Ačkoli planety obklopují hvězdy v galaxii, způsob jejich vzniku zůstává předmětem diskusí. Navzdory bohatství světů v naší sluneční soustavě si vědci stále nejsou jisti, jak planety vznikají. V současné době se o roli šampiona přetahují dvě teorie.

První a nejrozšířenější teorie, akrece jádra, dobře funguje při vzniku terestrických planet, jako je Země, ale má problémy s obřími planetami. Druhá, metoda diskové nestability, může vznik těchto obřích planet vysvětlit.

Vědci pokračují ve studiu planet ve sluneční soustavě i mimo ni ve snaze lépe pochopit, která z těchto metod je nejpřesnější.

Related: Jak velká je Země?

Související: Jak velká je Země? Jakou rychlostí obíhá Země kolem Slunce?

Model akrece jádra

Přibližně před 4,6 miliardami let byla sluneční soustava oblakem prachu a plynu známým jako sluneční mlhovina. Gravitace zhroutila materiál do sebe, když se začal otáčet, a vytvořila Slunce ve středu mlhoviny.

Se vznikem Slunce se zbývající materiál začal shlukovat. Malé částice se vlivem gravitační síly stahovaly k sobě a vytvářely větší částice. Sluneční vítr vymetl z bližších oblastí lehčí prvky, jako je vodík a helium, a ponechal pouze těžké, kamenné materiály, z nichž se vytvořily menší pozemské světy, jako je Země. Ve větší vzdálenosti však měl sluneční vítr na lehčí prvky menší vliv, takže se mohly spojit do plynných obrů. Tímto způsobem vznikly asteroidy, komety, planety a měsíce.

Zemské kamenné jádro se zformovalo jako první, přičemž těžké prvky se srážely a vázaly na sebe. Hustý materiál klesl do středu, zatímco lehčí materiál vytvořil kůru. V této době pravděpodobně vzniklo i magnetické pole planety. Gravitace zachytila část plynů, které tvořily ranou atmosféru planety.

Na počátku vývoje Země došlo k nárazu velkého tělesa, které katapultovalo kusy pláště mladé planety do vesmíru. Gravitace způsobila, že se mnohé z těchto kusů přitáhly k sobě a vytvořily Měsíc, který zaujal oběžnou dráhu kolem svého stvořitele.

Proudění pláště pod zemskou kůrou způsobuje deskovou tektoniku, pohyb velkých horninových desek na povrchu Země. Srážky a tření daly vzniknout pohořím a sopkám, které začaly chrlit plyny do atmosféry.

Ačkoli je dnes populace komet a asteroidů prolétajících vnitřní sluneční soustavou řídká, v době mládí planet a Slunce byly hojnější. Srážky těchto ledových těles pravděpodobně uložily na povrchu Země velkou část vody. Protože se planeta nachází ve Zlaté zóně, tedy v oblasti, kde kapalná voda nezamrzá ani se nevypařuje, ale může zůstat v kapalném stavu, zůstala voda na povrchu, což podle mnoha vědců hraje klíčovou roli při vývoji života.

Pozorování exoplanet zřejmě potvrzují akreci jádra jako dominantní proces vzniku. Hvězdy s větším množstvím „kovů“ – termín, který astronomové používají pro jiné prvky než vodík a helium – ve svých jádrech mají více obřích planet než jejich příbuzní chudí na kovy. Podle NASA akrece jádra naznačuje, že malé, kamenné světy by měly být častější než masivnější plynní obři.

Objev obří planety s masivním jádrem obíhající kolem hvězdy podobné Slunci HD 149026 z roku 2005 je příkladem exoplanety, která pomohla posílit argumenty pro akreci jádra.

„Je to potvrzení teorie akrece jádra pro vznik planet a důkaz, že planety tohoto druhu by měly existovat v hojném počtu,“ řekl Greg Henry v tiskovém prohlášení. Henry, astronom ze Státní univerzity v Tennessee v Nashvillu, detekoval ztemnění hvězdy.

V roce 2017 plánuje Evropská kosmická agentura vypustit družici CHaracterising ExOPlanet Satellite (CHEOPS), která bude zkoumat exoplanety od velikosti super-Země až po Neptun. Studium těchto vzdálených světů může pomoci určit, jak se zformovaly planety ve Sluneční soustavě.

„Podle scénáře akrece jádra musí jádro planety dosáhnout kritické hmotnosti, než je schopno akrece plynu v běhu,“ uvedl tým CHEOPS.

„Tato kritická hmotnost závisí na mnoha fyzikálních proměnných, z nichž mezi nejdůležitější patří rychlost akrece planetesimál.“

Studiem toho, jak rostoucí planety akreují materiál, poskytne projekt CHEOPS vhled do toho, jak světy rostou.

Model diskové nestability

Ačkoli model akrece jádra funguje dobře pro terestrické planety, plynní obři by se museli rychle vyvíjet, aby zachytili značnou hmotnost lehčích plynů, které obsahují. Simulace však tento rychlý vznik nedokázaly zohlednit. Podle modelů tento proces trvá několik milionů let, tedy déle, než byly lehké plyny k dispozici v rané sluneční soustavě. Zároveň model akrece jádra naráží na problém migrace, protože malé planety se pravděpodobně v krátkém čase spirálovitě stočí do Slunce.

Podle relativně nové teorie diskové nestability dochází na počátku života sluneční soustavy ke spojování chuchvalců prachu a plynu. Postupem času se tyto shluky pomalu zhutňují do obří planety. Tyto planety mohou vznikat rychleji než jejich soupeři akrecí do jádra, někdy i za pouhých tisíc let, což jim umožňuje zachytit rychle mizející lehčí plyny. Rychle také dosahují hmotnosti stabilizující oběžnou dráhu, která jim brání ve smrtícím pochodu do Slunce.

Podle exoplanetárního astronoma Paula Wilsona, pokud nestabilita disku dominuje při vzniku planet, měla by produkovat velké množství světů velkých řádů. Čtyři obří planety obíhající ve značných vzdálenostech kolem hvězdy HD 9799 poskytují pozorovací důkaz diskové nestability. Fomalhaut b, exoplaneta s oběžnou dobou 2 000 let kolem své hvězdy, by také mohla být příkladem světa vzniklého nestabilitou disku, ačkoli planeta mohla být také vyvržena v důsledku interakcí se svými sousedy.

Akrece jádra

Největší výzvou pro akreci jádra je čas – vybudování masivních plynných obrů dostatečně rychle na to, aby se zachytily lehčí složky jejich atmosféry. Nejnovější výzkum o tom, jak se menší objekty o velikosti oblázku spojily a vytvořily obří planety, je až 1000krát rychlejší než dřívější studie.

„Toto je první model, o kterém víme, že začínáte s poměrně jednoduchou strukturou sluneční mlhoviny, ze které se tvoří planety, a končíte systémem obřích planet, který vidíme,“ řekl v roce 2015 pro Space.com hlavní autor studie Harold Levison, astronom ze Southwest Research Institute (SwRI) v Coloradu.

V roce 2012 navrhli vědci Michiel Lambrechts a Anders Johansen z Lundské univerzity ve Švédsku, že drobné kamínky, které byly jednou odepsány, jsou klíčem k rychlé výstavbě obřích planet.

„Ukázali, že zbytky kamínků z tohoto procesu vzniku, které byly dříve považovány za nedůležité, by ve skutečnosti mohly být obrovským řešením problému vzniku planet,“ řekl Levison.

Levison a jeho tým navázali na tento výzkum a přesněji modelovali, jak by drobné kamínky mohly tvořit planety, které dnes vidíme v galaxii. Zatímco podle předchozích simulací velké i středně velké objekty pohlcovaly své příbuzné velikosti oblázků relativně konstantní rychlostí, Levisonovy simulace naznačují, že větší objekty se chovaly spíše jako tyrani, kteří odtrhávali oblázky od středně velkých hmot a rostli mnohem rychleji.

„Větší objekty nyní mají tendenci rozptylovat ty menší více, než je menší rozptylují zpět, takže ty menší se nakonec rozptýlí mimo oblázkový disk,“ řekla serveru Space.com spoluautorka studie Katherine Kretke, rovněž ze SwRI. „Ten větší v podstatě šikanuje toho menšího, takže může sám sníst všechny oblázky a ty mohou dále růst a tvořit jádra obřích planet.“

Pokud budou vědci pokračovat ve studiu planet uvnitř sluneční soustavy i kolem jiných hvězd, lépe pochopí, jak se Země a její sourozenci zformovali.

Sledujte Nolu Taylor Redd na Twitteru @NolaTRedd, Facebooku nebo Google+. Sledujte nás na @Spacedotcom, Facebooku nebo Google+.