Образование протопланетного диска

Образование протопланетного диска

В статье «Модель развития звездных систем» показана общая схема рождения звезды и ее планетной системы. Представленная гипотеза начального развития системы хорошо согласуется с имеющимися моделями образования звезд и планет.

Нетрудно догадаться, что реальные процессы и условия намного сложнее. Начальный период зарождения звезды скрыт от визуального наблюдения коллапсирующей оболочкой, состоящей из плотного газа и пыли, а имеющиеся ИК и радиотелескопы не могут обеспечить необходимой детальности. Тем не менее, на основе известных законов можно приблизительно представить, что предшествует появлению молодой звезды и образованию протопланетного диска .

Все относительно и начальная газопылевая туманность, конечно, может вращаться как единое целое вокруг какого-то центра, но даже если есть начальное упорядоченное движение относительно центра или оси в ней самой, оно неминуемо должно затормозиться внутренним трением и перейти к хаотическому движению частиц, т.к. это все-таки не твердое тело. При соударениях частиц, энергия их движения преобразуется в тепло и, соответственно, скорость и энергия одной части относительно другой уменьшаться, что приведет к выравниванию параметров и состояния с небольшими различиями в скоростях .В такой равномерно перемешанной среде роль сил гравитации очень мала, и рост начальных тел происходит больше под действием межмолекулярных сил и сил поверхностного натяжения (своего рода конденсация, слипание, смораживание и т. д. более тяжелых элементов и пыли).По мере роста эти тела перемещаются к центру облака, и в нем формируется центральное тело, постоянно увеличивающее свою массу за счет падающих начальных тел.

Внешний вид туманностей (например туманность Ориона, в созвездии Орла М16 и др.), в которых по современным предположениям сейчас образуются звезды, никак не говорит о их осевом вращении. Из вышесказанного следует, что решения Ричарда Ларсона (образование звезд из невращающегося облака) соответствует действительности. Тогда возникает вопрос о том, как возникает вращающийся протопланетный газопылевой диск. Ответ можно найти при рассмотрении внешних планет нашей системы, их атмосфер, состава, строения и других физических параметров .

Все эти планеты, так называемые газовые гиганты, из-за своего положения получают очень мало энергии от Солнца. Мощные много километровые плотные атмосферы, переходящие в океаны, вращаются очень быстро несмотря на силы внутреннего трения в газах и жидкостях, которые (если учесть возраст системы) уже давно должны были погасить любое движение. Можно сделать вывод, что тепло, идущее из недр планет, где происходят самые немыслимые химические реакции, превращает их в своеобразные гигантские турбины, раскручивающие свои атмосферы, и поддерживает это вращение даже на самых верхних уровнях. Твердые ядра планет служат своеобразным тепловым регенератором или аккумулятором и задают направление для процессов, упорядочивая их .Они из-за своего твердого состояния, массы и инерции служат точкой приложения разнонаправленных сил и за счет трения преобразуют их в тепло .

Например, Нептун, находясь на таком расстоянии от Солнца, что последнее выглядит как яркая звезда (других внешнеих источников энергии нет), вращает свою атмосферу с максимальной скоростью до 2200 км/час .Фотографии этих планет явно указывают на строгую упорядоченность потоков, и при наличии мощных турбулентностей никак нельзя говорить о хаотичном движении восходящих и низходящих потоков.

Принимая во внимание все эти доводы, можно сказать, что мы имеем своеобразные кадры начального развития звезды, выявленные из начальной туманности, и если расположить их примерно в такой последовательности: (Уран-Нептун) (Сатурн-Юпитер), то получится процесс во времени. Нельзя исключать и такой важный фактор, как электризация движущихся частиц в атмосфере и, в результате этого, возникновения магнитного поля. Исследования показывают, что все эти планеты имеют такие поля, а Сатурн и Юпитер особенно мощные. С возрастанием напряженности магнитного поля усиливается его ускоряющий эффект и отклонение частиц к полюсам, т. е. перпендикулярно к плоскости вращения .В первую очередь из туманности адсорбируются ферромагнитные пылевые частицы, что вносит дополнительный вклад в формирование железного ядра будущей звезды. Скорее всего, мощное магнитное поле и служит ускорителем частиц и дополнительным толчком для начала термоядерных реакций, без которых формирование диска невозможно .

В тоже время, вращение газопылевой оболочки значительно ускоряет формирование ядра, т.к. любая, даже самая маленькая частица, попав в поток, уже не может из него вырваться и неизбежно перемещается к ядру под действием не столько сил гравитации, сколько по законам газо и гидродинамики. При достижении критической массы (по некоторым данным 10−20 масс Юпитера) начинаются термоядерные реакции, протозвезда в это время представляет собой раскаленное центральное тело, окруженное вращающейся обширной областью с повышенной плотностью шаровидной формы, по виду напоминающей Юпитер, только больше размером, да еще и в плотной туманности, которой тоже передалась небольшая часть вращательного момента. С началом термоядерных реакций и детонацией накопленного водорода окружающее протозвезду в-во получает такой мощный импульс и источник энергии, что силы трения не могут сдержать разворачивающийся диск, а возрастающее магнитное поле направляет все частицы, находящиеся вне плоскости вращения, к полюсам .

С уменьшением плотности вне диска скорость его вращения увеличивается, т.к. вращающееся в-во все меньше тормозится боковым трением, и диаметр диска растет .

Тепло передается по диску с возрастающей интенсивностью, т.к. его толщина уменьшается. Сложные химические соединения, образовавшиеся в околозвездной оболочке на начальном этапе, частично выгорают, образуя своеобразную золу, и перемещаются по плоскости к краю под действием центробежных сил и высокэнергичных частиц, идущих от молодой звезды .

После очистки пространства вне плоскости вращения излучение протозвезды стабилизируется, а в-во в диске уже не может упасть на эвезду благодаря своему вращению.

По приведенному варианту видно, что в своем развитии система проходит через наблюдаемые фазы коричневого карлика, инфракрасной звезды, молодой звезды с газопылевым диском и, в последующем, звезды с планетной системой. В тоже время становится ясно, насколько разные условия образования у каждой планеты и как сильно они зависят от начального состава туманности и других физических параметров. Любой этап или просто процесс достоин целой книги и в сочетании с остальными имеет множество оттенков, которые очень трудно описать во всех подробностях .

Да простят меня математики и астрофизики за отсутствие в этой статье точных цифр и формул, но следует заметить, что большинство описанных процессов относится к наименее изученным турбулентным движениям (таким же как движение части воды в струе, воздушных потоков в комнате с обогревателем или воздушных и водяных потоков в атмосфере и океанах), которые математически точно описать на современном уровне невозможно, и надо ли. Одно несомненно, это красота явлений природы, которые можно изучать и уточнять до бесконечности, выявляя мельчайшие детали .

Автор Александр Тар