Laplasova teorija magline

Teoriju o nastanku Sunčevog sistema, zasnovanu na solarnoj maglini, prvi je predložio filozof Emanuel Svedenborg, 1734 godine, ali je kasnije Imanuel Kant bolje obradio ovu teoriju i objavio je 1755 godine u svom delu “Opšta teorija prirode”. Obe teorije bile su prvenstveno zasnovane na nagađanjima. Prvu široko prihvaćenu naučnu teoriju o postanku Sunčevog sistema dao je Laplas 1796. godine. On je smatrao da su Sunce i planete nastale istovremno u kolapsu oblaka međuzvezdanog gasa i prašine.

Laplas polazi od toga da Sunce, planete i njihovi sateliti vode poreklo od nekadašnje razređene, usijane i gasovite mase koja je vršila rotaciono kretanje, o uzrocima rotacije Laplas ne govori, već ih smatra za postojeću činjenicu.

Laplas je počeo da piše o istoriji Sunčevog sistema od trenutka kada je u centru rotirajuće magline došlo do zgušnjavanja usled dejstva sile uzajamnog privlačenja. Ovo centralno zgušnjavanje bilo je prvobitno Sunce. Na samom početku mlado Sunce bilo je okruženo razređenom, gasovitom i usijanom maglinom. Ona je bila ogromna, prostirala se daleko iza orbite Plutona.

Laplas je smatrao da se cela ova maglina obrtala ravnomerno, kao što rotiraju čvrsta tela, tako da su tačke koje su bile bliže unutrašnjosti opisivale manje krugove i kretale se manjom linijskom brzinom od onih na perifernom delu magline. Što se neka tačka magline nalazi dalje od centra veća je njena brzina i jača centrifugalna sila, a istovremeno sila privlačenja je manja. Na određenom rastojanju od centra ove dve sile se izjednačavaju po intenzitetu. To rastojanje predstavlja granicu magline. Delovanje centrifugalne sile na čestice iza ove granice će nadvladati delovanje privlačne, gravitacione, sile i ove čestice će biti otrgnute iz magline.

Kako vreme prolazi maglina se postepeno hladi i sve više i više zgušnjava, istovremeno smanjuje se i njen prečnik. Smanjenje prečnika magline uzrokuje povećanje brzine rotacije (zakon održanja momenta impulsa). Sa smanjenjem dimenzija i povećanjem brzine rotacije magline, dejstvo centrifugalne sile postaje sve jače. Oblik magline se takođe menja – iz loptastog maglina prelazi u sferoidni oblik, a zatim postaje sve više i više spljoštena. Vremenom zgušnjavajući se maglina je iza sebe ostavljala niz prstenova od kojih se svaki nalazio na orbiti jedne od budućih planeta. Svi prstenovi su se obrtali oko Sunca u istom smeru. Iz ovih tzv. Laplasovih prstenova obrazovale su se planete.

Između čestica koje su sačinjavale prsten dolazilo je do uzajamnog privlačenja pa je on morao da postaje gušći. Ako bi prsten bio potpuno homogen zgušnjavanje bi se vršilo ravnomerno po čitavoj orbiti i u tom slučaju ne bi bio moguć nastanak planeta. Srećom, ovakav slučaj se sreće vrlo retko. Skoro uvek nastali prsten nije u potpunosti homogen i u njemu se stvara jedan ili više centara zgušnjavanja. Svaki od ovih centara gravitacijom privlači okolne čestice i postaje veći, na kraju svi ovi centri se i međusobno privlače, stapaju i formiraju planetu. Novoformirana planeta nastavlja da kruži oko Sunca isto onako kako su pre nje to činile i čestice prstena od kojih je nastala. Laplas ovde objašnjava i uzrok zbog čega planete rotiraju oko svoje ose. On ovo rotaciono kretanje objašnjava koja posledicu različitih linijskih brzina čestica koje su formirale planetu: sve čestice prstena su se kretale istom ugaonom brzinom oko Sunca, pa prema tome one na perifernom delu diska imale su veću linijsku brzinu od onih u unutrašnjem delu jer su za isti vremenski interval morale da prevale veći put.

Na isti ovakav način nastali su i sateliti oko planeta. Oko planeta su se takođe odvajali prstenovi iz kojih su kasnije nastajali sateliti. Izuzetak je jedino bio poslednji unutrašnji Saturnov prsten koji je bio u potpunosti homogen. U njemu nije bio moguć nastanak planete nego je samo došlo do formiranja oromnog broja sitnih tela (na isti ovaj način Laplas je opisao i nastanak asteroidnog pojasa).

Komete su prema Laplasovoj teoriji “gosti” Sunčevog sistema. On smatra da komete nisu nastale u Sunčevom sistemu, već su one tu došle iz udaljenih delova svemira. Laplas je smatra da su orbite kometa ili parabolične ili hiperbolične, tj. da nisu zatvorene, pa prema tome kometa koja dolazi iz bezgraničnog univerzuma samo jednom prolazi pored Sunca i odlazi bez povratka u “nepoznatom” pravcu. Da bi objasnio pojavu periodičnih kometa Laplas je zaključio da komete prilikom prolaska kroz Sunčev sistem takođe trpe i uticaj planeta koje ih ponekad primoraju da promene orbitu. Iz tog razloga orbite kometa postaju vrlo izdučene elipse i one počinju da se kreću oko Sunca i postaju deo Sunčevog sistema.

Laplasova, kao i sve druge monističke teorije (teorije prema kojoj i Sunce i planete vode poreklo od istog materijala), predviđa da se moment impulsa sistema raspoređuje proporcionalno masi. Ovde se javlja jedan veliki problem – rezultati posmatranja tela Sunčevog sistema daju nam rezultate koji su potpuno suprotni sa očekivanim. Naime, Sunce sa 99,86% mase sistema poseduje samo 0,5 % ukupnog momenta impulsa. Nekoliko decenija kasnije pojavio se i drugi problem. Najveću kritiku Laplasovom modelu uputio je Džejms Maksvel (James Maxwell) 1875. godine. On je tada proučavao Saturnove prstenove i zaključio je da ako bi Laplasova teorija bila tačna u ovim prstenovima moralo bi da dođe do gravitacionog privlačenja i nastanka malih, čvrstih tela – čvrst prsten raspao bi se usled različite brzine rotacije, a gasovit prsten bi se raspršio prilično ravnomerno. Isti argument je primenjen i na prstenove u Laplasovoj teoriji, ti prstenovi morali bi da budu nekoliko stotina puta masivniji od planete koju treba da formiraju da bi bili stabilni.

Godine 1854. u pokušaju da prevaziđe problem u vezi momenta impulsa Edvard Roše (Edouard Roche) je utvrdio da bi raspodela početne mase u Laplasovom modelu mogla da ne bude ravnomerno raspoređena, već veoma koncentrisana. U ravnomerno rotirajućem oblaku gasa sa masom raspoređenom na ovaj način kako je predvideo Laplas, onda bi moment impulsa centralnog tela bio mnogo manji. Zaista, ovo je bio presudni korak koji je omogućio da se moment impulsa koji se dobija na osnovu Laplasove teorije poklopi sa nalazima posmatranja. Početno vrlo gusto stanje može biti ostvareno ako se pretpostavi da posebno formirana zvezda kasnije gravitacijom zarobila planetarni materijal. Uvođenjem ovakvog procesa teorija postaje dualistička. Džems Džins (James Jeans) vratio se na Laplasovu teoriju sa koncentrisanom masom u centru magline 1919 godine. Koristeći argumente koje je koristio i Roše, on je dokazao, da bi u slučaju gustog centralnog tela, gravitaciono privlačenje nastale zvezde bilo veoma jako i sprečilo bi formiranje planeta iz okolnog materijala.