Och även om planeter omger stjärnor i galaxen är det fortfarande omdiskuterat hur de bildas. Trots rikedomen på världar i vårt eget solsystem är forskarna fortfarande inte säkra på hur planeterna byggs upp. För närvarande är det två teorier som slåss om rollen som mästare.

Den första och mest accepterade teorin, kärnans ackretion, fungerar bra när det gäller bildandet av jordiska planeter som jorden, men har problem med jätteplaneter. Den andra, metoden med skivinstabilitet, kan förklara skapandet av dessa jätteplaneter.

Forskare fortsätter att studera planeter i och utanför solsystemet i ett försök att bättre förstå vilken av dessa metoder som är mest korrekt.

Relaterat: Hur stor är jorden?
Relaterat: Hur snabbt går jorden runt solen?

Kärnans ackretionsmodell

För cirka 4,6 miljarder år sedan var solsystemet ett moln av damm och gas som kallas solnebulosan. Gravitationen kollapsade materialet in i sig självt när det började snurra och bildade solen i nebulosans centrum.

I samband med solens uppkomst började det återstående materialet klumpa ihop sig. Små partiklar drog ihop sig, bundna av gravitationskraften, till större partiklar. Solvinden svepte bort lättare grundämnen, som väte och helium, från de närmare regionerna och lämnade bara kvar tunga, steniga material för att skapa mindre jordiska världar som jorden. Men längre bort hade solvinden mindre inverkan på de lättare elementen, vilket gjorde att de kunde sammansmälta till gasjättar. På detta sätt skapades asteroider, kometer, planeter och månar.

Jordets steniga kärna bildades först, där tunga grundämnen kolliderade och bands samman. Tätt material sjönk till centrum, medan det lättare materialet skapade skorpan. Planetens magnetfält bildades troligen vid den här tiden. Gravitationen fångade upp en del av de gaser som utgjorde planetens tidiga atmosfär.

Tidigt i sin utveckling drabbades jorden av en kollision med en stor kropp som katapulterade bitar av den unga planetens mantel ut i rymden. Gravitationen gjorde att många av dessa bitar drogs samman och bildade månen, som tog en bana runt sin skapare.

Flödet av manteln under jordskorpan orsakar plattektonik, rörelsen av de stora stenplattorna på jordens yta. Kollisioner och friktion gav upphov till berg och vulkaner, som började spy ut gaser i atmosfären.

Och även om populationen av kometer och asteroider som passerar genom det inre solsystemet är sparsam idag, var de rikligare när planeterna och solen var unga. Kollisioner från dessa isiga kroppar deponerade sannolikt mycket av jordens vatten på dess yta. Eftersom planeten befinner sig i Guldlockzonen, den region där flytande vatten varken fryser eller avdunstar utan kan förbli flytande, stannade vattnet kvar på ytan, vilket många forskare tror spelar en nyckelroll för livets utveckling.

Observationer av exoplaneter tycks bekräfta att kärnans ackretion är den dominerande bildningsprocessen. Stjärnor med mer ”metaller” – en term som astronomer använder för andra grundämnen än väte och helium – i sina kärnor har fler jätteplaneter än sina metallfattiga kusiner. Enligt NASA tyder kärnans ackretion på att små, steniga världar borde vara vanligare än de mer massiva gasjättarna.

Fyndet 2005 av en jätteplanet med en massiv kärna som kretsar kring den solliknande stjärnan HD 149026 är ett exempel på en exoplanet som bidrog till att stärka argumentet för kärnans ackretion.

”Det här är en bekräftelse på teorin om kärnans ackretion för planetbildning och ett bevis för att planeter av det här slaget borde existera i överflöd”, säger Greg Henry i ett pressmeddelande. Henry, som är astronom vid Tennessee State University i Nashville, upptäckte stjärnans dimmning.

Under 2017 planerar Europeiska rymdorganisationen att skicka upp CHaracterising ExOPlanet Satellite (CHEOPS), som kommer att studera exoplaneter i olika storlekar från superjordar till Neptunus. Att studera dessa avlägsna världar kan hjälpa till att fastställa hur planeterna i solsystemet bildades.

”I kärnans ackretionsscenario måste planetens kärna nå en kritisk massa innan den kan ackumulera gas på ett okontrollerat sätt”, säger CHEOPS-teamet.

”Denna kritiska massa beror på många fysikaliska variabler, varav en av de viktigaste är hastigheten för ackretion av planetesimaler.”

Genom att studera hur växande planeter ackrediterar material kommer CHEOPS att ge en inblick i hur världar växer.

Skivans instabilitetsmodell

Men även om kärnans ackretionsmodell fungerar bra för jordiska planeter, skulle gasjättar ha behövt utvecklas snabbt för att få tag i den betydande massan av lättare gaser som de innehåller. Men simuleringar har inte kunnat redogöra för denna snabba bildning. Enligt modellerna tar processen flera miljoner år, längre än vad de lätta gaserna fanns tillgängliga i det tidiga solsystemet. Samtidigt står kärnans ackretionsmodell inför ett migrationsproblem, eftersom babyplaneterna sannolikt kommer att spiralformas in i solen på kort tid.

Enligt en relativt ny teori, skivinstabilitet, binds klumpar av stoft och gas samman tidigt i solsystemets liv. Med tiden komprimeras dessa klumpar långsamt till en jätteplanet. Dessa planeter kan bildas snabbare än deras kärnans ackretionskonkurrenter, ibland på så lite som tusen år, vilket gör att de kan fånga in de snabbt försvinnande lättare gaserna. De uppnår också snabbt en banstabiliserande massa som hindrar dem från att marschera in i solen.

Enligt den exoplanetära astronomen Paul Wilson, om instabiliteten i skivan dominerar bildandet av planeter, bör den ge upphov till ett stort antal världar vid stora ordningar. De fyra jätteplaneterna som kretsar på betydande avstånd runt stjärnan HD 9799 ger observationella bevis för diskinstabilitet. Fomalhaut b, en exoplanet med en 2 000-årig omloppsbana runt sin stjärna, skulle också kunna vara ett exempel på en värld som bildats genom skivinstabilitet, även om planeten också kan ha skjutits ut på grund av växelverkan med sina grannar.

Pebble accretion

Den största utmaningen för kärnaccretion är tiden – att bygga massiva gasjättar tillräckligt snabbt för att få tag på de lättare komponenterna i deras atmosfär. Ny forskning om hur mindre, småbitsstora objekt smälte samman för att bygga jätteplaneter upp till 1000 gånger snabbare än tidigare studier.

”Det här är den första modell som vi känner till där man börjar med en ganska enkel struktur för solnebulosan från vilken planeter bildas, och slutar med det jätteplanetsystem som vi ser”, sa studiens huvudförfattare Harold Levison, astronom vid Southwest Research Institute (SwRI) i Colorado, till Space.com 2015.

Under 2012 föreslog forskarna Michiel Lambrechts och Anders Johansen från Lunds universitet i Sverige att små stenar, som en gång avskrivits, innehöll nyckeln till att snabbt bygga upp jätteplaneter.

”De visade att de överblivna småstenarna från denna bildningsprocess, som tidigare ansågs vara oviktiga, faktiskt skulle kunna vara en enorm lösning på planetbildningsproblemet”, säger Levison.

Levison och hans team byggde vidare på den forskningen för att modellera mer exakt hur de små små småstenarna skulle kunna bilda planeter som ses i galaxen idag. Medan tidigare simuleringar, både stora och medelstora objekt konsumerade sina kusiner i småstensstorlek i en relativt konstant takt, tyder Levisons simuleringar på att de större objekten agerade mer som översittare och ryckte bort småstenar från de medelstora massorna för att växa i en mycket snabbare takt.

”De större objekten tenderar nu att sprida de mindre objekten mer än de mindre objekten sprider dem tillbaka, så de mindre objekten blir till slut utspridda ur småstensskivan”, säger Katherine Kretke, medförfattare till studien, även hon från SwRI, till Space.com. ”Den större killen tyranniserar i princip den mindre så att de kan äta upp alla småstenar själva, och de kan fortsätta att växa upp och bilda kärnorna i jätteplaneterna.”

När forskarna fortsätter att studera planeter inom solsystemet, liksom runt andra stjärnor, kommer de att bättre förstå hur jorden och dess syskon bildades.

Följ Nola Taylor Redd på Twitter @NolaTRedd, Facebook eller Google+. Följ oss på @Spacedotcom, Facebook eller Google+.