SỰ HÌNH THÀNH CÁC VẬT THỂ TIỀN HÀNH TINH
Trong thập niên 1940 viện sĩ Ôttô Yuliêvich Smit đã đưa ra một giả thuyết đã được công nhận rộng rãi về sự hình thành Trái Đất và các hành tinh khác từ các vật thể lạnh, rắn tiền hành tinh được gọi là các vi hành tinh (planetesimal, ghép từ chữ planet = hành tinh và infinitesmal = đại lượng vô cùng bé). Quan niệm phổ biến trước đây cho rằng hành tinh là những phần còn lại không lớn lắm của các cục vón khí khổng lồ thuộc thành phần của Mặt Trời bị nung nóng từ thời xa xưa, bị mất các chất bay hơi, đã tỏ ra mâu thuẫn với khoa học về Trái Đất.
Ô. Yu. Smit
Trái Đất, như các nghiên cứu đã chỉ ra, không bao giờ trải qua trạng thái lỏng, nóng nghĩa là trạng thái bị nóng chảy hoàn toàn. Khi nghiên cứu từng bước tiến hoá của đa tiền hành tinh, các nhà bác học đã thu được một chuỗi liên tục của các giai đoạn phát triển cơ bản của đa khí bụi bao quanh Mặt Trời, cho tới khi thành hệ hành tinh.
Kích thước nguyên thuỷ của đám mây lớn hơn kích thước hiện nay của hệ hành tinh mà thành phần của nó phù hợp với điều quan sát được trong các tinh vân giữa các sao: 99% khí và l% các hạt bụi có khối lượng từ một phần micrômét đến hàng trăm micrômét. Trong thời kì suy sập, tức là thời kì khí và bụi rơi vào nhân trung tâm (Mặt Trời tương lai), vật chất được nung nóng rất mạnh và bụi giữa các vì sao có thề bốc hoi một phần hoặc hoàn toàn. Như vậy là ở giai đoạn đầu mây gồm hầu như toàn khí và bị xáo trộn đều nhờ hiện tượng chảy rối mức độ cao (sự chuyển động hỗn độn theo những lượng khác nhau của các hạt.
Đĩa càng hình thành hiện tượng chảy rối càng giảm xuống. Việc này chiếm không nhiều thời gian: khoảng 1000 năm. Khi đó khí nguội đi và trong nó lại hình thành các hạt bụi rắn. Giai đoạn đầu của sự tiến hoá đĩa là như vậy.
Đặc trưng đối với mây tiền hành tinh đang nguội đi là áp suất thấp: dưới một phần mười ngàn atmôtphe. Ở áp suất như vậy vật chất từ khí ngưng tụ trực tiếp thành các hạt rắn bỏ qua thể lỏng. Các hợp chất khó nóng chảy nhất của canxi, magiê, nhôm và tiền ngưng tụ đầu tiên, tiếp theo là các silicat magiê, sắt và niken. Tiếp theo trong môi trường khí chỉ còn lại lưu huỳnh, ôxy tự do, nitơ, hyđrô, tất cả các khí trơ và một vài nguyên tố dễ bay hơi.
Trong quá trình ngưng tụ, hơi nước ôxy hoá sắt và tạo thành các hợp chất hyđrat là trở nên hoạt tính. Mà các nguyên tố cơ bản của Vũ Trụ hyđrô và hêli - vẫn còn lại ở dạng khí. Để ngưng tụ được chúng cần có nhiệt độ gần với độ không tuyệt đối là điều không thể đạt được ở bất kỳ điều kiện nào trong mây.
Thành phần hoá học của bụi nhỏ trong đĩa tiền hành tinh được xác định bởi nhiệt độ bị hạ thấp dần khi càng đi xa Mặt Trời. Rất tiếc là tính toán sự thay đổi nhiệt độ trong đám mây tiền hành tinh là rất khó. Thành phần hoá học của các hành tinh nhóm Trái Đất chỉ ra rằng chúng cấu tạo chủ yếu từ các chất được ngưng tụ ở nhiệt độ cao. Trong thành phần của bộ phận gần nhất của vành đai tiểu hành tinh các vật thể đó chiếm ưu thế. Khi chuyển động xa Mặt Trời trong vành đai tiểu hành tinh số lượng các vật thể chứa các chất khoáng giàu nước và một số chất dễ bay hơi tăng lên. Chúng đã được phát hiện trong các thiên thạch, là những mảng vụn của các tiểu hành tinh. Trong số các tiểu hành tinh hình như không có hoặc có rất ít các vật thể băng. Do đó giới hạn ngưng tụ của băng nước phải diễn ra phía đằng sau các tiểu hành tinh, không gần hơn mép ngoài của vành đai tiểu hành tinh, cách xa Trái Đất hơn ba lần khoảng cách từ Trái Đất đến Mặt Trời.
Chonđrit than: Đại diện của loại thiên thạch
có thành phần mây tiền hành tinh
Trong khi đó các vệ tinh lớn nhất của Sao Mộc - Ganymet và Calixtô - một nửa cấu tạo từ nước. Chúng tồn tại ở khoảng cách xa Mặt Trời hơn nhiều so với vành đai tiểu hành tinh. Nghĩa là băng nước được ngưng tụ trong khắp vùng hình thành Sao Mộc. Bắt đầu từ quỹ đạo Sao Mộc trở đi, ở đám mây tiền hành tinh, các bụi băng nhỏ có dính lốm đốm các chất khô nóng chảy hon phải chiếm ưu thế. Ở vùng các hành tính bên ngoài với nhiệt độ còn thấp hơn nữa trong thành phần các hạt bụi nhỏ có cả băng mêtan, băng amôniăc, axit cacbonic thể rắn và các hợp chất dễ bay hơi bị đóng băng khác. Các nhân sao chổi bay tới vùng phụ cận của Trái Đất từ vùng ngoại vi xa xôi của hệ Mặt Trời ngày nay đều có thành phần như vậy.
Các chất ngưng tụ đầu tiên (là các hạt bụi, bụi băng) ngay sau khi xuất hiện bắt đầu chuyển động xuyên qua khí tới mặt phẳng trung tâm của đám mây. Hạt càng lớn thì càng lắng đọng nhanh vì trong khí chuyển động những hạt lớn hon (khác với các hạt nhỏ) gặp ít lực cản hơn của khí lên một đơn vị khối lượng của chúng. Ở giai đoạn thứ hai sự hình thành của lớp bụi mỏng được hoàn thành trong mặt phẳng trung tâm của đám mây. Lớp bụi mỏng đó được gọi là phân đĩa bụi. Sự phân lớp mây kéo theo việc tăng kích thước các hạt đến vài xăngtimet. Khi va đập vào nhau, các hạt dính lại, làm cho tốc độ chuyển động của chúng đến mặt phẳng trung tâm tăng lên và sự phát triển (to lên) cũng nhanh hon.
Trong một thời điểm nào đó mật độ bụi trong phần đa đạt gần tói giá trị tới hạn, sau khi làm tăng mật độ khí lên hàng chục lần. Sau khi đạt được mật độ giới hạn lớp bụi trở nên không vững chắc về mặt tác động hấp dẫn. Thậm chí một sự tăng mật độ rất nhỏ ngẫu nhiên sinh ra trong đó cũng không khuếch tán mà ngược lại, theo thời gian cô đặc lại. Lúc đầu trong đó có thể hình thành hệ các vành khuyên, mà khi tăng mật độ các vành khuyên cũng mất đi độ bền vững của mình và ở giai đoạn ba, trong sự tiến hoá của đa các vành khuyên đã vỡ ra làm nhiều cục vón nhỏ riêng biệt.
Do chuyển động quay, được thừa hưởng từ đắ quay, những cục vón này không thề co lại đến mật độ của các vật rắn ngay lập tức. Nhưng khi va đập vào nhau, chúng hợp nhất lại và ngày càng đặc chắc hơn. Ở giai đoạn bốn được tạo ra hàng loạt vật thể tiền hành tinh, kích thước khoảng 1 km, số lượng ban đầu của chúng lên tới nhiều triệu.
Con đường hình thành các vật thể vừa miêu tả có thể thực hiện được nếu như phân đa bụi rất dẹt: độ mỏng của nô phải nhỏ hơn đường kính nhiều lần. Những đối tượng như vậy ngày nay vẫn tồn tại, ví dụ các vành Sao Thổ.
Có một cách hình thành các vật thể tiền hành tinh khác ngoài sự ngưng tụ hấp dẫn, đó là sự lớn lên trực tiếp của chúng khi có sự va đập các hạt nhỏ. Chúng có thể kết dính với nhau chỉ khi có sự va đập với tốc độ không lớn, khi bề mặt tiếp điểm tơi xốp ở mức cần thiết hoặc trong trong hợp lực kết dính được tăng cường.
Những vật thể được sinh ra bởi một trong hai con đường đó, sẽ là vật liệu xây dựng đề hình thành các hành tinh, vệ tinh và các vật thể sao băng.
Các nhà bác học cho rằng các vật thể tiền hành tinh, được tạo thành ở vùng ngoại vi của mây ở nhiệt độ rất thấp vẫn còn tồn tại tới ngày nay trong mây sao chổi, nơi chúng bị các nhiễu loạn hấp dẫn của các hành tinh khổng lồ ném vào.
