Brown & Mussett The Inaccessible Earth 04 Chapter (Д. Браун, А. Массет - Недоступная Земля), страница 3

Тер-Хаар [214, 2151 высказал поэтому предположение, что вещество должно собираться вместе, образуя планеты, в ходе некоторого процесса аккреяин, т.е. «слипания» твердых частиц. различие плотностей планет земной группы и планет-гигантов он объяснил возрастанием темпе(мтуры в туманности по направлению к Солнцу. В резулътате этого вблизи Солнца в виде твердых частиц могли сущеспювать только наименее летучие элементы, а посколъку эти элементы отлячаются высокой плотностью, возникавшие из них планеты также должны были быль плотнымн. Важное значение температурного градиента в Солнечной туманности получило сегодня широкое признание (рази. 5.2 и 5.5). Совершенно другого тяпа теорни основываются на силах, которые воздействуют на ионы (атомы, захватившие или потерявшие одни нли несколько электронов) в магнитном поле.

Особенно детально этн идеи разработаны Альвеном [41, высказавшим в 1954 г. предположение, что межзвездный материал падал на Солнце и что возникавшие при этом высокие скороств иногда приводили при столкновении частиц к образованию ионов. На движение ионизированных частнц влияет магнитное поле, которое обычно имеется. Поскольку различные газы н твердые частицы в разной степени поддаются ионнзацни, Альвен использован этот механизм, чтобы объяснить различие в составе планет земной группы и планет-гигантов.

Ни одна из этих теорий при количественном анализе не способна правдоподобно объяснить особенностя Солнечной системы без привлечения произвольных постулатов, и сегодня теории данного класса не разрабатываются. Однако некоторые иэ высказанных в ннх предположеинй включаются в новые теории. 432.

Современные небулярные аеориц В настоящий момент не существует теории, которая удовлетворительно объясняла бы есе особенности Солнечной системы начиная с правдоподобного первнчного состояния. В то же время каждую отдельную особенность можно объяснить по меньшей мере двумя способами, опираясь на различные теории. Из трех классов теорий, обсуждавшихся в предыдущем разделе, теории класса 3 не имеют современных вариантов, а класс 1 представлен только приливной теорией Вульфсона. Большие усилия вкладываются в развитие небулярных теорий, среди которых имеется целый ряд вариантов; некоторые из них будут здесь вкратце изложены.

Все этн А ОБРАЗОВАНИЕ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ 63 ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° е ° ° ° ° ° ° ° ° ° ~ — — (ООООО сеете»нх хет — -»- (в] Рвс. 4.4. Гала«така в поперечном разреза (а) «в плане (б). Ббльщах часть матерна сосредоточена в центре а в спиральных рукавах, но, кроме того, нмеются шарообразные звезд- (е) ные скоплення, состоящие аз маогях звезд, которые образуют сфернчесхое «гало». Прибхязятельвое пол»пенне Солнца в Галактике показано крестиком. теории, включая и теорию Вульфсона, рассматривают эволюцию Солнечной системы не изолированно, а как часть общего развития звездного скопления, возникающего нз межзвездного облака.

Эволюция должна проходить через ряд стаднй, которые будут рассмотрены последователыю. Образование протозйезд из межзвезш(ого облака. Солнце — всего лишь одна из примерно 10" звезд, отиосащихся к нашей Галактике (рис. 4.4, 4.5) и сосредоточенных преимущественно в центре Галактики и в ее спиральных «рукавах». Предполагается, что этн спиральные ветвн-не фиксированные образования, а «волны» повышенной плотности, которые проносятся вокруг центра Звезды, попадая в спиральные рукава туманности, движутся медленнее, что пршюдит к увеличению плотности, точно так же, как это происходит на дороге, когда скопление многих машин вынуждает их замедлить ход. Между звездами находится «межзвездная средю>, которве состоит из разреженного газа с небольшой добавкой пыли-твердых зерен размером в несколько микрон.

В этой же среде располагаются межзвезш4ые облака, которые и холоднее, и плотнее: типичное облако имеет плотность 10 атомов в кубическом сантиметре, температуру 100К ( — 170'С) и общую массу, равную 104 МаСС Солнца. Плотносп такого облака недостаточна, чтобы в нем могло начаться сжатие под действием собственного гравитационного притяжения„а расширению препатствует окружающая межзвездная среда Однако если облако входит в спиральный рукав туманности, то возншапощее уплотнение вещества может оказаться достаточным для начала самопроизвольного сжатия.

Это представление подтверждается тем фактом, что большие яркие звезды, как и звезды„находящиеся на стадии скорого превращения в сверхновую, т.е. «Молодые звезды» (см. разд. 4.6,2), обнаруживаются главным образом вдоль ведущих краев спиральных ветвей галактик. Проблема образования звезд из такого облака заключается в том, что если каждая звезда получит пропорциональную долю момента количества движения облака, она будет вращаться слишком быстро и потеряет стабильность.

Это означает, что период вращения звезды должен уменьшиться в 10000 раз, чтобы материал перестал отрываться от ее экваториальной области. А Солнце вращается еще медленнее этого в сотни раз! «ОБРАЗОВАНИЕ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ БЕ Одно из предложенных решений этой проблемы основывается на сообрахгенни, что облако характеризуется высокой турбулентностью. Турбулентные вихри приводят к возникновению временных «облачков», или «флоккул» 11441.

Вели два таких образования, вращающиеся в противоположные стороны, сталкиваются, из них может получиться более стабильное скопление материи, способное притянуть другие фловкулы, и вместе они будут иметь относительно малый момент количества двюкення. В результате момент количества движения первоначалъного облака сосредотачивается в относительном двине. нин образовавпшхся из него звезд и не переходит в ик вращение.

В другом решении (1811 предполагается, что облака частично нонизированы благодаря световому воздействвю звезд и космическим лучам. Столкновения ионов в чрезвычайно разреженном газе происходят редко, поэтому воны должны вести себя там как почти совершенный проводник электричества Известно, что в меягзвездных облаках существуютслабыемагнитныеполя(порядка 3 10 '«Тл,нли 10 "магнитногополя Земли),захватывающие и окружающую межзвездную среду. Этя магнитные поля взавмодействуют с ионнэированным облаком и эффективно стабилизируют его (см.

приложение 4). В ятоге, когда облако„сжимаясь, стремится вращаться быстрее, магнитное взаимодействие работает как тормоз и ~ереноснт момент количества движения из облака в окружающую среду. Очевидно, что, независимо от деталей предполагаемого механизма, во время превращения облака в звезды момент количества движения не переходит к ннм, потому что в противном случае звезды вращалась бы чересчур быстро и были бы нестабильными. Кроме того, среди звезд нередки двойные (бинарные), и оси вращения этих пар не ориентируются в каком-либо преимущественном направленяи, как можно было бы ожидать, еслй бы их вращательное движение произошло от вращения облака при простом разделении.

Развитие протозвезды в систему протопланет, обращающихся вокруг центральной массы. К началу этой стадии облако разбилось на много тысяч отдельных мелких облачков, или протозвезд. Они значвтелъно плотнее материнского облака и могут поэтому удерживаться посредспюм собственного тяготения. Поскольку протозвеэда испытала такое сальное скати«, она будет вращаться гораздо быстрее, чем материнское облако, даже не обладая пропорциональной долей его момента количества дввжевия. Далънейшему сокращению объема звезды препятствует газовое давление, центробежная сила в, по мнению некоторых специалистов, ее магнитное поле.

Таким образом, протозвезда будет грубой моделью материнского межзвездного облака, но уже с иными значенивми плотности, размеров и других параметров. В результате ускоренного вращения протозвезда будет расплющиваться в шгск, или в солнечную туманность (небулу). Это можно представить себе яснее с помощью рис. 4.6. Гравитационное притяжение всюду направлено к центру массы, но центробежная сила направлена перпендикулярно оси вращения. Эти две силы не антипараллельны (кроме как в срединной плоскости), и поэтому равнодействующая (суммарная) сила будет перемешать газовый и пылевой материал протозвезды ближе к срединной плоскости по мере того, как протозвезда будет сжиматься, а ее вращение ускоряться. Следующая проблема — показаТь, как солнечная туманность сможет исторгнуть нз себя часть вещества, которое пойдет затем на образование планет, при том, что основная масса, сжимаясь, превратится в центральное солнце.

Согласно Прентису (1741, диаметр «нашей» туманности во мною раз превосходил диаметр Солнечной системы, а плотность составляла около 1О '«кг/м» (около 1О'«атомов в кубическом сантиметре). Она была еше холодной 66 4. ОБРАЗОВАНИИ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ яе Рис. 4.6. Сквтис сферического облака в диск. Поскольку грввитвпиоинвя и центробежная силы ие антилврвллельнм, существует рввиодействуюшвя сила, направленная к срелинной плоскости. Этв сила обеспечивает расплющивание массы вдоль этой эшоскости по мере сивтив веществе.

(около 100 К), потому что тепло, хотя и выделялось при сжатии, терялось путем излучения. Однако на данной стадии своей эволюции туманность квк раз становилась достаточно плотной для того, чтобы задерживать непосредственное излучение; следовательно, дальнейшее сжатые долило было заставить туманность нагреваться. При повышении температуры росло и газовое давление, что способствовало тому, что туманность стабилнзированись и ие поддавалась дальнейшему сжатию. Здесь эволюция достигает фазы киазиравновесна при которой тепло только медленно просачивается из внутренних областей тумаыности в пространспю.