A Naprendszer a Nap, és a gravitációja által egyben tartott bolygórendszer, egyike a Tejútrendszer sok milliárd naprendszerének, amely a galaxisunk Orion spirálkarjának nagyjából felénél, a galaxis közepe és pereme között is hozzávetőleg félúton helyezkedik el.

A csillagászatban naprendszer alatt olyan rendszert értünk, amelynek középpontjában egy vagy több csillag található, és körülötte égitestek keringenek. Tanulmányozásával elsősorban az égi mechanika foglalkozik. Jelen szócikk a mi naprendszerünkről szól.

Bolygónknak, a Földnek otthont adó Naprendszerünk középpontjában a Nap található. Csillagunk gravitációs térrészén belüli objektumok és kölcsönhatások összessége jelenti a Naprendszert.

Központi csillagunk hozzávetőleg 4,6 milliárd évvel ezelőtt alakult ki egy hatalmas molekulafelhő gravitációs összeroskadása nyomán. Nem sokkal később a csillagkeletkezésnél visszamaradt, a Nap egyenlítői síkjában lapos korongba rendeződött anyagból, a protoplanetáris korongból kialakultak a bolygók. A belső naprendszerben négy kőzetbolygó (a Merkúr, a Vénusz, a Föld és a Mars), a külső naprendszerben négy óriásbolygó (a Jupiter, a Szaturnusz, az Uránusz és a Neptunusz) alakult ki. A kőzetbolygók kérge szilikátos, a gázbolygók viszonylag kis szilárd magját hatalmas hidrogén–hélium légkör veszi körül.

A Naprendszerben a bolygókon kívül számos kisebb égitest is található. A legnagyobb számú égitest-populáció a két különálló övezetbe rendeződött aszteroidák családja. A belső aszteroida-öv a Mars és a Jupiter között, a külső ún. Kuiper-öv pedig a Neptunusz pályáján túl helyezkedik el ellipszis alakban a Nap mint gyújtópont körül. Ezekben az övekben található öt olyan objektum, amelyek egy 2006-ban bevezetett égitesttípus ma ismert első tagjai, a törpebolygók: a Ceres, a Plútó, a Haumea, a Makemake és az Erisz. Hat bolygónak és három törpebolygónak természetes kísérői is vannak, ezeket holdaknak nevezzük. A holdakon kívül az óriásbolygók körül gyűrűk, gyűrűrendszerek keringenek.

A rendszerben vannak szabadon keringő testek is, ezek az üstökösök, a kentaurok és a mindenütt jelenlévő bolygóközi por. Ezek zömének keringése merőben eltér a többi testétől: vagy elnyújtott ellipszis pályákon, vagy az ekliptikáétól eltérő síkban mozognak.

A Naprendszert teljesen betölti a napszél, a csillagunkból kiinduló folyamatos részecskeáramlás, amely kölcsönhatásba lép az égitestekkel, létrehozva az űridőjárást. A napszél egyben ki is jelöli a Naprendszer határait: hatása a heliopauzáig tart, ahol más csillagok szeleinek sugárnyomása kiegyenlíti a napszél sugárnyomását. Ezt a határt tekintjük a naprendszer határának, bár a rendszer gravitációs határa messzebbre tehető, hisz még a hozzávetőleg egy fényévnyire levő Oort-felhő is ezen a határon belül van.

A Nap keletkezése, fejlődése Keletkező naprendszerek az Orion-ködben. A mi Napunk is így született.

A Nap 4,6 milliárd évvel ezelőtt (az Univerzum ma ismert korának kétharmadánál) született,harmadik generációs csillag. Sajnos megfigyeléseken alapuló, kísérletileg bizonyított keletkezési modellel még nem rendelkezik a csillagászat – bár a Barnard 335 csillag megfigyelésével a bizonyíték megszerzésének küszöbére érkezett–, így csak elméletek állnak rendelkezésre.

A ma legelfogadottabbnak tekintett keletkezési modell szerint Napunk születési helye egy molekulafelhő volt, egy gázzal és kozmikus porral teli, instabil térség, amelyben valamilyen okból – a legvalószínűbb forgatókönyv szerint egy közeli szupernóva robbanásának hatására – felborult az egyensúly, és egy Naprendszer méretű anyagcsomó a saját tömegétől összeomlott, és az anyag elkezdett összehúzódni egész addig, míg létre nem jött belőle a proto-Nap. A csillagkezdemény anyaga még tovább sűrűsödött, és néhány millió év alatt beindult a belsejében a magfúzió, megszületett a Nap.A beinduló magfúzió hatására a napszél is elkezdte áramlását és kifújta a maradék gázt a Nap környezetéből.

Egy planetáris köd, egy Naphoz hasonló csillag életének végstádiuma. Napunk 5 milliárd évvel későbbi állapota

Kezdetben csillagunk gyorsan forgott a saját tengelye körül, mivel a molekulafelhő teljes perdülete benne maradt fenn, később azonban lassult a forgás, nagyobbrészt a kialakuló bolygórendszernek átadott impulzusmomentum, kisebb részt a napszél folyamatos, szintén impulzusmomentum „elszívó” hatása miatt.

A Nap sugárzása is fejlődést mutat, születésekor a mainak mintegy 70%-a volt a kibocsátott sugárzás mértéke, amely milliárd éves időskálán folyamatosan növekszik, amíg csillagunk ún. fősorozati csillag marad. A Nap az életpályája során a legtöbb időt a fősorozatban tölti el, ez csillagunk életpályájának aktív részét jelenti, amíg a hidrogénkészletét a magfúziós folyamatok héliummá alakítják, modellszámítások szerint ennek a szakasznak a felénél tartunk napjainkban. Az elkövetkező 1 milliárd évben a Nap fényessége és külső hőmérséklete tovább növekszik.

A Nap nagyjából 10 milliárd éves koráig marad a fősorozatban,ekkor kifogy a hidrogénkészlete és átmegy a vörös óriás fázisba. Ebben a fázisban beindul a héliumfúzió – a hélium szénné alakulása –, ami megtízszerezi a mag hőmérsékletét, ezzel a sugárnyomást is, így a gravitáció és a belső nyomás egyensúlya felborul az utóbbi javára, ez felfújja a csillagot (modellszámítások szerint a Föld mai pályáján, 1 csillagászati egységen túlra), miközben a felszíni hőmérséklete lecsökken. A felfúvódás során tömegének egy jelentős részét – számítások szerint 30%-át – is elveszti.

A héliumégető fázis az egész élettartam ezredrészét teheti ki, néhány tízmillió évig tart. Mikor a héliumkészlet szénné (és oxigénné) alakul, a Nap ledobja külső héját, amely egy tág burkot alkot majd a megmaradt mag körül – egy távoli megfigyelő számára planetáris ködöt alkotva. A visszamaradt mag fehér törpeként él tovább. Fehér törpe állapotban a Nap rendkívül kicsivé fog összehúzódni (nagyjából Föld méretűvé) és fényessé válik, belső energiatermelő folyamat azonban nem zajlik benne majd tovább. Csillagunk a benne akkumulálódott hőt fogja kisugározni és nagyon lassan kihűl. A Nap életpályájának a fősorozatban töltött idejéhez mérhetően hosszú, de jelenlegi ismereteink szerint még nehezen meghatározható fázisába lép ekkor, a csillag lehűlése egészen a fekete törpe állapotig tart majd. Ez a folyamat hosszabb lehet a világegyetem eddig eltelt életkoránál (a legidősebb fehér törpék még mindig a hűlési fázisnál tartanak, a fekete törpe állapot ma még csak elméleti modellekben létezik, megfigyelni még nem sikerült), így összességében a Nap életpályája a fekete törpévé válásig, csillagunk „haláláig” elérheti a 25–30 milliárd évet.

A bolygók, kisbolygók keletkezése, fejlődése

A bolygókeletkezés folyamata ma még nem teljesen tisztázott, csak modellszámítások léteznek rá. Tudományos igényű (nem az isteni teremtést alapul vevő) keletkezési elméletek a XVII-XVIII. században kezdtek megjelenni. Elsőként Descartes dolgozott ki keletkezésmodellt, az első széles körben elfogadott elmélet pedig Kant és Laplace egymástól függetlenül kidolgozott elmélete volt, amely szerint az alaktalan ősköd sűrűsödéséből született Nap egyenlítői síkjában a csillag keletkezésekor leváló (a Szaturnusz mai gyűrűihez hasonló) gyűrűkből alakultak ki a bolygók.

(Az elmélet azonban nem tette volna lehetővé óriásbolygók születését, ahogy kisebb planetezimálokét sem, és nem adott magyarázatot az impulzusmomentum egyenetlen eloszlására sem). Egy másik, Thomas Chrowder Chamberlin által kidolgozott elmélet szerint egy Nap mellett elhaladó másik csillag gravitációs hatása szakított le a Napról anyagot, amelyből a bolygórendszer kialakulhatott.(Ennek az elméletnek is számos hibája volt, mint például az, hogy a leszakadt anyag inkább szétszóródott volna, mintsem objektumokká ált volna össze.) A Smidt-elmélet szerint a Nap egy csillagközi anyagfelhőn áthaladva rántott magával anyagot, amelyből a bolygók összeállhattak (igaz ennek a forgatókönyvnek gyakorlatilag nulla az esélye).

A legvalószínűbb – a tudományos közösség által napjainkban leginkább elfogadott, ám kísérletileg a Nap keletkezésmodelljéhez hasonlóan szintén nem bizonyított – keletkezéstörténeti forgatókönyv szerint a bolygók kialakulása közvetlenül a Nap születése után, a csillag körül kialakult protoplanetáris korongból indult el. A keringő anyag belső súrlódása miatt már a protocsillag állapot végén megkezdődött egy akkréciós korong kialakulása a gyorsan forgó csillag egyenlítői síkjában, a csillagkeletkezés során visszamaradt gáz- és poranyagból.Először a gázbolygók alakultak ki a Nap sugárzása által a rendszer külső részébe fújt gázból, nagyjából 2–3 millió év alatt.A naprendszer belső vidékein a gáz kifelé távozása miatt csak por maradt. A füstszemcsékhez hasonló méretű porszemcsék összetapadásával csomósodások jöttek létre az akkréciós korongban, a csomók hógolyó-effektusszerűen növekedtek és bolygócsírákká alakultak.

A bolygócsírák folyamatos ütközések részesei voltak, amelyekben egymáshoz tapadtak, és egyesek egyre nagyobbá nőttek a kisebb sebességű ütközések során. A kezdeti időkben több száz 100–1000 kilométeres planetezimál jött létre, amelyek folyamatos ütközései alakították ki a ma ismert bolygókat, a bolygók tisztára söpörték a pályájuk mentén az űrt. Az ütközések energiája megolvasztotta a kialakuló bolygókat, amelyeken belül megindult a radioaktív fűtés is, ezzel még tovább emelve a testek hőmérsékletét, az így teljesen olvadt anyag gömb alakba rendeződhetett a gravitáció által. A kőzetbolygók keletkezése egy nagyságrenddel több idő alatt ment végbe, mint a gázbolygóké, néhány tízmillió évet véve igénybe.A folyamat végén a magmaóceán teteje (a bolygók kérge) lehűlt, majd megszilárdult. Ezt követően már csak a nagyobb becsapódások okozta kataklizmák és a kisebbek miatti erózió zajlott. Az egymással keringési rezonanciában levő bolygók túlélték az ütközéseket, mások előbb-utóbb megsemmisültek, beolvadtak valamelyik másik égitestbe.

A belső naprendszerben két hullámban söpört végig az ütközések sorozata: a korai intenzív bombázás és a késői nagy bombázás során. A korai bombázás 3,95 milliárd évvel ezelőttig tartó folyamat volt,gyakorlatilag a ismert bolygók pályájának tisztára söprési folyamata lehetett, amely egyre csökkenő sűrűségű becsapódásban nyilvánult meg. A késői bombázás pedig a 3,95–3,85 milliárd év közötti időszakban újra felerősödött – vélhetően a külső gázbolygók perturbációs hatásai miatt a rendszer belseje felé küldött aszteroidák okozta – becsapódási hullám volt,ami egyben le is zárta a bolygókeletkezés folyamatát, ettől kezdve nagymértékben csökkentek a nagy kozmikus karambolok a belső Naprendszerben. A gázbolygók között nem ismert ilyen bombázási hullám, ám a rengeteg befogott holdjuk – mind megannyi aszteroida – arra utal, hogy ebben a térségben is számos ütközés történhetett.

A bolygók fejlődése ezután különböző utakon haladt tovább. A legbelső bolygót például felperzselte a Nap, a napszél erodálta a felszínét és ha volt egyáltalán, akkor elragadta a légkörét. Egyes feltételezések szerint a felszín nagy részét magával ragadta egy planetezimállal történt ütközés, ennek bizonyítéka a többi bolygóhoz aránytalanul nagy vasmag, amelyhez korábban vélhetően nagyobb térfogatú bolygótest tartozott.A második bolygón a nagy vulkáni aktivitás miatt a légkörbe került gázok fékezhetetlen üvegházhatást indítottak be és ma rendkívül magas nyomás és hőmérséklet jellemzi a vulkánosság szempontjából inaktív bolygót.

A harmadik bolygón hatalmas kiterjedésű vízóceánok alakultak ki és egy óriási becsapódás nyomán a testéből kiszakadt és önálló égitestté állt össze egy óriási hold. Emellett kialakult rajta az élet, egyedüliként a Naprendszerben. A negyedik bolygó elvesztette légkörét és vízkészletének jelentős részét. Az ötödik bolygó össze sem állt bolygóvá, mivel a hozzá legközelebb eső óriásbolygó gravitációs zavaró hatása nem engedte a planetezimálok bolygóvá összeállását, így egy kisebb-nagyobb testekből álló, több ezer tagot számláló övezet maradt a helyén.

Az "igazi" ötödik bolygó a Naprendszer legnagyobb tagjává vált, hatalmas hidrogén- és héliumlégkört gyűjtött magába és gravitációs hatásával mintegy pajzsot von a rendszer belső részei elé, eltérítve, vagy befogva a befelé tartó üstökösmagokat, aszteroidákat. Gravitációja a legnagyobb számú holdat keringeti, köztük a naprendszer legnagyobb holdjaival. A hatodik bolygó ugyancsak gázokból hatalmasra hízott óriás, amely egy holdját az árapály erőkkel darabokra tördelve látványos gyűrűrendszerrel övezi magát. A hetedik bolygó a hidrogén és hélium mellé metánt is gyűjtött óriási légkörébe, és ennek is gyűrűk keringenek az egyenlítői síkjában, ráadásul egy kozmikus ütközés „az oldalára fordította”.A legkülső gázbolygó szintén metántartalmú légkörében hatalmas szelek fújnak.

A bolygókon kívül más égitestek is kialakultak az akkréciós korongból, a kisbolygók. Ezeknek az égitesteknek a fejlődéstörténete kissé eltér a bolygókétól, egész pontosan a fejlődésük leállt egy bizonyos ponton. A Naprendszerben két különböző aszteroidamező kering, az egyik a Mars és a Jupiter között, a másik a Neptunuszon túl, a Kuiper-övben. Korábban azt feltételezték, hogy a Mars és a Jupiter közötti fő aszteroida-övben keringő kozmikus törmelék egy korábbi bolygó felrobbanásából származik, azonban a modern számítások szerint ehhez kevés az ott található anyag tömege (Holdunk tömegének 4%-a, vagy más összehasonlításban Földünk tömegének alig fél ezreléke). A legújabb kutatások inkább azt állapították meg, hogy a Jupiter perturbációs hatása nem hagyta a bolygócsírák összeállását bolygótestté.

Valószínűleg ugyanez játszódott le a Kuiper-öv aszteroidái esetében, csak ott a Neptunusz okozhatta az összeállást gátló gravitációs zavarást.

A bolygók és kisbolygók jövője nagyban függ a Nap működésének változásaitól. A legáltalánosabb nézet szerint csillagunk fősorozati léte végén akkorára fújódik, hogy a Földet is bekebelezi. Egyes modellszámítások szerint a Föld pályája addigra kijjebb kerül, ám a jelenlegi körülmények mindenképpen gyökeresen megváltoznak a felszínén.

A Merkúr és a Vénusz mindenképpen megsemmisül. A külső bolygók elvileg kívül maradnak a Nap felfúvódásának határán, ám a vörös óriás fázis végén, amikor a Nap ledobja külső gázburkát, a leszakadó gázburok tágulása magával sodorhatja a tömegük legnagyobb részét kitevő légkörüket. A kisbolygók pályája is megváltozik csillagunk tömegvesztése miatt, és vélhetően valamelyik bolygóval vagy a Nappal ütköznek. Végül, amikor a Nap fehér törpeként létezik tovább az univerzumban, a megmaradt bolygóroncsok tovább keringenek a csillagtetem körül.