Wetenschap
De zon werd geboren toen een dichte gaswolk 4,6 miljard jaar geleden instortte
Hoewel de komende totale zonsverduistering een bijzonder moment is om stil te staan bij onze plek in het heelal, bestuderen wetenschappers al heel lang de geboorte van de zon en de vorming van ons zonnestelsel.
Ons huidige zonnestelsel bestaat voornamelijk uit een centrale ster – de zon – samen met een binnenste zonnestelsel met rotsachtige planeten, en een buitenste zonnestelsel met gas- en ijsreuzenplaneten. Dat is echter niet altijd zo geweest.
Hoe werd de zon gevormd?
Ons zonnestelsel is ontstaan uit de zwaartekrachtinstorting van een ‘dichte’ gigantische moleculaire wolk van gas en stof, die voornamelijk bestaat uit waterstof, een beetje helium en ongeveer één procent zwaardere elementen. Nadat de wolk was ingestort, concentreerde het grootste deel van de massa zich op het centrum, waardoor onze zon ontstond.
De ster bleef samentrekken totdat hij zijn uiteindelijke grootte en dichtheid bereikte. Door waterstoffusie werd de kern van de zon ontstoken, waardoor de ster licht en warmte uitstraalde.
Rond de zon vormden de overblijfselen – ongeveer 0,5 tot één procent van de massa van de zon – een protoplanetaire schijf, waar vervolgens planeten ontstonden.
Protoplanetaire schijven die bezig zijn met het maken van planeten zijn niet slechts theorie; ze zijn daadwerkelijk waargenomen, zoals de schijf rond HL Tauri, een jonge ster met ringen en gaten die waarschijnlijk tekenen zijn van de vorming van planeten.
We hebben een redelijk goed idee van wanneer die ineenstorting in ons zonnestelsel plaatsvond, omdat we de eerste (of oudste) vaste stoffen kunnen analyseren die uit het protoplanetaire schijfgas condenseerden. Deze gedetailleerde analyse is alleen mogelijk in ons zonnestelsel, omdat we niet rechtstreeks materiaal van andere zonnestelsels kunnen verzamelen.
Deze vaste fragmenten, calcium-aluminiumrijke insluitsels (CAI's) genoemd, zijn gevonden in enkele van de oudste meteorieten en worden gedateerd op 4.567,3 miljoen jaar. Dit is het moment waarop ons zonnestelsel ontstond en de leeftijd aangeeft voor de geboorte van onze zon.
Elementfabrieken
Zeer dichte moleculaire wolken kunnen instorten als gevolg van hun eigen zwaartekracht. De ineenstorting van onze protosolaire nevel werd echter waarschijnlijk veroorzaakt door de verstoring van de passerende schokgolf van een exploderende massieve ster, een zogenaamde supernova. Deze schokgolf comprimeerde voldoende van de moleculaire wolk om deze te laten instorten en een centrale ster en een planetaire schijf eromheen te vormen.
Het bewijs voor deze hypothese wordt gevonden in de isotopensamenstelling van sommige chemische elementen in pre-zonnekorrels. Pre-zonnekorrels zijn kleine siliciumcarbidemineralen (kleiner dan een micrometer groot) en kunnen in sommige meteorieten in hoeveelheden in delen per miljoen worden aangetroffen. Deze pre-zonnekorrels hebben isotopensamenstellingen die niet kunnen worden verklaard door chemische of fysische processen die plaatsvinden in ons zonnestelsel, en kunnen beter worden verklaard doordat deze korrels zich elders vormen.
De isotopensamenstelling van pre-zonnekorrels impliceert dat deze korrels na de supernova de ruimte in reisden en vast kwamen te zitten in onze moleculaire wolk, die vervolgens instortte, waardoor die korrels in de meteorieten bleven die we vandaag bestuderen.
Hoeveel ouder is de zon dan de aarde?
De leeftijd van 4,567 miljoen jaar die voor de CAI's wordt gevonden, wordt vaak gebruikt als de leeftijd van de aarde. Na de vorming van CAI's duurde het echter waarschijnlijk tientallen tot enkele honderden miljoenen jaren voordat de aarde zich vormde. Hoewel we de ouderdom van ons zonnestelsel zeer nauwkeurig hebben bepaald, blijven er nog steeds debatten bestaan over de ouderdom van onze eigen planeet Aarde.
De uitdaging komt voort uit het feit dat de aarde een actieve planeet is en zeer efficiënt is in het recyclen en bewerken van de oudste gesteenten, waardoor hun geochronologische informatie wordt gereset.
Meer dan 98 procent van de massa van de proto-aarde zou al kunnen zijn versmolten tegen de tijd dat een gigantische inslag de proto-aarde trof. Die gigantische inslag voegde de resterende twee procent toe aan de aarde en leidde ook tot de vorming van onze maan.
De gigantische impact, die ergens tussen de 70 en 120 miljoen jaar na de vorming van de CAI plaatsvindt, zou de beste bepaling kunnen opleveren voor de leeftijd van de aarde. Onafhankelijke leeftijdsschattingen kunnen ook worden verkregen door de timing van de stolling van de magma-oceaan op aarde te schatten, een gevolg van de inslag van de maanvormende reus.
Studies die proberen de timing van de stolling van magma-oceaan te bepalen, geven leeftijden aan tussen de 100 en 150 miljoen jaar na de geboorte van de zon.
De komende totale zonsverduistering is voor iedereen een kans om de wonderen van ons zonnestelsel te waarderen, dat ongeveer 4,6 miljard jaar nodig had om zich te ontwikkelen.
Het is echt een kosmisch toeval dat er op aarde totale zonsverduisteringen te zien zijn:de zon is ongeveer 400 keer groter dan de maan, die 400 keer dichterbij is dan de zon.
Als je op Mars of Venus zou zijn, zou je niet het geluk hebben dit fenomeen te zien!
Johanna Teske van het Carnegie Institution for Science heeft bijgedragen aan het schrijven van dit artikel. Ze is stafwetenschapper en doet onderzoek naar de samenstelling van exoplaneten.