Морозов Александр Гавриилович (moralg) wrote,
Морозов Александр Гавриилович
moralg

Процессы образования планет.

      Этот пост - конспект к третьему занятию по программе дополнительного курса по астрономии для средней школы. Он содержит описание джинсовской неустойчивости газово-пылевых облаков и процессов образования протопланетных дисков, планетезималей и планет.



      1. Джинсовская неустойчивость и коллапс газово-пылевых облаков.
      Любые макроскопические флуктуации плотности газа распространяются по нему в виде волн сжатия-растяжения. Другими словами - звука. Однако, если пространственный масштаб флуктуаций весьма велик, то в областях сжатии газа в работу включаются силы гравитации, стремящиеся усилить это сжатие. Они вступают в конкуренцию с силами давления газа, стремящимися "растащить" это уплотнение газа. Кто победит - зависит от пространственного масштаба флуктуации Lф.

      Оценка критического размера флуктуации газа методом размерностей дает результат по порядку величины: Lcr ~ Cs/sqrt(G*плотность газа), где Cs - скорость звука в газе, G - гравитационная постоянная (перед этим показать работу метода размерностей на примере определения частоты колебаний математического маятника). При пространственном масштабе флуктуации плотности газа Lф>Lcr эта флуктация, если она уплотнение, будет прогрессивно сжиматься (эффект самогравитации). Этот эффект принято называть гравитационной или джинсовской неустойчивостью. В противном случае (Lф<Lcr) плотность газа во флуктуации будет колебаться вокруг своего равновесного значения.

      Газ в космосе из-за этой неустойчивости фрагментируется в газовые облака. Из самых больших облаков со временем образуются скопления галактик. Из меньших - галактики. Из еще меньших - звездные скопления. А из самых "маленьких" - звезды и их планетные системы.

      2. Протопланетные диски, планетезимали и образование планет.
      Из газовых облаков звездной массы (от нескольких сотых до нескольких десятков масс Солнца) образуются звезды, нередко двойные и тройные, и их планетные системы. Но поскольку газовые облака обычно вращаются, то вдоль оси вращения они сжимаются быстрее, чем поперек ее. В результате получаются центральная звезда (или совокупность 2-3 звезд) и газовый диск.

      На самом деле такой диск не является чисто газовым. В нем помимо водорода и гелия есть немало пыли, состоящей из атомов второй и следующих строчек таблицы Менделеева. Которые были выброшены из недр взорвавшихся ранее звезд. Эти пылинки слипаются, растут в размерах, становятся довольно рыхлыми "каменными" образованиями, называемыми планетезималями, достигают масштабов астероидов, уплотняются самогравитацией и, наконец, из этих образований образуются планеты. Этот процесс от стадии протопланетного диска до образования планет занимает от нескольких миллионов до нескольких десятков миллионов лет в зависимост от плотности протопланетного диска.

В качестве иллюстрации приведу два примера таких протопланетных дисков возрастом порядка одного миллиона лет. Первый - у звезды HL Тельца, второй - у звезды DG Тельца. К снимку второго в квадратике приложено видение художника описанных выше планетезималей. Изображения этих протопланетных дисков получены с помощью радиотелескопов, работающих в сантиметровом диапазоне.




      3. Закономерности планетных расстояний.
      Еще в конце 18 века Тициус и Боде заметили, что средние радиусы орбит планет в солнечной системе с малой погрешностью подчиняются правилу:





R_{{-1}}=0{,}4,







где числа даны в астрономических единицах (1 а.е. = 150 млн. км), R-1 - радиус орбиты Меркурия, а i = 0 - для Венеры, i =1 - для Земли, i = 2 - для Марса, i = 3 - для Цереры (самый большой астероид в поясе астероидов), i = 4 - для Юпитера, i =5 - для Сатурна, i = 6 для Урана, i = 7 для Нептуна (выполняется с большой погрешностью), i = 8 - для Плутона (с малой погрешностью). И это при том, что описанное правило было сформулировано до открытия Цереры, Урана, Нептуна и Плутона.
      Правило Тициуса-Боде до сих пор не нашло объяснения в рамках общих физических принципов. И, скорее всего, не найдет. Поскольку что-либо похожее на какое-либо подобное правило в открываемых системах экзопланет не видно. Для примера приведу систему планет у звезды "Траппист-1":





      Скорее всего закономерности расстояний планет от материнских звезд определяются распределениями плотности вещества в протопланетных дисках как функций расстояния от материнской звезды.



Tags: Астрономия-11
Subscribe

Recent Posts from This Journal

  • Чем могу быть полезен?

    Еще Козьма Прутков говаривал: Специалист подобен флюсу, полнота его одностороння. К середине 1980-х я тоже стал подобен флюсу, что было…

  • Муравьи с поясом шахида...

    Энтомологи открыли в тропических лесах Борнео новый вид муравьев, которые взрываются, чтобы уничтожить соперника. В боях за территорию муравьи…

  • Странный вывод...

    СМИ сообщают, что Турция вывела весь свой золотой запас из ФРС США. Этот вывод они делают из того факта, что на конец 2016 года Банк Турции хранил,…

promo moralg march 5, 03:01 25
Buy for 20 tokens
Многие из нас вздрагивают, когда дорогу нам перебегает черная кошка. Но неприятных последствий обычно не возникает и мы быстро забываем о ней. Но два дня назад на северо-восток США обрушилась очередная буря и совершила совсем не очередное действо - сломала дерево, которое 227 лет назад посадил…
  • Post a new comment

    Error

    default userpic
    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 0 comments