältet ofta har avsevärda vinklar mot ekliptikan.

Samtliga planeter och de flesta övriga objekten i solsystemet har en bana runt solen i samma riktning som solens rotation (moturs, sett från ovanför solens nordpol). Det finns undantag, till exempel Halleys komet.

Keplers lagar beskriver olika objekts omloppsbanor runt solen. Enligt dessa färdas varje objekt längs en ellips med solen i en brännpunkt. Objekt nära solen (med kortare halv storaxel) har kortare år än objekt längre bort. För en elliptisk omloppsbana varierar avståndet från solen över objektets år. Den närmaste punkten från solen kallas för perihelium medan punkten längst bort kallas aphelium. Varje objekt rör sig som snabbast vid dess perihelium och som långsammast vid dess aphelium. Planeternas omloppsbanor är nästan cirkulära, men många kometer, asteroider och Kuiperbältobjekt följer mycket elliptiska banor.

För att kunna illustrera solsystemet i samma bild visas ofta planeternas banor med lika avstånd från varandra. I verkligheten ökar generellt sett avstånden ju längre ut i solsystemet man rör sig. Till exempel befinner sig Venus cirka 0,33 AU från Merkurius, medan Saturnus befinner sig 4,3 AU längre ut än Jupiter och Neptunus 10,5 AU från Uranus. Försök har gjorts att bestämma ett samband mellan dessa avstånd (se Titius–Bodes lag), men ingen sådan modell har accepterats.

De flesta planeterna i solsystemet har egna system med månar, för jätteplaneterna kan det påminna om solsystem i miniatyr. Vissa av månarna är nästan lika stora eller till och med större än den minsta planeten Merkurius. De flesta befinner sig i en så kallad bunden rotation, där ena sidan av månen hela tiden är vänd mot planeten. Vår egen måne är ett exempel på detta. De fyra största planeterna har även planetariska ringar som i huvudsak består av små finkorniga partiklar som rör sig runt planeten.

Terminologi

Informellt delas solsystemet ibland in i separata områden. Det inre solsystemet innefattar de fyra stenplaneterna och asteroidbältet och planeterna där kallas inre planeter. Det yttre solsystemet ligger bortom asteroidbältet, med de fyra gasjättarna och planeterna där kallas yttre planeter. Sedan upptäckten av Kuiperbältet räknas de yttersta delarna, bortom Neptunus, som ett eget område.

Planeterna delas även in i två grupper beroende på hur deras banor ligger i förhållande till jordens bana. De två innersta planeterna Merkurius och Venus, vars banor ligger innanför jordens bana, kallas för undre planeter, medan planeterna från Mars och utåt kallas övre planeter. Sett från jorden kan en undre planet aldrig stå i opposition mot solen, och en övre planet kan aldrig stå i undre konjunktion. Jorden är varken en undre eller en övre planet utan är den planet från vilken vi observerar de andra planeterna — i alla fall än så länge och säkerligen minst ett antal decennier framöver. När den dagen eventuellt kommer då människor permanent bor på någon annan planet än jorden kommer det sett från den planeten att bli en annan uppdelning i undre och övre planeter. Sett från till exempel planeten Mars blir jorden en undre planet.

Dynamiskt och fysiskt klassificeras objekt som kretsar runt solen i: planeter, dvärgplaneter, småplaneter och kometer. En planet är en himlakropp som kretsar kring solen och som har tillräcklig massa för ha blivit sfärisk samt har rensat sin egen omloppsbana från mindre objekt. Genom denna definition har solsystemet åtta kända planeter: Merkurius, Venus, jorden, Mars, Jupiter, Saturnus, Uranus och Neptunus. Pluto når inte upp till denna definition då den inte har rensat det omgivande Kuiperbältet från andra mindre himlakroppar. En dvärgplanet är en himlakropp i omloppsbana runt solen som är stor nog att ha blivit sfärisk genom sin egen gravitation men som inte har rensat sin omgivning från planetesimaler och inte är en satellit. Genom denna definition har solsystemet fem kända dvärgplaneter: Ceres, Pluto, Haumea, Makemake och Eris. Andra objekt som kan komma att klassificeras som dvärgplaneter är Sedna, Orcus, och Quaoar. Dvärgplaneter med omloppsbanor utanför Neptunus brukar kallas för "plutoider". Övriga objekt i omloppsbana kallas småplaneter eller kometer.

 

Inom den planetära astronomin används termerna gas, is och sten för att beteckna de olika typer av material som man hittar i solsystemet. Sten används för att beskriva material med hög smältpunkt (högre än 500 K), såsom silikater. Sådana material är dominerande i det inre solsystemet bland stenplaneterna och asteroiderna. Med gas menar man material med låg smältpunkt, till exempel atomiskt väte, helium och ädelgaser. Dessa material dominerar mellanregionen där Jupiter och Saturnus mestadels består av sådant material. Med is menar man vatten, metan, ammoniak och koldioxid som har smältpunkter på upp till några hundra kelvin. De flesta av gasjättarnas satelliter, planeterna Uranus och Neptunus samt det stora antalet mindre objekt som finns bortom Neptunus omloppsbana, består mestadels av sådant material. Med beteckningen flyktiga material menas sammantaget allt material med låg smältpunkt (mindre än några hundra Kelvin), inkluderande både gas och is, som i olika former kan hittas på ett flertal ställen i solsystemet.

Solen är stjärnan i solsystemet och det är runt den som de övriga delarna i solsystemet kretsar. Dess stora massa på 332 830 jordmassor ger den i dess innandöme en densitet som är hög nog för att upprätthålla fusion. Fusionen avger enorma mängder energi till rymden genom elektromagnetisk strålning, såsom synligt ljus.

Solen klassificeras som en måttligt stor gul dvärg. Trots det är den relativt stor och ljusstark, och större än 85 procent av övriga stjärnor i Vintergatan.

Genom klassificering i det så kallade Hertzsprung–Russell-diagrammet, en graf som prickar ut ljusstyrkan hos stjärnor gentemot deras yttemperatur, framgår det att solen ligger precis i mitten av den så kallade huvudserien. Stjärnor som är varmare och ljusstarkare är ovanliga medan kyligare och ljussvagare är vanliga.

På grund av att solen befinner sig i mitten av den så kallade huvudserien tros den befinna sig i sin krafts dagar för en stjärna då den ännu inte har gjort slut på sitt förråd av väte som används vid fusionen. Solen lyser numera starkare än tidigare i sin historia – ursprungligen lyste den med cirka 70 procent av dagens ljusstyrka.

Solen är en population I-stjärna och bildades under de senare delarna av universums tillväxt. Den innehåller därför fler beståndsdelar som är tyngre än väte och helium ("metaller" i astronomiskt språkbruk) än äldre population II stjärnor.

De beståndsdelar som är tyngre än väte och helium bildades i kärnorna i uråldriga exploderade stjärnor, så det var en förutsättning att första generationens stjärnor dog för att universum skulle berikas med dessa atomer. De äldsta stjärnorna innehåller endast små mängder metaller, medan nyare stjärnor har betydligt större mängder. En hög metallicitet tros ha varit avgörande för att Solen har utvecklat ett planetsystem, eftersom planeter formas genom ackretion av metaller.

Interplanetära mediet

Tillsammans med ljus strålar från solen även ut en kontinuerlig ström av laddade partiklar (plasma, mest elektroner och protoner) som kallas solvinden. Denna ström av partiklar sprids i en hastighet av cirka 1,5 miljoner kilometer per timme, och skapar en tunn stjärnatmosfär (heliosfären) vilken omfattar hela solsystemet i vilket solvinden flödar ostört ut till åtminstone 100 AU (se heliopausen). Detta är känt som det interplanetära mediet. Geomagnetiska stormar på solens yta, till exempel solfacklor och koronamassutkastningar, stör heliosfären och skapar rymdväder.

Den största strukturen inom heliosfären är det spiralformade interplanetära strömskiktet som bildas när solens roterande magnetfält interagerar med det interplanetära mediet.

 

Jordens magnetfält förhindrar dess atmosfär från att försvinna på grund av solvinden. Venus och Mars har inget magnetfält och solvinden får deras atmosfär att successivt försvinna ut i rymden. Då de laddade partiklarna, som skickats ut från solen (den så kallade solvinden), fångas in av jordens magnetfält accelererar de. Då partiklarna i solvinden kolliderar med partiklar i jordens atmosfär bildas polarsken. Eftersom sådan acceleration endast sker i vissa områden i magnetosfären uppträder polarskenet huvudsakligen i ringformade områden runt jordens två magnetiska poler.

Kosmisk strålning har sitt ursprung utanför solsystemet. Heliosfären skyddar delvis solsystemet, och planeternas magnetfält (för de som har dem) ger också ett visst skydd. Mängden kosmisk strålning och styrkan på solens magnetfält varierar på mycket långa tidsskalor varför även mängden kosmisk strålning inom solsystemet varierar, men med hur mycket är okänt.

I det interplanetära mediet finns åtminstone två skiv-formade områden med kosmiskt stoft. Den första, det interplanetära stoftmolnet, ligger i den inre delen av solsystemet och orsakar zodiakalljus på stjärnhimlen på grund av att solens strålar reflekteras av stoftet. Stoftmolnet bildades troligtvis genom kollisioner i asteroidbältet sedan deras banor störts av de närliggande planeterna.

Det andra området med stoft sträcker sig från omkring 10 AU ut till omkring 40 AU och bildades sannolikt av liknande kollisioner inom Kuiperbältet.

 

Det inre solsystemet är den traditionella benämningen på den region som innehåller stenplaneterna och asteroiderna. Objekten i det inre solsystemet ligger mycket nära solen och består främst av silikater och metaller. Regionens radie är mindre än avståndet mellan Jupiter och Saturnus.

De inre planeterna

De fyra inre planeterna, även kallade stenplaneterna, har hög densitet med en sammansättning som domineras av stenartade material, få eller inga månar, och inga ringsystem. De består till största delen av mineraler med en hög smältpunkt, till exempel silikater som dominerar i planeternas skorpor och mantlar, och metaller som järn och nickel, vilka främst ansamlas i deras kärnor. Tre av fyra inre planeter har en betydande atmosfär och samtliga har en rik och varierande geologi med flera framträdande företeelser som nedslagskratrar och vulkaner.

Merkurius

Venus

Jorden (Tellus)

Månen

Mars

Asteroidbältet

 

Asteroider är mestadels mindre kroppar som består av icke-flyktiga material såsom sten och metall.

Medlemmarna av asteroidbältet ligger i omloppsbanor mellan Mars och Jupiter, från 2,3 till 3,3 AU från solen. Dessa tros vara rester från den tid när solsystemet bildades. Påverkan från Jupiters gravitation har gjort att materialet i bältet aldrig har kunnat samlas för att växa till en vanlig planet.

Asteroider kan vara från hundratals kilometer i diameter till att ha mikroskopisk storlek. Alla asteroider är klassificerade som småplaneter, men bara Ceres har samtidigt status som dvärgplanet. Vesta och Hygieia kan dock bli klassificerade som dvärgplaneter om man kan visa att de har uppnått hydrostatisk jämvikt, det vill säga att deras form (nästan sfärisk) är ett resultat av småplanetens egen gravitation.

Asteroidbältet innehåller troligen miljontals objekt med en storlek på över en kilometer i diameter. Trots det så är den totala massan sannolikt bara en bråkdel av jordens. Bältet är trots det stora antalet objekt ganska glest. Rymdsonder passerar genom det rutinmässigt utan att några incidenter har skett. Kroppar med en storlek på mellan 10⁻⁴ till 10 meter brukar betecknas som meteoroider.

 

Ceres

Grupper och familjer av asteroider

Asteroider brukar delas in efter sina banelement eller efter sitt ursprung. De jordnära asteroiderna brukar man dela in i fyra grupper: Atira-asteroiderna som har hela sin omloppsbana innanför jordens. Aten-asteroiderna och Apollo-asteroider som korsar jordens omloppsbana. De förstnämnda har sitt medelavstånd innanför jordens omloppsbana medan de senare har sitt medelavstånd utanför. Amor-asteroiderna har hela sin omloppsbana utanför jordens, men deras perihelium finns strax utanför. Objekt vars omloppsbana tar dem närmare jorden än 0,05 AU brukar betecknas potentiellt farliga objekt (PHA).

I asteroidbältet brukar man ofta dela in asteroiderna i asteroidfamiljer. Medlemmarna i dessa familjer antas ha ett gemensamt ursprung i en kollision längre tillbaka i asteroidbältets historia, varför man ofta finner att de har vissa likheter i sin kemiska/geologiska sammansättning. Även i asteroidbältet delar man dock upp vissa grupper av kroppar efter deras banelement. Ett typexempel på en sådan grupp är Hilda-asteroiderna som befinner sig i en 2:3 banresonans med Jupiter. Det betyder att de gör tre varv runt solen på samma tid som Jupiter gör två. Det finns flera sådana grupper. Medan Hilda-gruppen har stabila omloppsbanor som en konsekvens av banresonansen så störs till exempel Griqua-asteroiderna så att de riskerar att kastas ur sina omloppsbanor. I asteroidbältet finns även de nyupptäckta asteroidbältskometerna som har befunnit sig på ungefär samma plats i runt 4 miljarder år men som ändå visar upp en för kometer typisk koma och svans. Det finns misstankar om att dessa kometer är ursprunget till det vatten som i dag finns på jorden.

De trojanska asteroiderna befinner sig i planeternas lagrangepunkter, 60° före och efter planeterna i samma omloppsbana. De första trojanerna hittade man i Jupiters omloppsbana men man har även hittat fyra trojanska asteroider i två av Mars lagrangepunkter och sex stycken i en av Neptunus. Man beräknar att Neptunus kanske har tusentals trojanska asteroider som ännu inte är upptäckta. Teoretiskt kan det finnas trojanska asteroider till alla planeter, men man beräknar att en trojansk asteroid till Uranus och Saturnus inte skulle kunna upprätthålla en stabil omloppsbana över längre tidsperioder.

Den yttre regionen i solsystemet är hemvist för gasjättarna och deras satelliter som ibland är lika stora som de mindre planeterna. Många kortperiodiska kometer och centaurerna har sina omloppsbanor här. De fasta objekten här består ofta av en större andel flyktigt material (såsom vatten, ammoniak, metan) än vad de steniga medlemmarna i det inre av solsystemet gör.

De yttre planeterna

 

De fyra yttre planeterna, eller gasjättarna, utgör 99 procent av all den massa som finns i omloppsbana runt solen. Jupiter och Saturnus består till största delen av väte och helium medan Uranus och Neptunus har större andel is. Det har föreslagits att de två sistnämnda tillhör en egen kategori, "isjättar", men detta är en ännu inte allmänt accepterad definition. Alla fyra har ringar, men det är bara Saturnus ringar som är lätta att observera från jorden.

Jupiter

Saturnus

Uranus

Neptunus

Kometer

 

Kometer är mindre kroppar i solsystemet, vanligtvis bara några kilometer i diameter. De består till stor del av flyktig is. De har ofta kraftigt excentriska omloppsbanor med ett perihelium bland de inre planeterna och ett aphelium utanför Pluto. När kometen når det inre av solsystemet så gör närheten till solen att den isiga ytan sublimeras och joniseras vilket ger upphov till en koma och en lång svans som ofta är synlig för blotta ögat.

Kortperiodiska kometer som har omloppstider på mindre än 200 år tros ha sitt ursprung i Kuiperbältet. Långperiodiska kometer som har omloppstider på tusentals år, till exempel Hale–Bopp, tros ha sitt ursprung i Oorts kometmoln. Många grupper av kometer såsom Kreutz-gruppen har bildats genom att ett större objekt har brutits sönder. Vissa kometer med hyperbolisk, icke-periodisk, omloppsbana kan ha sitt ursprung utanför solsystemet, men det är svårt att bestämma deras exakta omloppsbana. Äldre kometer som har förlorat det mesta av sitt flyktiga material, på grund av att solen värmt upp dem, blir ofta kategoriserade som asteroider.

Centaurer

Centaurerna är isiga, kometliknande kroppar med en medelavstånd som är större än Jupiters (5,5  AU) och mindre än Neptunus (30 AU). Den största kända centauren, 10199 Chariklo, har en diameter på omkring 250 km. Den första centauren som upptäcktes, 2060 Chiron, har även klassificerats som en komet (95P/Chiron) eftersom den visar upp en koma på samma sätt som kometer gör då de närmar sig solen. Deras omloppsbanor tar dem ofta nära de stora planeterna vilket på längre sikt gör att deras omloppsbanor blir instabila och de faller in närmare solen eller kastas ut ur solsystemet.

Damokloider

Damokloider är en kategori av asteroider som har omloppsbanor som liknar de som Halleys komet eller andra långperiodiska kometer har. Deras omloppsbanor lutar kraftigt eller är retrograda och är kraftigt excentriska. De betraktas därför oftast som gamla kometer där allt flyktigt material som ger en koma och svans har dunstat bort. Damokloider är några av de mörkast objekten i solsystemet. 5335 Damocles var den först upptäckta damokloiden.

Området bortom Neptunus, det så kallade "transneptunska området", är fortfarande i praktiken outforskat. Det verkar mestadels bestå av småplaneter som är sammansatta av sten och is. Det största kända objektet har en diameter som är en femtedel av jordens och en massa som är mindre än månens. Området kallas ibland för det "yttre solsystemet", medan andra med samma benämning menar området utanför asteroidbältet.

 

Kuiperbältet

Kupierbältet, områdets första del, består av en ring av fragment liknande asteroidbältet. En skillnad är dock att objekten här till stor del består av is. Det sträcker sig från 30 till 50 AU från solen. De flesta objekten är små, men flera såsom Quaoar, Varuna, och Orcus är stora nog att kunna klassificeras som dvärgplaneter. Det tros finnas över 100 000 objekt som är större än 50 km, men de har sammantaget inte en massa som överstiger en tiondel av jordens. Många objekt har en eller flera månar.

Ofta delas objekten i Kuiperbältet in i två delar: Cubewanos och Banresonanta objekt.

Banresonanta objekt

I Kuiperbältet kännetecknas de banresonanta objekten av sin gravitationella koppling till Neptunus. Ett objekt i 3:2-banresonans gör två varv runt solen samtidigt som Neptunus gör tre. Flera av dessa objekt korsar Neptunus omloppsbana, men störs aldrig av den stora planeten eftersom de alltid befinner i perihelium när Neptunus är långt borta. Ett typiskt exempel är Pluto.

Cubewanos

Cubewanos har fått sitt namn efter det första upptäckta objektet 15760 Albion (1992 QB1). (que-bee-one på engelska) Denna grupp brukar ibland även kallas de klassiska kuiperbältsobjekten. De befinner sig mellan 39,5-48 AU från solen och är inte i någon banresonans med Neptunus. Oftast har deras omloppsbanor låg excentricitet och banlutning. Det finns dock objekt med kraftigare banlutning. Ett typiskt objekt är dvärgplaneten Makemake.

Pluto och Charon

Pluto (39 AU medel), är en dvärgplanet i Kuiperbältet. När den upptäcktes 1930 betraktades den som den nionde planeten, vilket man fortsatte göra ända fram till 2006 när man beslutade om en ny definition av planetbegreppet, bland annat beroende på upptäckten av Eris, en dvärgplanet i Kuiperbältet som verkade vara större än Pluto, vilket ledde till en vetenskaplig debatt som reviderade definitionen av en planet. Plutos omloppsbana är något excentrisk och lutar 17° mot ekliptikan. Vid perihelium befinner sig Pluto innanför Neptunus omloppsbana.

 

Pluto har fem kända månar: Charon, Nix, Hydra, Kerberos och Styx. Charon är så stor relativt Pluto att systemets masscentrum befinner sig vid en position mellan kropparna. Detta gör att de kan betraktas som ett binärt system. De sex olika kropparna roterar egentligen runt sitt gemensamma masscentrum mellan objekten i stället för runt Pluto. Pluto och dess månar befinner sig i 3:2 banresonans med Neptunus och har gett namn åt gruppen plutinos som alla befinner sig i samma typ av omloppsbana.

Haumea

Makemake

Scattered disc

Scattered disc (Spridd skiva) överlappar Kuiperbältet men sträcker sig mycket längre utåt. Detta område tros vara ursprunget till de kortperiodiska kometerna. Objekten man finner här, benämnda Scattered disc objects (SDO), tros ha placerats i sina udda omloppsbanor i samband med att Uranus och Neptunus började vandra utåt i solsystemet vid den tid då solsystemet formades. Deras perihelium finns i det inre av Kuiperbältet och deras aphelium finns ibland så långt ut som 150 AU från solen. Excentriciteten hos objekten är ofta hög och banlutningen ibland vinkelrät mot ekliptikan. Vissa astronomer betraktar centaurer och objekt i scattered disc som en del av samma grupp på varsin sida om Neptunus.

 

Eris

Extended Scattered disc

Utanför scattered disc finns det ytterligare en grupp av objekt, Extended scattered disc (E-SDO), som har ett perihelium från 40 AU och utåt. Dessa antas inte ha kunnat få sina omloppsbanor som en konsekvens av Neptunus utåtvandring vid solsystemets bildande. I stället finns det teorier om att dessa har placerats här i samband med att någon stjärna har passerat genom solsystemets utkanter.

Sedna

 

Var solsystemet slutar och den interstellära rymden börjar är vagt definierat, detta eftersom de yttre gränserna bildas av två olika företeelser, nämligen solvinden och solens gravitation. Den yttre gränsen för solvindens påverkan på omgivningen ligger ungefär fyra gånger längre ut än Plutos avstånd till solen. Denna heliopaus anses vara gränsen där det interstellära mediet börjar. Samtidigt anses solens Hillsfär, det område där solens gravitation dominerar över andra massor, fortsätta närmare 1 000 gånger längre ut.

Heliopausen

Heliosfären är uppdelad i två separata regioner. Solvinden färdas med cirka 400 km/s fram till att den kolliderar med plasmaflöden i det interstellära mediet. Kollisionerna sker vid terminationschocken vilken är belägen ungefär 80-100 AU från solen motvinds och cirka 200 AU medvinds. Här saktas solvinden ner dramatiskt, kondenseras och blir mer turbulent. Den bildar en stor oval form kallad helioskiktet som ser ut och uppför sig ungefär som en kometsvans och sträcker sig ut ungefär 40 AU motvinds men flera gånger detta i den motsatta riktningen. De båda rymdsonderna Voyager 1 och Voyager 2 har nu passerat terminationschocken och är på väg in i helioskiktet, ungefär 94 respektive 84 AU från solen. Den yttre gränsen av heliosfären, heliopausen, är den punkt där solvinden till sist helt avtar och där den interstellära rymden börjar.

Bortom heliopausen, ungefär 230 AU från solen, finns bogchocken, vilket är ett sorts "plasmakölvatten" som lämnas av solen när den rör sig genom Vintergatan, inte helt olikt en båt som rör sig genom vattnet. Inga rymdfarkoster har ännu passerat bortom heliopausen så det finns inga direkta mätningar därifrån. NASA:s Voyagersonder förväntas passera heliopausen någon gång det kommande årtiondet och sända tillbaka värdefulla data om strålningsnivåer och solvinden till jorden. Hur väl heliosfären skyddar solsystemet från kosmisk strålning är så här långt en obesvarad fråga.

Oorts kometmoln

 

Oorts kometmoln är en stor hypotetisk massa längst ut i solsystemet som tros kunna bestå av upp till en biljon (10¹²) isiga objekt och anses vara källan till alla långperiodiska kometer. Det ska vara beläget ungefär 50 000 AU från solen (ungefär 1 ljusår), möjligen så långt ut som 100 000 AU (1,9 ljusår). Oorts kometmoln anses bestå av objekt som kastades ut från det inre solsystemet av gravitationell påverkan från de yttre planeterna. Objekten i molnet rör sig mycket långsamt och kan störas (perturberas) av sällsynta händelser som kollisioner mellan objekten, gravitationell påverkan från passerande stjärnor eller från hela galaxen, så kallade galaktiska tidvatteneffekter. Sådana händelser kan orsaka att ett större antal kometer samtidigt börjar röra sig in mot de centrala delarna av solsystemet.

Gränser

Mycket av solsystemet är fortfarande inte kartlagt och vad som finns i vissa regioner är i stort sett okänt. Solens gravitationella fält har uppskattats dominera omgivningen ut till omkring 2 ljusår (125 000 AU). Lägre uppskattningar för radien av Oorts kometmoln pekar på att denna inte ligger längre ut än 50 000 AU. Trots upptäckter som Sedna är regionen mellan Kuiperbältet och Oorts kometmoln, ett område på flera tiotusental AU i radie, i praktiken nästan helt okänt. Det pågår också studier av regionen mellan Merkurius och Solen som även den misstänks kunna innehålla okända kroppar, där kan det dock bara vara fråga om mindre objekt.

 

Solsystemet befinner sig i galaxen Vintergatan, en stavspiralgalax som med en diameter på ungefär 100 000 ljusår innehåller cirka 200 miljarder stjärnor. Vår sol befinner sig i en av vintergatans yttre spiralarmar som kallas för Orionarmen eller lokala armen. Vi befinner oss mellan 25 000 och 28 000 ljusår från galaxens centrum och rör oss med en hastighet av ungefär 220 kilometer per sekund, vilket innebär att det tar 225-250 miljoner år för ett varv runt galaxen. Denna rotationstid kallas för solsystemets galaktiska år. Solapex, riktningen av solens rörelse genom den interstellära rymden, är ungefär mot stjärnbilden Herkules och stjärnan Vegas nuvarande position.

Solsystemets position i galaxen har mycket sannolikt haft en avgörande påverkan på livets utveckling på jorden. Omloppsbanan är nästan cirkulär och har ungefär samma hastighet som spiralarmarna vilket innebär att vi passerar dem endast mycket sällan. Eftersom tätheten av potentiellt farliga supernovor är betydligt större i spiralarmarna har detta givit jorden långa perioder av interstellär stabilitet för livet att utvecklas. Solsystemet befinner sig också på säkert avstånd från de kaotiska regionerna i galaxens mitt där närliggande stjärnor ständigt skulle skicka in kometer från Oorts moln mot de inre delarna av solsystemet, och i värsta fall kanske rycka planeterna från dess banor. Den intensiva strålningen i denna region skulle också kunna inverka negativt på utvecklingen av komplext liv. Till och med i solsystemets nuvarande position har man spekulerat att nyliga supernovor kan ha påverkat livet negativt under de senaste 35 000 åren genom att slunga utkastade delar av stjärnor mot solen i form av radioaktivt stoft och större, kometliknande, kroppar.

 

Den närmaste omgivningen

Solsystemets närmaste galaktiska omgivning kallas för det Lokala interstellära molnet, ett område med förhållandevis hög täthet av gaspartiklar i den annars ganska tomma regionen som benämns som Lokala bubblan. Den lokala bubblan är ett timglasformat tomrum i det interstellära mediet med en diameter på ungefär 300 ljusår. Bubblan innehåller högtemperaturplasma som antyder att den kan vara resultatet av flera sentida supernovor.

Det finns relativt få stjärnor inom 10 ljusår (95 biljoner km) från solen. Den närmaste är trippelstjärnan Alfa Centauri som befinner sig ungefär 4,4 ljusår bort. Alfa Centauri A och B är ett tätt bundet par av sol-liknande stjärnor, medan en liten röd dvärg, Alfa Centauri C, (även känd som Proxima Centauri) rör sig i en bana runt de övriga två på ett avstånd av omkring 0,2 ljusår. De därefter närmaste stjärnorna är de röda dvärgarna Barnards stjärna (5,9 ljusår), Wolf 359 (7,8 ljusår) och Lalande 21185 (8,3 ljusår). Den största stjärnan inom 10 ljusår är Sirius (8,6 ljusår), en ljus huvudseriestjärna som har ungefär dubbelt så stor massa som solen. I en bana runt Sirius finns en vit dvärg kallad Sirius B. De återstående stjärnorna inom 10 ljusår är dubbelstjärnan Luyten 726-8 (8,7 ljusår) och den ensamma röda dvärgen Ross 154 (9,7 ljusår).

Den närmaste ensamma sol-liknande stjärnan är Tau Ceti, vilken ligger ungefär 11,9 ljusår bort. Den har ungefär 80 procent av solens massa men lyser med endast 60 procent av luminositeten. Den närmaste kända exoplaneten befinner sig runt stjärnan Epsilon Eridani, en stjärna något ljussvagare och rödare än solen, vilken befinner sig omkring 10,5 ljusår bort. Dess enda bekräftade planet, Epsilon Eridani b, har ungefär 1,5 gånger större massa än Jupiter och rör sig ett varv runt sin moderstjärna per 6,9 år.

 

Solsystemet bildades från den gravitationella kollapsen av ett jättelikt molekylmoln för ungefär 4,6 miljarder år sedan. Detta ursprungliga moln var sannolikt flera ljusår stort och gav troligen upphov till flera stjärnor.

Den del av detta moln som skulle bli solsystemet började kollapsa och bevarande av rörelsemängdsmoment åstadkom en allt snabbare rotation. Molnets centrum, där den största delen av massan samlats blev avsevärt hetare än den omkringliggande skivan. Efterhand som den sammandragande nebulosan roterade började den plattas ut till en protoplanetär skiva med en diameter på omkring 200 AU och en het och tät protostjärna vid dess centrum. Vid denna tidpunkt i solens utveckling anses den ha varit en T Tauri-stjärna. Studier av sådana stjärnor visar att de ofta omges av skivor av protoplanetär materia med massor av ungefär 0,001-0,1 solmassor, med huvuddelen av nebolusans massa samlad i själva stjärnan. Planeterna bildades genom ackretion från denna skiva.

Inom 50 miljoner år blev trycket och tätheten av väte i protostjärnans kärna tillräckligt stort för att kärnfusion skulle påbörjas. Temperaturen, reaktionshastigheten, trycket och densiteten ökade fram till att ett tillstånd av hydrostatisk jämvikt nåddes, där det termiska trycket utåt motsvarar den gravitationella kraften som försöker dra samman stjärnan ytterligare. Vid denna tidpunkt blev solen en huvudseriestjärna.

Solsystemet kommer att bestå som det är i dag fram till att solen börjar sin utveckling från huvudserien i Hertzsprung–Russell-diagrammet. När solen förbrukar allt mer sitt förråd av väte minskar energiproduktionen som understödjer kärnan från kollaps, vilket får den att minska i storlek. Det ökade trycket värmer upp kärnan och förbränningen av väte påskyndas därmed. På grund av detta blir solen långsamt ljusare med en hastighet av ungefär 10 % per 1,1 miljarder år.

Omkring 5,4 miljarder år i framtiden kommer vätet i solens kärna nästan fullständigt ha omvandlats till helium vilket avslutar huvudseriefasen i solens utveckling. Vid denna tidpunkt kommer solens yttre lager expandera till omkring 260 gånger dess nuvarande diameter och solen blir därmed en röd jätte. På grund av den avsevärt större arean blir ytan på solen betydligt svalare än den är nu som huvudseriestjärna (omkring 2 600 K som lägst).

Efterhand kommer de yttre lagren av solen stötas bort, det som återstår av solen är en vit dvärg, ett objekt med extrem densitet där hälften av solens massa finns kvar men objektet är bara lika stort som jorden De utkastade yttre delarna av solen bildar en så kallad planetär nebulosa, vilket återför en del av materian som bildade solen till det interstellära mediet.

^* Se Jorden för absoluta värden.

• Astronomiska symboler
• Planetarium
• Geocentrisk världsbild
• Sweden Solar System
• Pioneer 10
• Pioneer 11
• Rymdkolonisering
• Voyagerprogrammet

Den här artikeln är helt eller delvis baserad på material från engelskspråkiga Wiki, Solar System, 3 maj 2009.

Noter

•   Wiki Commons har media som rör Solsystemet.
  Bilder & media
• NASA:s Solar System Exploration (engelska)
• The Nine Planets – Innehållsrik sida av Bill Arnett (engelska)
• Skalenlig modell av solsystemet (engelska)