సౌరమండలం యొక్క ఆవిర్భావాన్ని గురించిన సిద్ధాంతాల తీరు ఆ విధంగా ఉండేది. కాని ఈ సిద్ధాంతాలతో ఎన్నో చిక్కు సమస్యలు తలెత్తాయి. ఉదాహరణకి అత్యంత బలహీనమైన గురుత్వాకర్షణ యొక్క ప్రభావం వల్ల అంత విరళమైన వాయు రాశి సంఘనితం కావడం ఎలా సాధ్యమో అర్థం కాలేదు. తదనంతర కాలంలో ఈ సంఘననానికి కారణమైన మరో ప్రక్రియని కూడా శాస్త్రవేత్తలు ప్రతిపాదించారు. అదే కాంతి చేసే ఒత్తిడి. అంతరిక్షంలో ఉండే రేణువుల మీద అన్ని దిశల నుండి కిరణాలు పడుతుంటాయి. ఇప్పుడు రెండు రేణువులు ఒక దాని నీడ మరో దాని మీద పడేటంతగా సన్నిహితం అయ్యాయి అనుకుందాం. ఇప్పుడు ఆ రేణువులకి "బయటి" వైపున కాంతి ఒత్తిడి, "లోపలి" వైపున కాంతి ఒత్తిడి కన్నా ఎక్కువగా ఉంటుంది. ఆ కారణం చేత అవి ఇంకా దగ్గరగా వస్తాయి. అలా దగ్గరవుతున్న కొలది వాటి మధ్య గురుత్వాకర్షణ పెరిగి వాటి సమాగమనం మరింత వేగవంతం అవుతుంది.
సూర్యుడు ఆ విధంగా రూపొందితే, మరి గ్రహాల మాటేమిటి? అవి ఎలా పుట్టాయి? 1755 లో ఇమాన్యుయెల్ కాంట్ , మరియు 1796 లో పియర్ సిమొన్ ద లాప్లాస్ లు ఈ ప్రశ్నకి సమాధానాల కోసం తొలి ప్రయత్నాలు చేశారు. ఇద్దరిలో లాప్లాస్ వర్ణన మరింత వివరంగా ఉంది.
లాప్లాస్ వర్ణన ప్రకారం ఆరంభ దశలోనే విశాల ధూళి మేఘం పరిభ్రమిస్తూ ఉంటుంది. అది కుంచించుకుంటున్న కొలది దాని పరిభ్రమణ వేగం హెచ్చవుతూ ఉంటుంది. దానికి సారూప్యంగా స్కేటింగ్ చేస్తున్న వ్యక్తిని తీసుకుందాం. ఒక వ్యక్తి స్కేటింగ్ చేస్తూ చేతులు చాచి తన చుట్టూ తాను గిర్రున తిరుగుతున్నాడు అనుకుందాం. ఇప్పుడు మెల్లగా చేతులు దగ్గరికి తీసుకుని ఛాతీకి ఆనించుకుంటే, అతడి ఆత్మభ్రమణ వేగం పెరుగుతుంది. దానికి కారణం కోణీయ ద్రవ్య వేగం యొక్క నిత్యత్వమే (conservation of angular momentum). కోణియ ద్రవ్యవేగం వస్తువు యొక్క ద్రవ్యరాశి మీద, దాని వేగం మీద, భ్రమణాక్షం నుండి దాని దూరం మీద ఆధారపడుతుంది. భ్రమణాక్షం నుండి దూరం తగ్గినప్పుడు, ఆ తగ్గుదలని పరిపూరించడానికి (compensate) వేగం పెరుగుతుంది. ఆ విధంగా తన అక్షం మీద ధూళి మేఘం వేగంగా పరిభ్రమిస్తున్నప్పుడు, దాని భూమధ్య రేఖ నుండి పదార్థం విసరివేయబడసాగంది, పదార్థం నష్టం కావడం వల్ల కొంత కోణీయద్రవ్యవేగం తగ్గింది. అందువల్ల ఆ ధూళిమేఘం మరి కొంచెం నెమ్మదించింది. దాని గురుత్వాకర్షణకి లోనై మరింత కుంచించుకుంది, దాంతో మళ్లీ వేగం పెరిగి మళ్లీ కొంత ద్రవ్యరాశిని బయటికి విసిరేసింది.ఆ విధంగా కుంచించుకుంటున్న సూర్యుడి చుట్టూ వలయాలుగా ద్రవ్యరాశి విస్తరంచింది. ఆ వలయాలు ఇంకా ఇంకా కుంచించుకుని గ్రహాలుగా మారాయి. ఆ గ్రహాల నుంచి కూడా అదే విధంగా పదార్థం వెలువడి వలయాలుగా మారి, దాని నుండి ఉపగ్రహాలు ఏర్పడ్డాయి. ఇదీ లాప్లాస్ సిద్ధాంతం.
లాప్లాస్ ప్రతిపాదించిన ఈ ’నీహారికా సిద్ధాంతం’ (nebular hypothesis) సౌరమండలం యొక్క ప్రధాన రూపురేఖలని బాగానే వివరిస్తున్నట్టు అనిపించింది. కొన్ని చిన్నచిన్న విషయాలని కూడా ఆ సిద్ధాంతం వివరించగలిగింది.
ఉదాహరణకి సాటర్న్ చుట్టూ ఉండే ధూళి వలయాలు ఆ విధంగా ఏర్పడినవే కావచ్చు. వాటిలోని ద్రవ్యరాశి మొత్తాన్ని కలుపుకుంటే పెద్ద ఉపగ్రహమే ఏర్పడుతుంది. అలాగే మార్స్, జూపిటర్ కక్ష్యల మధ్య స్థిరకక్ష్యలో సూర్యుడి చుట్టు తిరిగే గ్రహశకల వలయం (asteroid belt) ఒకటి ఉంది. అందులోని పదార్థం కూడా గ్రహంగా ఏర్పడకుండా మిగిలిపోయిన పదార్థం యొక్క అవశేషమే కావచ్చు. ఇక వీటికి తోడు సూర్యుడి శక్తికి మూలం నెమ్మదిగా సాగే దాని సంకోచమే ననే హెల్మ్ హోల్జ్, కెల్విన్ మొదలైన వారి భావనలు కూడా ఈ రకమైన చింతనకి వత్తాసు పలుకుతున్నట్టు ఉన్నాయి.
పందొమ్మిదవ శతాబ్దంలో అధికభాగం ఈ నీహారికా సిద్ధాంతమే చలామణి అయ్యింది. కాని శతాబ్దం ముగిసే లోపే ఆ సిద్ధాంతంలో దోషాలు కనిపించసాగాయి. 1850 లో జేమ్స్ క్లార్క్ మాక్స్వెల్ అనే భౌతిక శాస్త్రవేత్త సాటర్న్ చుట్టూ ఉండే వలయాలని గణితపరంగా విశ్లేషిస్తూ ఓ కొత్త విషయాన్ని కనుక్కున్నాడు. ఒక వస్తువు నుండి విసిరివేయబడ్డ వాయుపదార్థం ఎప్పుడూ చిన్న చిన్న రేణువుల్లా మాత్రమే ఘనీభవించగలదని నిరూపించాడు. సాటర్న్ చుట్టూ ఏర్పడ్డ వలయాలు అలంటివే నన్నాడు. అవన్నీ కలిసి ఓ సంఖనిత రాశిగా, ఓ కఠినమైన పెద్ద వస్తువుగా ఎన్నటికీ మారలేవని, అలా మారక ముందు ఆ పదార్థాన్ని విక్షేపించిన వస్తువు యొక్క గురుత్వాకర్షణ కొత్తగా ఏర్పడుతున్న వస్తువుని ఛిన్నాభిన్నం చేస్తుందని సిద్ధాంతీకరించాడు.
ఈ పరిణామాలలో కోణీయ ద్రవ్యవేగానికి (angular momentum) కూడా ఓ ముఖ్యపాత్ర ఉంది. ద్రవ్య రాశి దృష్ట్యా చూస్తే సౌరమండలంలో ఒక 0.1% మాత్రమే ఉండే గ్రహాల కోణీయద్రవ్యవేగం మాత్రం సౌరమండలం యొక్క మొత్తం కోణీయద్రవ్యవేగంలో 98% కలిగి ఉంటాయట! సౌరమండలంలో మొత్తం కోణీయద్రవ్యవేగంలో జూపిటర్ కోణీయద్రవ్యవేగమే 60% ఉంటుంది. సౌరమండలానికి మూలమైన ఆదిమ నీహారిక యొక్క కోణీయద్రవ్యవేగంలో చాలా చిన్న భాగం మాత్రమే సూర్యుడిలో మిగిలి ఉంది. ఆ నీహారిక యొక్క కోణీయద్రవ్యవేగంలో ఇంచుమించు అంతా ఆ విధంగా దాని నుండి వెలువడ్డ వలయాలలోకి ఎలా ప్రవేశించింది? ఇది ఇలా ఉండగా జూపిటర్, సాటర్న్ గ్రహాల విషయంలో ఈ సమస్య మరింత విడ్డూరంగా కనిపించింది. చుట్టూ బోలెడు ఉపగ్రహాలు తిరుగుతూ, చిన్న తరహా సౌరమండలాలలా విలసిల్లే ఈ రెండు గ్రహాలూ, సౌరమండలం లాగానే రూపొందాయి అనుకుంటే, మరి ఈ గ్రహాల విషయంలో, అధిక శాతం కోణీయద్రవ్యవేగం గ్రహంలోనే ఉంటూ, ఉపగ్రహాలలో చాలా తక్కువ భాగమే ఉండడం కనిపిస్తుంది. ఈ విచిత్రానికి కారణం ఎవరికీ అర్థం కాలేదు.
1900 కల్లా ఈ నీహారికా సిద్ధాంతం ఇంచుమించు పూర్తిగా మట్టిగలిసి పోయినట్టే. క్రమ పరివర్తన చేత సౌరమండలం ఏర్పడి ఉంటుందన్న ఆలోచనకి తిలోదకాలు వొదిలేశారు. దాని స్థానంలో మునుపటి ఉపద్రవాత్మక సిద్ధాంతానికి (catastrophic theory) ఊపిరిపోసే ప్రయత్నం మొదలయ్యింది.
(సశేషం…)
సూర్యుడు ఆ విధంగా రూపొందితే, మరి గ్రహాల మాటేమిటి? అవి ఎలా పుట్టాయి? 1755 లో ఇమాన్యుయెల్ కాంట్ , మరియు 1796 లో పియర్ సిమొన్ ద లాప్లాస్ లు ఈ ప్రశ్నకి సమాధానాల కోసం తొలి ప్రయత్నాలు చేశారు. ఇద్దరిలో లాప్లాస్ వర్ణన మరింత వివరంగా ఉంది.
లాప్లాస్ వర్ణన ప్రకారం ఆరంభ దశలోనే విశాల ధూళి మేఘం పరిభ్రమిస్తూ ఉంటుంది. అది కుంచించుకుంటున్న కొలది దాని పరిభ్రమణ వేగం హెచ్చవుతూ ఉంటుంది. దానికి సారూప్యంగా స్కేటింగ్ చేస్తున్న వ్యక్తిని తీసుకుందాం. ఒక వ్యక్తి స్కేటింగ్ చేస్తూ చేతులు చాచి తన చుట్టూ తాను గిర్రున తిరుగుతున్నాడు అనుకుందాం. ఇప్పుడు మెల్లగా చేతులు దగ్గరికి తీసుకుని ఛాతీకి ఆనించుకుంటే, అతడి ఆత్మభ్రమణ వేగం పెరుగుతుంది. దానికి కారణం కోణీయ ద్రవ్య వేగం యొక్క నిత్యత్వమే (conservation of angular momentum). కోణియ ద్రవ్యవేగం వస్తువు యొక్క ద్రవ్యరాశి మీద, దాని వేగం మీద, భ్రమణాక్షం నుండి దాని దూరం మీద ఆధారపడుతుంది. భ్రమణాక్షం నుండి దూరం తగ్గినప్పుడు, ఆ తగ్గుదలని పరిపూరించడానికి (compensate) వేగం పెరుగుతుంది. ఆ విధంగా తన అక్షం మీద ధూళి మేఘం వేగంగా పరిభ్రమిస్తున్నప్పుడు, దాని భూమధ్య రేఖ నుండి పదార్థం విసరివేయబడసాగంది, పదార్థం నష్టం కావడం వల్ల కొంత కోణీయద్రవ్యవేగం తగ్గింది. అందువల్ల ఆ ధూళిమేఘం మరి కొంచెం నెమ్మదించింది. దాని గురుత్వాకర్షణకి లోనై మరింత కుంచించుకుంది, దాంతో మళ్లీ వేగం పెరిగి మళ్లీ కొంత ద్రవ్యరాశిని బయటికి విసిరేసింది.ఆ విధంగా కుంచించుకుంటున్న సూర్యుడి చుట్టూ వలయాలుగా ద్రవ్యరాశి విస్తరంచింది. ఆ వలయాలు ఇంకా ఇంకా కుంచించుకుని గ్రహాలుగా మారాయి. ఆ గ్రహాల నుంచి కూడా అదే విధంగా పదార్థం వెలువడి వలయాలుగా మారి, దాని నుండి ఉపగ్రహాలు ఏర్పడ్డాయి. ఇదీ లాప్లాస్ సిద్ధాంతం.
లాప్లాస్ ప్రతిపాదించిన ఈ ’నీహారికా సిద్ధాంతం’ (nebular hypothesis) సౌరమండలం యొక్క ప్రధాన రూపురేఖలని బాగానే వివరిస్తున్నట్టు అనిపించింది. కొన్ని చిన్నచిన్న విషయాలని కూడా ఆ సిద్ధాంతం వివరించగలిగింది.
ఉదాహరణకి సాటర్న్ చుట్టూ ఉండే ధూళి వలయాలు ఆ విధంగా ఏర్పడినవే కావచ్చు. వాటిలోని ద్రవ్యరాశి మొత్తాన్ని కలుపుకుంటే పెద్ద ఉపగ్రహమే ఏర్పడుతుంది. అలాగే మార్స్, జూపిటర్ కక్ష్యల మధ్య స్థిరకక్ష్యలో సూర్యుడి చుట్టు తిరిగే గ్రహశకల వలయం (asteroid belt) ఒకటి ఉంది. అందులోని పదార్థం కూడా గ్రహంగా ఏర్పడకుండా మిగిలిపోయిన పదార్థం యొక్క అవశేషమే కావచ్చు. ఇక వీటికి తోడు సూర్యుడి శక్తికి మూలం నెమ్మదిగా సాగే దాని సంకోచమే ననే హెల్మ్ హోల్జ్, కెల్విన్ మొదలైన వారి భావనలు కూడా ఈ రకమైన చింతనకి వత్తాసు పలుకుతున్నట్టు ఉన్నాయి.
పందొమ్మిదవ శతాబ్దంలో అధికభాగం ఈ నీహారికా సిద్ధాంతమే చలామణి అయ్యింది. కాని శతాబ్దం ముగిసే లోపే ఆ సిద్ధాంతంలో దోషాలు కనిపించసాగాయి. 1850 లో జేమ్స్ క్లార్క్ మాక్స్వెల్ అనే భౌతిక శాస్త్రవేత్త సాటర్న్ చుట్టూ ఉండే వలయాలని గణితపరంగా విశ్లేషిస్తూ ఓ కొత్త విషయాన్ని కనుక్కున్నాడు. ఒక వస్తువు నుండి విసిరివేయబడ్డ వాయుపదార్థం ఎప్పుడూ చిన్న చిన్న రేణువుల్లా మాత్రమే ఘనీభవించగలదని నిరూపించాడు. సాటర్న్ చుట్టూ ఏర్పడ్డ వలయాలు అలంటివే నన్నాడు. అవన్నీ కలిసి ఓ సంఖనిత రాశిగా, ఓ కఠినమైన పెద్ద వస్తువుగా ఎన్నటికీ మారలేవని, అలా మారక ముందు ఆ పదార్థాన్ని విక్షేపించిన వస్తువు యొక్క గురుత్వాకర్షణ కొత్తగా ఏర్పడుతున్న వస్తువుని ఛిన్నాభిన్నం చేస్తుందని సిద్ధాంతీకరించాడు.
ఈ పరిణామాలలో కోణీయ ద్రవ్యవేగానికి (angular momentum) కూడా ఓ ముఖ్యపాత్ర ఉంది. ద్రవ్య రాశి దృష్ట్యా చూస్తే సౌరమండలంలో ఒక 0.1% మాత్రమే ఉండే గ్రహాల కోణీయద్రవ్యవేగం మాత్రం సౌరమండలం యొక్క మొత్తం కోణీయద్రవ్యవేగంలో 98% కలిగి ఉంటాయట! సౌరమండలంలో మొత్తం కోణీయద్రవ్యవేగంలో జూపిటర్ కోణీయద్రవ్యవేగమే 60% ఉంటుంది. సౌరమండలానికి మూలమైన ఆదిమ నీహారిక యొక్క కోణీయద్రవ్యవేగంలో చాలా చిన్న భాగం మాత్రమే సూర్యుడిలో మిగిలి ఉంది. ఆ నీహారిక యొక్క కోణీయద్రవ్యవేగంలో ఇంచుమించు అంతా ఆ విధంగా దాని నుండి వెలువడ్డ వలయాలలోకి ఎలా ప్రవేశించింది? ఇది ఇలా ఉండగా జూపిటర్, సాటర్న్ గ్రహాల విషయంలో ఈ సమస్య మరింత విడ్డూరంగా కనిపించింది. చుట్టూ బోలెడు ఉపగ్రహాలు తిరుగుతూ, చిన్న తరహా సౌరమండలాలలా విలసిల్లే ఈ రెండు గ్రహాలూ, సౌరమండలం లాగానే రూపొందాయి అనుకుంటే, మరి ఈ గ్రహాల విషయంలో, అధిక శాతం కోణీయద్రవ్యవేగం గ్రహంలోనే ఉంటూ, ఉపగ్రహాలలో చాలా తక్కువ భాగమే ఉండడం కనిపిస్తుంది. ఈ విచిత్రానికి కారణం ఎవరికీ అర్థం కాలేదు.
1900 కల్లా ఈ నీహారికా సిద్ధాంతం ఇంచుమించు పూర్తిగా మట్టిగలిసి పోయినట్టే. క్రమ పరివర్తన చేత సౌరమండలం ఏర్పడి ఉంటుందన్న ఆలోచనకి తిలోదకాలు వొదిలేశారు. దాని స్థానంలో మునుపటి ఉపద్రవాత్మక సిద్ధాంతానికి (catastrophic theory) ఊపిరిపోసే ప్రయత్నం మొదలయ్యింది.
(సశేషం…)
0 comments