Formiranje planetarnih sustava: razotkrivanje naturalističkog pripovijedanja

po John G. Hartnett
preveo Mladen Cirjak

Objavljeno: 14. travanj, 2016 (GMT+10)

iStockphoto

Pokušaji da se objasni na koji način zvijezde nastaju naturalistički naišli su na značajne izazove jer znani zakoni fizike ukazuju da to nije moguće.¹ Postoji malena vjerojatnost za formiranje zvijezda pomoću mehanizma obližnje supernove, ali općenito se poziva na tamnu tvar kao na ‘nepoznatog boga’, ‘boga praznina’ kako bi stvar funkcionirala, jer su takvi događaji ekstremno malo vjerojatni.² Bez tog ‘nepoznatog boga’ u njihovom ne stvorenom svemiru, formiranje zvijezde u središtu planetarne nebule nije moguće. Također slijedi da nastajanje planeta ima sličan problem. Na koji način planeti nastaju u oblaku plina i prašine, koji prema poznatim zakonima fizike ne mogu kondenzirati zvijezdu u svom središtu?

Još važnije, na koji način se dobiju solarni sustavi s planetima u zonama u kojima je život moguć? Zračenje novonastalih zvijezda bi, foto-evaporacijom i solarnim vjetrom, uklonilo višak plina i prašine sa putanja planeta, čineći formiranje planeta malo vjerojatnim. Planeti navodno nastaju pomoću modela akrecije jezgre koji rezultira (u nekim slučajevima) planetom pogodnim za život u zoni pogodnoj za život, na pravoj udaljenosti od roditeljske zvijezde gdje voda može postojati u tekućem stanju.³ Zatim se pretpostavlja da voda kondenzira na površini tog novog planeta – ali kojim mehanizmom? U konačnici ovo je pitanje o životu na drugim mjestima u svemiru. No ja se ne slažem.

Nusproizvod formiranja zvijezda

Standardna dogma astrofizike jest da planeti nastaju oko zvijezda kao prirodan nusproizvod procesa formiranja zvijezda.⁴ No, postoji nekoliko problema.

Da bi početni molekularni oblak kolabirao i vremenom stvorio zvijezdu, oblak mora eliminirati sva magnetska polja (uslijed ne sparenih naboja) koja se opiru kolapsu. Navodni proces koji uklanja tlak unutar molekularnih oblaka induciran magnetskim poljem, podrazumjeva da ioni nosioci magnetnih polja polagano difuziraju iz oblaka, odnoseći magnetska polja sa sobom.⁴

CREDIT: Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF

Ali na ta ista magnetna polja se poziva za premještanje kutnog momenta dalje od novo formirane zvijezde, u središtu oblaka, van u predio diska solarne nebule, kako bi se nadvladao još jedan neriješeni problem. To je problem kutnog momenta, gdje bi navodna centralna zvijezda trebala sadržavati 99% kutnog momenta kolabirajućeg oblaka, no u stvarnim solarnim sustavima poput našeg, 99% kutnog momenta sadržano je u planetima, dakle u disku materijala oko središnje zvijezde. Njihov naturalistički prijedlog rješenja ovog problema je eto-tako pripovijedanje. Vidi ispod.

Onda je tu i problem ograničenja Jeans-ove mase. Jeans-ove masa¹ je donja granica mase oblaka, određene temperature i gustoće, koja dovodi do gravitacijskog kolapsa, protiv samog termodinamičkog tlaka (tendencije vrućih plinova da se šire, a ne skupljaju) – to jest, ako samo u obzir uzmemo temperaturu oblaka, koja je posljedica tlaka oblaka uslijed svoje gravitacije. Ta dva parametra, temperatura i gustoća, prirodno postižu stanje ravnoteže u onome što se naziva virijalizirani oblak,⁵ kada gravitacijska energija uravnotežuje unutarnju kinetičku energiju, a oblak je gravitacijski stabilan.

Citiram ovdje neke bilješke iz predavanja iz stelarne evolucije (dostupno online):

“Ti oblaci plina su u stanju ravnoteže tako da sami po sebi nisu skloni spontanom kolapsu kako bi formirali zvijezde. Unutarnji tlak plina i vlastita gravitacija su uravnotežene i održavaju ih kao stabilne oblake. Ali naravno, ti oblaci moraju postati zvijezde, pa ih nešto mora pogurati preko granice gdje će vlastita gravitacija nadvladati tlak plina.”⁶ (naglasak dodan)

Tolika je vjera evolucijskih astrofizičara! Bez Stvoritelja, oni moraju živjeti u nadi da mogu pronaći rješenje naizgled nerješivog problema. Ranije sam raspravljao o tome što se koristi za nadvladavanje ovoga pri formiranju zvijezda,¹ ali što je sa formiranjem planeta?

Astronomska promatranja oblaka molekularnog vodika, za koje se kaže da će vremenom kolabirati u zvijezde, smatraju te oblake dovoljno gustima da pređu granicu nametnutu Jeans-ovim kriterijem mase, ali to ne objašnjava kako su se ti oblaci našli u takvom stanju. Možda su oblaci komprimirani preko Jeans-ove granice udarnim valovima koje je generirala obližnja supernova? Ali jezgre oblaka s opaženim dovoljno visokim gustoćama da mogu kolabirati izravno kako bi stvorile mase Jupitera, tj. objekte veličine planeta, nisu opažene.⁴

Da bi se prešla granica nametnuta kriterijem Jeans-ove mase (dakle poznatim zakonima fizike), zaobilazno rješenje jest da se “pretpostavi da je Jeans-ov kriterij zadovoljen i da je oblak nestabilan spram gravitacijskog kolapsa”.⁴

Alternativno, oni se pozivaju na tamnu tvar, koja prikladno ima anomalna svojstva, takva da ne podliježe normalnoj termodinamici, te na taj način pruža gravitacijsku silu, koja nastoji kolabirati oblak, ali ne i termalnu energiju da održi oblak protiv gravitacijskog kolapsa.¹ Na taj način je termalna granica nadvladana i oblak se zgušnjava. Proces se nastavlja tako što se unutar oblaka različiti dijelovi fragmentiraju, zadovoljavajući Jeans-ov kriterij, te rezultiraju time da različiti dijelovi kolabiraju individualno, formirajući više manjih objekata unutar većeg početnog oblaka. Taj se proces naziva fragmentacija.

Kako ta manja područja gravitacijski kolabiraju, prema teoriji, ona trebaju zračiti, u infracrvenim valnim duljinama, višak energije iz njihovih jezgri, održavajući ih tako hladnima. Normalno bi očekivali da komprimiranje plina uzrokuje zagrijavanje, kao što se to događa u kompresoru frižidera. No, pretpostavlja se da se to hlađenje nastavlja sve dotle dok se više ne može održati. Do tog trenutka, gravitacijska sila je toliko snažna da termalna potpora uslijed povećanog tlaka više ne može spriječiti kolaps. Jednom kada temperatura dovoljno poraste, molekularni vodik disocira u atome i ‘proto-zvijezda je rođena’. Barem je to ono što kaže teorija.

Modeli formiranja planeta

Postoje dva konkurentna naturalistička modela nastajanja planeta:³ jedan ‘top-down’ pristup, a drugi ‘bottom-up’ pristup.

‘Top-down’ model koristi gravitacijsku nestabilnost sličnu ideji korištenoj u formiranju zvijezda, gdje, prema teoriji, planeti nastaju u akrecijskim diskovima. To se navodno dešava zbog viših gustoća materijala u nekim dijelovima diska gdje se kolaps zbog gravitacije odvija sam. Jednom kada se dogodi kolaps, proto-planet privlači još više materijala na planet u nastajanju. Ali ta ideja ima svoje probleme.

“ … čini se da životni vijek solarne nebule ne bi bio dovoljan da dozvoli da objekti poput Urana i Neptuna narastu dovoljno brzo kako bi poprimili mase koje opažamo, prije no što je nebula potrošena. Mehanizam također ne objašnjava velik broj drugih, manjih objekata koji su prisutni u našem Sunčevom sustavu i koji vjerojatno postoje u drugim planetarnim sustavima. … mehanizam gravitacijske nestabilnosti, čini se, ne objašnjava distribuciju masa ekstra-solarnih planeta, korelaciju između formiranja planetarnih sustava i metaliciteta, ili širok raspon gustoća i veličina jezgri planeta, kako u Sunčevom sustavu, tako i kod ekstra-solarnih planeta.”⁷

‘Bottom-up’ model pretpostavlja da planeti rastu kroz proces akrecije od manjih objekata. Promatranjem drugih planetarnih sustava astronomi su skloni favorizirati ovaj model, ali još nije ustanovljen niti jedan robusan model.

Scenarij tipično započinje ekspandirajućim nebulama supernova gdje širenje uzrokuje da se plinovi hlade. Od ostataka tih zvijezda, elementi poput aluminija, titanija i kalcija bivaju raspršeni svemirom. Kada ostatci supernove susretnu hladnije dijelove fragmentiranog oblaka plina, koji nije kolabirao, ostatak se može raspasti u ‘prste’, ili, manji fragmentirani oblak plina može biti sabijen udarnim valom obližnje supernove. Rezultat je obogaćenje solarne nebule elementima nastalim uslijed vrlo visokih temperatura supernove. Ti su elementi neophodni za formiranje kamenitih unutarnjih planeta solarnih sustava, poput Merkura, Venere, Zemlje i Marsa.

Model akrecije predpostavlja da se zrna ledenih plašteva sudaraju i sraštaju, a to navodno vodi ka većim i većim česticama, koje se također sudaraju i sraštaju, sve dok nisu dovoljno velike da gravitacijom djeluju na druge čestice. Tada nastaju ‘planetezimali’, koji također rastu putem sudara niske energije, i tako dalje. To je pripovijedanje, temeljeno na činjenici da planeti zaista postoje oko njihovih centralnih zvijezda.

Postoji problem vezan za gore naveden tlak zračenja nove središnje zvijezde u nastajanju koji ima tendenciju ukloniti zrna prašine iz planetarnog sustava. Ali, navodno ta ista zvijezda pomaže formiranje planeta hlađenjem materijala proto-planetarnog diska tako da planetezimali mogu kondenzirati procesom akrecije od malenih zrna prašine koji se spiralno gibaju ka unutra. Izvedene su simulacije u pokušaju da se shvati na koji način se prašina taloži iz sferične aureole s nasumičnim orbitama u spljošteni disk u ravnini ekvatora središnje zvijezde.

“Brzina slijeganja prašine je proporcionalna veličini zrnaca. Zrncu veličine 1 µ m trebalo bi oko 10⁷ godina da dospije u srednju-ravan, što je veoma sporo. Zapravo, to je pre-sporo za stvaranje planeta prije nego disk nestane. Dakle drugi procesi moraju biti u igri.”⁴ (naglasak dodan)

Laboratorijska istraživanja, primjerice, vezana za međusobno prijanjanje zrnaca prašine,⁸ i simulacije rasta zrna u svemiru,⁹ traju i pokušavaju odgonetnuti na koji način malena zrnca rastu u veća zrna, jer bez mehanizma (mehanizama) ne može biti formiranja planeta. Rast putem kolizija ima problem. Primjerice, kako se zrno povećava, povećava se i srednja brzina sudara, što bi vjerojatno zaustavilo proces rasta ili ga čak obrnulo kako se zrnca odbijaju jedna od drugih i međusobno razbijaju u manje komade. Dakle, neki drugi mehanizam mora biti pronađen.

Nadalje, simulacije pokazuju da jednom kada navodno zrno dosegne 1 metar na udaljenosti od 1 a.j.¹⁰ od proto-zvijezde, zrna će pasti na proto-zvijezdu za svega 100 godina. Ovo je poznato kao ‘metre-sized barijera’ formiranja planetezimala. Ipak, potonje se predlaže kao mehanizam koji čisti prašnjave staze (orbite) planetezimala, kao što je prikazano na slici 1.

Prema toj priči, ti problemi mogu biti nadvladani ili anomalnim porastom gustoće zbog porasta tlaka na određenoj distanci od proto-zvijezde, ili, turbulencijom unutar diska koja uzrokuje da zrna veličine milimetra sraštaju. Točno na koji način bi došlo do jednog ili drugog nije poznato. Ti se mehanizmi uvode a priori, pretpostavljajući da postoje u stvarnim sustavima:

“Dok mehanizam još uvijek nije u potpunosti shvaćen, zrna će vremenom postati kilometarski planetezimali.”⁴

Još nadobudnog pripovijedanja.

Prema ovoj priči, međusobnim kolizijama planetezimali rastu kako orbitiraju oko proto-zvijezde. Jednom kada postanu dovoljno veliki gravitacija preuzima i akrecija se odvija vrlo brzo, te rezultira začetcima planeta – proto-planetima. Tvrdi se da je vremenski okvir formiranja proto-planeta nekoliko stotina tisuća do deset milijuna godina.

Priča se nastavlja vjerovanjem da proto-planeti nastavljaju sporo rasti uslijed gravitacijskih kolizija, uklanjajući krute ostatke unutar planetarnog diska. U slučaju našeg Sunčevog sustava, proces je završio nakon 10 do 100 milijuna godina.

Očuvanje kutnog momenta

Kako rotacija nebule ubrzava da bi se očuvao kutni moment, to navodno stvara ‘proto-zvijezdu’ u središtu oblaka i spljošteni disk plina i prašine u orbiti oko nje. Vidi sliku 2. pretpostavlja se da disk nastaje brže od zvijezde i tako većina mase središnje zvijezde biva kanalizirano kroz disk. Ta ideja ima problem finog-ugađanja. Potreban joj je proces koji završava sa 99.9% ukupne mase sustava u središnjoj zvijezdi i svega 0.1% u disku, čak i ako je većina materije inicijalno bila sadržana u disku.

“Tijekom gravitacijskog kolapsa jezgre molekularnog oblaka, plin se mora skupiti po veličini uz faktor od približno 10⁶ puta kako bi nastala zvijezda. Zbog očuvanja kutnog momenta, početno rotiranje oblaka se enormno povećava, što rezultira malenom središnjom zvijezdom okruženom velikim rotirajućim diskom. U tom se disku formiraju planeti.” (Naglasak dodan)⁴

Kako oblak kolabira, zbog očuvanja kutnog momenta, oblak se mora brže rotirati. To stvara snažne centrifugalne sile, koje su najveće na ekvatoru. Teorija potom pretpostavlja da to uzrokuje da se oblak koji se skuplja rotira, proširi u ravnini ekvatora i formira disk kakav je prikazan na slici 2.

Razmotrite naše Sunce sa masom koja predstavlja 99.86% mase Sunčevog sustava i svega 1% njegovog kutnog momenta.⁷ Planeti, s druge strane, zajedno sadrže svega 0.14% mase Sunčevog sustava, a ipak 99% njegovog kutnog momenta (većinom u Jupiteru).

Većina kutnog momenta bilo kojeg solarnog sustava mora biti sadržana u središnjoj jezgri kolabirajućeg oblaka, koji vremenom postaje zvijezda, prema teoriji. Osnovna fizika nam govori da se zvijezda koja kolabira mora ‘zarotirati’, te stoga sadržavati većinu kutnog momenta sustava. Ipak, nakon nekog vremena gotovo sav kutni moment se navodno nekako prenosi na planete. To je ogroman problem za teoriju evolucije. Predloženi su različiti mehanizmi kako bi se prevladao ovaj problem, koji uključuju momente uslijed viskoziteta, gravitacije i magnetizma. No svi ti prijedlozi se zapravo hvataju za slamke.

Predloženi momenti navodno imaju efekt potiskivanja vanjske materije diska još dalje prema van, dok uzrokuju da unutarnja materija pada prema proto-zvijezdi. Željeni mehanizam je onaj koji rezultira efektom poput onoga kojim gravitacijsko privlačenje Zemlje i Mjeseca uzrokuje da perioda Mjeseca raste kako se isti udaljava od Zemlje.

Dok se termalna gibanja i konvekcija unutar nebularnog diska ne smatra opcijom, magneto-hidrodinamočka turbulencija, za koju se vjeruje da više obećava u pogledu potrebnog momenta, jest predložena. Lokalne i globalne gravitacijske nestabilnosti su također predložene, za koje se vjeruje da uzrokuju nastanak spiralnih valova gustoće unutar masivnih diskova. Za njih se tvrdi da su vrlo efikasni u redistribuciji kutnog momenta (i materije) u disku dok se ne dostigne kvazi-ravnoteža. Napokon, magnetni kočioni momenti, za koje se vjeruje da nastaju ako magnetske silnice proto-zvijezde prolaze diskom, su se razmatrali. Kao rezultat, kutni moment se prenosi prema vani, od proto-zvijezde u disk. Ali, kao što je ranije rečeno, magnetna polja su ozbiljan problem za formiranje središnje zvijezde. Zapravo, svi predloženi mehanizmi su predloženi samo zbog ranijeg opredjeljenja materijalizmu. “Opažamo egzoplanete oko zvijezda, pa mora postojati neki mehanizam.” Ali to je samo još pripovijedanja. Vidi također “Giant molecular clouds”.¹¹

Simulacije i konfirmacijska pristranost

Na koji se način te ideje mogu ispitati? Jedan je način pomoću računalnih simulacija, a drugi potraga za sustavima proto-zvijezda u različitim fazama njihovog razvoja. Ali koliko je to robusno?

Niti jedna simulacije ne počinje samo sa oblakom plina, već ili sa tamnom tvari, ili vrlo gustim oblakom plina koji već kolabira.⁹ Drugim riječima, simulacije pretpostavljaju potrebne početne faktore koji će omogućiti da simulacija proizvede kolabirajući oblak. Ako to ne učine, simulacije neće rezultirati zvijezdama ili planetima.

Potraga za zvijezdama ili proto-zvijezdama u raznim fazama njihove navodne evolucije je podložna konfirmacijskoj pristranosti – kada astronom traži ono za što već vjeruje da je istina. Umjesto toga, Bog je možda stvorio veliku raznolikost zvijezda. Njihovi solarni sustavi možda izgledaju kao ono što bi kozmički evolucionisti mogli označiti kao različite faze evolucije, kada zapravo niti jedan nije evoluirao da bi dospio u tu fazu.

Predložio sam da nam promatranje drugih sustava zvijezda može pružiti uvid u prirodu formiranja našeg solarnog sustava,¹² kada ga je Bog stvorio. Ali to također sadrži sličnu pristranost, no pristranost prema Stvoritelju, koji je stvorio druge oblike planetarnih sustava širom galaksije, od kojih neki oko sebe imaju oblake prašine.¹³

Zaključak

Opažamo li danas planetarne sustave u nastajanju?³ Smatram da je to još vrlo rano reći. No ima li naturalistički model bilo kakve čvrste osnove tvrditi razumijevanje formiranja planeta koristeći poznatu fiziku? Definitivno ne, osobito kada se mora pozivati na tamnu tvar i malo vjerojatne supernove. Iako su se astronomi izgleda dogovorili oko jednog modela – modela akrecije – on ima mnoge neriješene – čak nepremostive – probleme.

Cjelokupno tumačenje prirodnog formiranja planeta samo je pripovijedanje. Postoje mnoge faze gdje postoje velike praznine koje uključuju nepoznate procese. Praznine se pune izrazima nade u buduća otkrića, a ipak značajni problemi ostaju. Zaista, pripovijedanje je pokušaj zaobilaženja Stvoritelja i Njegove uloge, te umetanje ‘nepoznatog boga’ evolucionista.

Prema biblijskom modelu nema potrebe očekivati da Stvoritelj nije stvorio mnoge različite oblike planetarnih sustava, koji bi se pogrešno mogli tumačiti od strane evolucionista kao različite ‘evolucijske faze’ nastajanja.¹⁴ Prihvaćam da je Bog stvorio eksrtasolarne planetarne sustave 4. dana tjedna stvaranja, prije približno 6,000 godina.

Reference i bilješke