ТЕОРИЯ АККРЕЦИИ: ПРЕДЫСТОРИЯ И ОБЪЯСНЕНИЕ - ФИЗИЧЕСКИЙ - 2025

Т eoría аккреции (или срастание) в астрофизике, объясняет , что планеты и другие небесные тела образуются путем конденсации мелких частиц пыли , которые привлекают под действием силы тяжести.

Идея о том, что планеты образуются таким образом, была выдвинута российским геофизиком Отто Шмидтом (1891–1956) в 1944 году; Он предположил, что огромное облако газа и пыли в форме сплющенного диска окружало Солнце в ранней Солнечной системе.

Рисунок 1. Художественная концепция протопланетного диска, из которого планеты образовались путем аккреции. Источник: Wikimedia Commons.

Шмидт утверждал, что Солнце приобрело это облако вместе с другой звездой, которая, перемещаясь по галактике, одновременно прошла через туманность, богатую пылью и газом. Близость другой звезды помогла нашей уловить материю, которая позже конденсировалась.

Гипотезы о формировании Солнечной системы делятся на две категории: эволюционные и катастрофические. Первые подтверждают, что и Солнце, и планеты развиваются в результате единого процесса и восходят к идеям, предложенным Инмануэлем Кантом (1724–1804) и Пьером Симоном де Лапласом (1749–1827).

Второй указывает на катастрофическое событие, такое как столкновение или близость с другой звездой, как спусковой механизм для формирования планет. Первоначально гипотеза Шмидта попала в эту категорию.

объяснение

Сегодня есть наблюдения за молодыми звездными системами и достаточные вычислительные мощности для проведения численного моделирования. Вот почему катастрофические теории были оставлены в пользу эволюционных.

Небулярная гипотеза образования Солнечной системы в настоящее время наиболее принята научным сообществом, считая аккрецию процессом формирования планет.

В случае нашей солнечной системы 4,5 миллиарда лет назад гравитационное притяжение собирало крошечные частицы космической пыли - размером от нескольких ангстрем до 1 сантиметра - вокруг центральной точки, образуя облако.

Это облако было местом рождения Солнца и его планет. Предполагается, что источником космической пыли может быть предыдущий взрыв сверхновой: звезда, которая сильно схлопнулась и разбросала свои остатки в космосе.

В наиболее плотных областях облака частицы сталкивались чаще из-за их близости и начинали терять кинетическую энергию.

Затем гравитационная энергия заставила облако схлопнуться под действием собственной гравитации. Так родилась протозвезда. Гравитация продолжала действовать до тех пор, пока не образовался диск, из которого образовались первые кольца, а затем и планеты.

Между тем Солнце в центре уплотнилось, и когда оно достигло определенной критической массы, внутри него начали происходить реакции ядерного синтеза. Эти реакции поддерживают Солнце и любые звезды.

Высокоэнергетические частицы были выброшены из Солнца, которое известно как солнечный ветер. Это помогло убрать мусор, выбросив его.

Формирование планет

Астрономы предполагают, что после рождения нашего звездного короля диск из пыли и газа, окружавший его, оставался там по крайней мере 100 миллионов лет, давая достаточно времени для формирования планет.

Рисунок 2. Схема Солнечной системы сегодня. Источник: Wikimedia Commons.

В нашей шкале времени этот период выглядит как вечность, но на самом деле это лишь краткий миг во вселенском времени.

В это время сформировались более крупные объекты диаметром около 100 км, названные планетезималиями. Они зародыши планеты будущего.

Энергия новорожденного Солнца помогла испарить газы и пыль с диска, и это значительно сократило время рождения новых планет. Между тем, столкновения продолжали добавлять материю, поскольку это и есть аккреция.

Модели планетарного образования

Изучая формирующиеся молодые звезды, ученые получают представление о том, как сформировалась наша собственная солнечная система. Вначале возникла трудность: эти звезды скрыты в видимом диапазоне частот из-за облаков космической пыли, которые их окружают.

Но благодаря телескопам с инфракрасными датчиками можно проникнуть в облако космической пыли. Было показано, что в большинстве туманностей Млечного Пути образуются звезды и, конечно же, планеты, которые их сопровождают.

Три модели

На основании всей собранной к настоящему времени информации были предложены три модели образования планет. Наиболее широко распространена теория аккреции, которая хорошо работает для каменистых планет, таких как Земля, но не так хорошо для газовых гигантов, как Юпитер и другие внешние планеты.

Вторая модель - вариант предыдущей. Это означает, что сначала образуются горные породы, которые притягиваются друг к другу под действием силы тяжести, ускоряя формирование планет.

Наконец, третья модель основана на неустойчивости диска и лучше всего объясняет образование газовых гигантов.

Модель ядерной аккреции и скалистые планеты

С рождением Солнца оставшийся материал начал слипаться. Образовались более крупные кластеры, и такие легкие элементы, как гелий и водород, были унесены солнечным ветром в области, расположенные дальше от центра.

Таким образом, более тяжелые элементы и соединения, такие как металлы и силикаты, могли дать начало каменистым планетам, близким к Солнцу. Впоследствии начался процесс геохимической дифференциации, и были сформированы различные слои Земли.

С другой стороны, известно, что влияние солнечного ветра уменьшается с расстоянием. Вдали от Солнца могут собираться газы, образованные легкими элементами. На таких расстояниях низкие температуры способствуют конденсации молекул воды и метана, в результате чего возникают газообразные планеты.

Астрономы утверждают, что вдоль пояса астероидов проходит граница, называемая «ледяной линией» между Марсом и Юпитером. Там частота столкновений была ниже, но высокая скорость конденсации привела к появлению планетезималей гораздо большего размера.

Таким образом были созданы планеты-гиганты, причем процесс, который, как ни странно, занял меньше времени, чем образование каменистых планет.

Теория аккреции и экзопланеты

С открытием экзопланет и собранной о них информацией ученые вполне уверены, что модель аккреции является основным процессом формирования планет.

Это потому, что модель очень адекватно объясняет образование каменистых планет, таких как Земля. Несмотря ни на что, значительная часть обнаруженных к настоящему времени экзопланет принадлежит к газообразному типу и имеет размер, сопоставимый с размером Юпитера или намного больше.

Наблюдения также показывают, что газовые планеты преобладают вокруг звезд с более тяжелыми элементами в их ядрах. С другой стороны, вокруг звезд с легкими ядрами образуются каменистые образования, и Солнце - одно из них.

Рис. 3. Художественное изображение экзопланеты Кеплер 62f вокруг своей звезды в созвездии Лиры. Источник: Wikimedia Commons.

Но в 2005 году была наконец открыта скалистая экзопланета, вращающаяся вокруг звезды солнечного типа. В каком-то смысле это открытие и другие последующие указывают на то, что каменистых планет также относительно много.

Для изучения экзопланет и их формирования в 2017 году Европейское космическое агентство запустило спутник CHEOPS (Characterizing ExOPlanets Satellite). Спутник использует высокочувствительный фотометр для измерения света от других звездных систем.

Когда планета проходит перед своей звездой, ее яркость уменьшается. Анализируя этот свет, можно узнать размер и определить, газообразный он или каменистый, планеты-гиганты, такие как Земля и Марс.

Из наблюдений в молодых системах можно будет понять, как происходит аккреция в планетарной формации.

Ссылки

1. Страна. Это «Хеопс», испанский спутник для измерения экзопланет. Получено с: elpais.com.
2. Planet Hunters. Что мы действительно понимаем в формировании планет? Получено с: blog.planethunters.org.
3. Сергеев А. Рожденный из праха. Восстановлено с: vokrugsveta.ru.
4. Формирование Солнечной системы. Глава 8. Восстановлено с: asp.colorado.edu.
5. Тейлор Н. Как образовалась Солнечная система? Получено с: space.com.
6. Вулфсон М. Происхождение и эволюция Солнечной системы. Получено с: acade.oup.com.