Главная » Вопросы » Школа » Астрономия

Почему так непохожи друг на друга и расположены в разных областях солнечной системы планеты земной группы и планеты-гиганты?
Почему так непохожи друг на друга и расположены в разных областях солнечной системы планеты земной группы и планеты-гиганты?
Категория: Астрономия | Добавил: Ален_Делон (14.03.2018)
Просмотров: 98 | Ответы: 2 | Рейтинг: 5.0/1
Ответов: 2
0 Tester
14.03.2018 оставил(а) комментарий:
Секрет непохожести планет-гигантов на планеты-карлики надо искать в их происхождении. Солнечная система образовалась из газово-пылевого облака. По мере гравитационного сжатия формируется центральное тело - протозвезда - и образуются газово-пылевые кольца в тех областях пространства, где позднее произойдет аккреция групп планет и спутников. В настоящее время в пользу этой гипотезы образования Солнечной системы говорит то, что у некоторых молодых звезд обнаружены газово-пылевые диски из которых может сформироваться планетная система. В настоящее время таких объектов обнаружено около 20. Из наиболее ярких звезд к таким объектам принадлежит Вега (созвездие Лиры) и Фомальгаут (созвездие Южной Рыбы). Обе эти звезды можно наблюдать в нашем небе. Это самые яркие звезды в своих созвездиях. Вегу можно наблюдать круглый год, а Фомальгаут ненадолго появляется в осенние месяцы в южной части неба. В настоящее время такие объекты исследуются с использованием спекл-интерферометров, позволяющих устранить размывание изображения звезды из-за турбулентности в земной атмосфере. Одной из наиболее изученных и ярких таких звезд оказалась Бета Живописца. Это молодая звезда (возраст 100 млн. лет) со светимостью вдвое выше солнечной. Она окружена пылевым диском диаметром около 100 млрд км. Анализ спектра диска показал, что вероятнее всего он состоит из пылинок углистых материалов, силикатов и льдов, то есть очень напоминает состав комет Солнечной системы. Наша Солнечная система имела примерно такой же вид 4,5 млрд. лет назад.

В вопросе о том, как из протопланетного диска формируются планеты, среди ученых нет единого мнения. Пока еще не обнаружено объектов, которые можно было бы считать планетами в процессе формирования. Разнообразные же теоретические модели этого процесса можно разделить на 2 класса. В первом случае рост планет происходит в результате аккумуляции пыли и газа в тела все больших размеров. Согласно моделям второго класса, в результате гравитационной неустойчивости диск разбивается на гигантские протопланеты, которые затем, теряя вещество, превращаются в планеты, наблюдаемые ныне. Авторы этой модели (Камерон, Люст, Прингл, Линден-Белла ) считают, что по мере гравитационного сжатия газового облака, оно превращается в диск, вращающийся в экваториальной области протосолнца. Примерно за 50000 лет в диске накапливается примерно две солнечные массы и его радиус достигает 500 - 600 астрономических единиц. В этот момент под действием вращения внешняя часть диска теряется, а его внутренние области коллапсируют, падая на Солнце. После того, как наружный край диска достигает пределов современной орбиты Нептуна, его масса лишь не на много превосходит полную массу наблюдаемых планет. Осесимметричные неустойчивости приводят к тому, что диск разбивается на отдельные кольца. Когда отдельные кольца сформировались, вещество в них в результате столкновений образует гравитационно связанные тела, которые вырастают в отдельные газовые шары и образуют протопланеты. В зависимости от массы размеры протопланет колеблются от 1 до 30 радиусов Юпитера. Все протопланеты удалены от Солнца на расстояние значительно большее 1 а.е. Все протопланеты состоят в основном из Н и Не. Скорость роста протопланет различна, и те, которые растут наиболее быстро, начинают по спирали приближаться к Солнцу. В это время внутри самого протопланетного шара происходит дифференциация вещества. Тяжелые частицы падают в центр и образуют маленькое протопланетное ядро. Движение по спирали продолжается до тех пор, пока приливные силы со стороны Солнца не сметут легкую газовую оболочку с поверхности протопланеты, оставляя теперь уже на устойчивой орбите маленькое ядро. Подобным образом, считают авторы, образовались планеты земной группы.
0 Tester
14.03.2018 оставил(а) комментарий:
Протопланеты, сформировавшиеся на большем расстоянии от Солнца, растут медленнее и никогда очень близко к Солнцу не подходили. Солнце не смогло "смести" их внешние слои. Из этого вещества у таких планет образуются системы спутников. Да и по химическому составу они будут резко отличаться от планет-карликов. Однако ряд других ученых-физиков, а особенно космохимики, не согласны с предложенной моделью (Юри, Альвен, Аррениус, Кларк, Турекян, Рингвуд и др.) Они считают, что пылинки, слипаясь, образуют планетезимали, которые в свою очередь увеличиваются в размерах из-за не прекращающейся аккреции и являются зародышами тел, существующих сейчас в Солнечной системе. Эти ученые полагают, что поскольку в процессе формирования протозвезды и протопланет выделяется огромная энергия, то в процессе сжатия обязаны идти и химические реакции и должно происходить химическое разделение компонент. Следовательно, твердые конденсаты, образовавшиеся в различных областях и в разное время и являющиеся исходным материалом для сформировавшихся впоследствии тел, будут отличаться друг от друга по химическому составу. Упрощенно схема химической дифференциации выглядит так. Протопланетный диск из-за осесимметричной неустойчивости разбивается на 4 облака, имеющие разный химический состав.

Ближе всего к Солнцу находится облако B, содержащее больше всего Не и Н. Затем следует облако A, содержащее Н и Не. Из этих двух облаков будут формироваться планеты земной группы. Причем большую часть водорода и гелия они потеряют в процессе формирования, так как изначально формируются в зоне с температурой порядка 1000 К, а часть водорода окажется в связанном состоянии из-за химических реакций. Облако C обогащено С, N, Ne, O. Из этого облака будут формироваться ланеты-гиганты. Температуры здесь значительно ниже и химические реакции идут со значительно меньшей скоростью. Постепенно это облако обогащается водородом и гелием, диффундирующим из колец А и В. Облако D самое внешнее. Оно лежит на границе влияния магнитного поля Солнца (около 100 а.е.), и частично вне его. Облако D обогащено тяжелыми элементами. Из него будет формироваться Плутон, Харон, Тритон. Но поскольку это облако находится частично вне магнитного поля Солнца, то магнитогидродинамические процессы в газе там идут иначе, чем в облаках A, B, C. В результате у частиц, образовавшихся в этом облаке, будут эллиптические орбиты с большим эксцентриситетом, приближающиеся к параболическим. (Как у комет, уходящих за орбиту Нептуна и Плутона). Это приведет к тому, что часть вещества облака D будет перенесена в облака A и B (судьба комет известна). Таким образом, самую большую плотность должны иметь Меркурий, Венера и Земля, сформировавшиеся из облака В. Затем Луна и Марс - облако А. Самая маленькая плотность должна быть у Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна - облако С. Плотность Плутона, Харона и Тритона (есть все основания считать, что Тритон был захвачен Нептуном, как Луна захвачена Землей), сформировавшихся в облаке D, должно быть сравнима с плотностью планет земной группы.

Поскольку химический состав непосредственно изучался только на Земле и Луне, да и то в приповерхностных слоях, трудно сказать, какая теория справедлива. Однако эти теории предполагают экспериментальную проверку: если справедлива вторая, то на Плутоне окажется аномально много по сравнению с гигантами тяжелых элементов. Это дело будущего.
avatar