Od Wielkiego Wybuchu do narodzin Ziemi

Mgławica Kraba, supernowa

Począwszy od Wielkiego Wybuchu, we Wszechświecie nastąpiły niezwykle skomplikowane i  fascynujące procesy. Przestrzeń rozszerzała się w zawrotnym tempie; powstałe gwiazdy wybuchały, rozprzestrzeniając ciężkie pierwiastki lub zapadały się, przeobrażając się w czarne dziury; uformowały się galaktyki, niejednokrotnie zderzając się ze sobą i tworząc jeszcze większe struktury. Wszystkie zjawiska, jakie zaszły w trakcie ewolucji Wszechświata, ostatecznie doprowadziły do powstania Ziemi i narodzin życia na niej. Jak do tego doszło?

Wszechświat narodził się około 13,74 miliarda lat temu, jako sfera mniejsza i lżejsza od atomu (tzw. osobliwość), w stanie nieskończonego gorąca, nieskończonej gęstości i nieskończonej prędkości, oddalająca wszystko od siebie.[1] Wówczas wszystkie  cztery oddziaływania: elektromagnetyczne, silne, słabe oraz grawitacyjne stanowiły jedność w jedenastowymiarowej hiperprzestrzeni. W ciągu ułamka sekundy, nastąpiło podwojenie rozmiaru przestrzeni, a dalsze jej rozszerzanie doprowadziło do zapadnięcia się  świata siedmiowymiarowego do skali Plancka, powiększania się świata czterowymiarowego oraz rozdzielenia się wszystkich oddziaływań.

Wytworzyły się kwarki, a ich zderzenia były na tyle gwałtowne, że temperatura powstała na skutek zderzeń, przewyższała tę panującą w jądrze Słońca – wynosiła miliard stopni. Kwarki połączyły się w protony (jądra wodoru) i neutrony, a obok nich pojawiły się swobodnie poruszające się elektrony. Wodór w 25% przekształcił się w hel. Chwilę później przestrzeń rozszerzyła się do tego stopnia, że ów reaktor termojądrowy przestał działać – temperatura spadła do takiej wartości, że reakcja syntezy już nie zachodziła. Ta pierwotna nukleosynteza nastąpiła w ciągu kilku-kilkunastu minut od momentu Wielkiego Wybuchu.[2]

We wczesnym stadium ewolucji Wszechświata, uformowały się pierwsze protogwiazdy, tzw. gwiazdy populacji I. Po upływie około 250 milionów lat, część tych gwiazd eksplodowała w wyniku zużycia swego całego paliwa i rozrzuciła zewnętrzne warstwy, z niewielką ilością niektórych cięższych pierwiastków, w pobliskich chmurach gazu. Większość materii tych gwiazd zapadła się, tworząc pierwsze czarne dziury. Z racji tego, że znajdowały się one wtedy bardzo blisko siebie, łączyły się w obiekty o jeszcze większej masie.

Pod wpływem fal uderzeniowych, zapadły się kolejne chmury, a w miarę kurczenia się podzieliły na mniejsze fragmenty, dając początek gwiazdom populacji II, podobnym do tych, jakie możemy obecnie obserwować. Nastąpiło to w ciągu 400-500 tysięcy lat od Wielkiego Wybuchu.[3] Wówczas Wszechświat ochłodził się do trzech milionów stopni i dosłownie nastały Wieki ciemne. Swobodne elektrony i protony połączyły się w neutralne atomy wodoru, pozostawiając po sobie mikrofalowe promieniowanie tła. Okres ten trwał do momentu, aż wytworzyły się gwiazdy populacji III i pierwsze protogalaktyki – gęste obłoki gazu (wodoru i helu) wielkości galaktyk, przyciągane przez czarne dziury o masie miliardy razy większej od masy Słońca. To ponowne rozświetlenie się Wszechświata nastąpiło, gdy liczył już miliard lat.[4]

Po upływie kolejnych dwóch-trzech miliardów lat, pojawiły się pierwsze galaktyki, w tym Droga Mleczna.

Około pięć miliardów lat temu, w bliskim sąsiedztwie obecnego Słońca, w formującym się wielkim obłoku molekularnym, wybuchła przynajmniej jedna supernowa (w jądrze gwiazdy przestały zachodzić reakcje termojądrowe; gwiazda wówczas zapadła się pod wpływem własnego ciężaru i w rezultacie eksplodowała). Dała początek dyskowi, z którego później powstały planety i inne obiekty kosmiczne. Po ośmiu milionach lat od tego wybuchu narodziło się Słońce, będące obecnie w połowie swojego istnienia.[5]

Powstawanie gwiazd w obrębie naszej galaktyki nastąpiło w postaci fali, która rozprzestrzeniła materię na duże odległości od jej centrum. W ciągu ośmiu-dziesięciu miliardów lat długość fali sięgnęła do około 27 tysięcy lat świetlnych (na jej drodze znajduje się powstały później Układ Słoneczny). Potem fala obrała kierunek do zewnętrznych części dysku galaktyki, rozprzestrzeniając materię w promieniu liczącym około 50 tysięcy lat świetlnych.

Początki Ziemi nastąpiły około milion lat po pierwotnym uformowaniu się chmury molekularnej Układu Słonecznego. W wyniku zderzeń i stapiania się około 30 obiektów wielkości od wymiarów Księżyca do Marsa i towarzyszących im mniejszych ciał, uformowało się cztery lub pięć protoplanet: Merkury, Wenus, Ziemia, Mars oraz Teja – hipotetyczna protoplaneta wielkości Marsa. Teja była najprawdopodobniej bliską towarzyszką Ziemi, która około 4,53 miliarda lat temu utraciła stabilność orbity i uderzyła w naszą rodzimą planetę, dając początek układowi podwójnemu Ziemia- Księżyc.[i]

Teja uderzyła pod pewnym kątem i uwolniła tyle energii kinetycznej, że cała powierzchnia Ziemi i nadlatującej planety uległy stopieniu i zmieszaniu. Znaczna część tej mieszaniny została wyrzucona w przestrzeń, tworząc pierścień wokół planety, z którego utworzyły się asteroidy i Księżyc. Metaliczne jądro Tei przebiło się przez niezwykle gorącą zewnętrzną warstwę młodej Ziemi i zostało wchłonięte przez jej jądro. Kolizji tej nadano nazwę „teorii wielkiego zderzenia”.

Zderzenie to wywołało skutki, doskonale nam znane: szybkie tempo ruchu obrotowego dało 24-godzinną dobę (pierwotnie trwała ona zaledwie 5 godzin!), niecentralne uderzenie Tei nachyliło Ziemię pod kątem, tworząc pory roku, a dodatkowe żelazo w jądrze naszej planety odpowiedzialne jest za silne pole magnetyczne.

Od momentu Wielkiego Wybuchu do uformowania się Ziemi, minęło dziesięć miliardów lat. Procesy, jakie wówczas nastapiły, przybliżyły moment powstania życia na naszej planecie. Jednakże, czynniki te nie wystarczyły, by pojawiło się „najpiękniejsze widowisko świata”. Opowiem o nich w kolejnych wpisach.

Powiązane:
Krótka historia przestrzeni → O idei multiwszechświata → Liczby  życia → Od Wielkiego Wybuchu do narodzin Ziemi Jak cenne jest życie? cz.1 Jak cenne jest życie? cz.2  → Czy świadomość czyni nas wyjątkowymi?

Przypisy:

Przypisy:
[1] J. Gribbin, Dlaczego jesteśmy. Cud powstania życia na Ziemi, Prószyński S-ka 2011, s.12.
[2] M. Tegmark, Nasz matematyczny Wszechświat, Warszawa: Prószyński i S-ka 2014, s. 96-101.
[3] J. Gribbin, dz. cyt., s. 77-78.
[4] M. Rees, Tylko 6 liczb, Warszawa: Wydawnictwo CiS 2000, s.164-169.
[5] J. Gribbin, dz.cyt., s. 112-118
[i]  Porównując wielkość naturalnych satelitów innych planet Układu Słonecznego, Księżyc jest największym tego typu obiektem, stąd wśród naukowców uznawany jest również za planetę.

 

Share Button

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.