Мысли о разном.
В данной статье я хочу добавить свои соображения о процессе формирования планетной системы и планет.
Все звёзды образовались из газово-пылевых облаков и близки по своему составу. Работами ряда советских ученых (Шмидта О.Ю., Гуревича Л.Э., Лебединского А.И., Левина Б.Ю., Сафронова В.С.) выяснены основные черты эволюции протопланетного облака и процесса формирования планет.
После попадания в гравитационно связанную группу, метеориты не могут вырваться из неё (Рис. 1). Газ, окружающий гравитационно связанную группу астероидно-метеоритного мусора, так же попадает под влияние её гравитации. Таким образом, астероидно-метеоритный мусор и окружающий его газ образуют протопланетное облако.
Газ в облаке может находиться в спокойном состоянии или в турбулентном движении. Двигаясь вокруг общего центра масс облака, метеоритный мусор испытывает сопротивление движению в окружаю-щем её газе. Если газ находится в относительно спокойном состоянии, то этот движущийся метеоритный мусор передаёт часть энергии движения (увлекает за собой) газу. Таким образом, газ и результирующая всех траекторий астероидно-метеоритного мусора начинает двигаться в одной плоскости вокруг общего центра масс (Рис. 1).
Газ, под действием гравитации медленно сжимается к центру облака. Так как сначала у облака нет выраженного ядра, и вся масса облака распределена по всему объёму, то на газ будет воздействовать, прежде всего, сила гравитации на внешних границах. Поэтому в первую очередь газ начнёт сжиматься на внешних границах облака. В то же время во внутренних областях газ остаётся довольно разреженным. Образуется пузырь из газа, где имеется внешняя более плотная газовая оболочка и разреженная внутренняя часть, в которой циркулируют астероиды, метеориты и пыль.
При турбулентном движении газа в межзвёздном облаке, плоскости движения метеоритного мусора и газа в местной гравитационно-связанной группе вокруг общего центра масс могут не совпадать. В этом случае будут формироваться две плоскости вращения — одна для метеоритного мусора и вторая для газа (Рис.2). Направления движения и скорости вращения плоскостей могут не совпадать. Это всё влияет на дальнейшие сценарии развития протопланетного облака.
Не смотря на кажущуюся беспорядочность движения астероидно-метеоритного вещества внутри протопланетного облака, имеется общее суммарное направление движения вокруг общего центра масс.
В основном, сначала орбиты астероидно-метеоритного вещества имеют сильно вытянутые траектории, которые могут находиться в самых разных плоскостях (Рис.1).
Астероиды и метеориты, траектория движения которых сильно отличается или находится в противоположном направлении от общего направления движения, будут сталкиваться с астероидно-метеоритным мусором, двигающимися в общем направлении. В результате таких столкновений одни метеориты будут терять скорость, и собираться в центре масс облака, другие – менять свою траекторию.
Постепенно, в центре масс группы, скапливается много малоподвижных метеоритов, и они начинают гравитационно влиять друг на друга (Рис. 3). Малоподвижные метеориты слипаются друг с другом и образуют ядро будущей звезды в центре масс местной гравитационно связанной группы.
Сначала, влияние ядра на окружающее пространство из-за его небольших размеров, незначительное. Ядро только обозначает центр масс протопланетного облака. Малоподвижное вещество и близлежащий газ продолжают собираться этим ядром, оно растёт и, соответственно, увеличивается сфера его гравитационного влияния.
Метеоритное вещество, совпадающее с общим суммарным направлением вращения облака вокруг общего центра масс и имеющее достаточно большую скорость движения, из хаотичного движения внутри облака переходит на более упорядоченную орбитальную траекторию движения вокруг ядра. Эта упорядоченность будет нарастать не сразу, а постепенно. По мере увеличения ядра протозвезды, сфера его гравитационного влияния будет расширяться, подчиняя себе всё более удалённые области протопланетного облака.
В результате столкновений и захвата других тел образуются планетезимали, орбиты большинства которых постепенно приближаются по форме к концентрическим окружностям и к одной плоскости вращения с протозвездой в центре (Рис.4.). В начале вокруг ядра будущей звезды образуется множество планетезималей. Их может быть много тысяч. Количество вещества на орбитах вокруг будущей звезды продолжает сокращаться, а центральное ядро увеличиваться. Газовое облако, под действием сил гравитации центрального ядра, протопланетного диска и центробежной силы, будет изменять свою форму. Оно всё больше становится похожей на диск (Рис.4). Аккреция газа из облака будет происходить гораздо медленнее, чем твёрдой составляющей.
По оси вращения, под действием притяжения ядра протозвезды и астероидно-пылевого диска, газовое облако постепенно уплощается. Сила гравитации планетезималей очень мала и не может удерживать газ. И поэтому ещё до формирования планет, почти весь газ по оси вращения и ближайшего окружения газово-пылевого облака заберёт себе центральное ядро. В плоскости вращения, из-за центробежной силы, сжатие облака будет происходить гораздо медленнее. Остатки облака в виде узкого, но довольно плотного газового кольца – оболочки бывшего протопланетного облака, остаются на самой периферии образующейся планетной системы (Рис. 5.).
Из-за того, что ядро протозвезды собирает по большей части малоподвижные компоненты протопланетного облака, у звезды, сформировавшейся таким образом, будет очень маленький момент количества движения.
При формировании двух плоскостей вращения — для метеоритного мусора и для газа (Рис.2), формируется протопланетная система, где плоскости вращения планет и остаточного газового кольца не совпадают (Рис 6.). Могут не совпадать и направление вращения.
Чем больше угол между плоскостями газа и астероидно-метеоритного мусора, тем ближе к звезде системы будут формироваться газовые планеты. Ведь наиболее короткопериодические орбиты находятся ближе к звезде, а толщина газового кольца относительно небольшая. Планеты находящиеся ближе к протозвезде будут чаще пересекать газовое кольцо и соберут больше газа. Если газовое облако будет иметь вращение противоположное общему движению метеоритного мусора, то под влиянием торможения сформируется очень компактная планетная система из небольшого числа крупных планет.
В продолжение развития планетной системы рассмотрим сценарий, когда плоскости вращения газового облака и астероидно-метеоритной составляющей совпадает (Рис. 4.). Это сценарий развития Солнечной системы.
Таблица 1.
Радиусы стационарных орбит планет солнечной системы.
По мере того как количество планетезимлей уменьшается, а их размеры растут, газовое кольцо постепенно сжимается к центру (Рис. 5.).
По мере роста планетезимали, сфера её гравитационного влияния увеличивается. И она начинает оказывать всё большее влияние на тела, находящиеся на ближайших, соседних орбитах. В результате происходит нарушения в движении этих тел по орбите или захват их планетезималью.
Таблица 2.
Радиусы сфер гравитационного влияния (СВГ) планет солнечной системы в зависимости от расстояния от Солнца.
У каждого космического тела имеется синхронная или стационарная орбита – такая орбита, на которой период обращения спутника равен периоду осевого вращения центрального тела. Известно, что синхронная орбита для Земли находится на высоте 35800 км. Это так называемая геостационарная орбита. Радиус стационарной орбиты характеризует отношение массы планеты к её скорости вращения вокруг своей оси (Таблица 1).
Если спутник оказывается на орбите ниже стационарной орбиты, то на него будет оказывать приливное тормозящее влияние гравитация планеты хозяйки. И чем ниже на орбите будет находиться спутник, тем более сильным будет эффект торможения. Если орбита спутника находится выше стационарной орбиты, спутник будет разгоняться гравитацией планеты хозяйки и удаляться от неё.
По причине того, что количество строительного вещества, больше на дальних расстояниях от центральной звезды, планеты Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун быстро набрали массу и объем, и увеличили своё гравитационное влияние. Кроме известных нам планет, сформировалось ещё множество планет поменьше. На более дальних расстояниях от Солнца сила его гравитации слабеет, а сфера гравитационного влияния планет увеличивается (Таблица 2.).
К моменту завершения формирования планет солнечной системы, газ в виде узкого и довольно плотного кольца (Рис. 5.) приблизился к планетной системе.
Таблица 3.
Зависимость периода обращения планет по орбите и вокруг своей оси в зависимости расстояния от Солнца.
Как мы видим из Таблицы 3, с ростом расстояния от Солнца, время движения планет по орбите увеличивается.
При прохождении сквозь газовое кольцо, во время его медленного сжатия к центру, планеты собирают этот газ. Газ, как было сказано выше, движется по орбите в общем направлении, и поэтому на планеты он будет поступать с внешней стороны системы и, падая на планеты добавлять им энергию вращения. Чем больше планета соберёт газа, тем быстрее она будет вращаться вокруг своей оси.
Из Таблицы 3 видно, как с увеличением расстояния увеличивается время вращения вокруг своей оси планет гигантов. Только Уран и Нептун, не нарушая общую тенденцию, как будто поменялись местами. К тому же масса Нептуна несколько больше чем у Урана. Ось вращения Урана в отличие от остальных планет практически горизонтальна к плоскости эклиптике. Эту странность можно объяснить тем что, когда-то Уран был спутником Нептуна почти в два раза меньшим по массе. Эта система из двух планет захватила ещё одну крупную планету сравнимую по массе с Ураном, которая стала двигаться несколько в другой плоскости вокруг общего центра масс этих трёх планет, но в одном направлении. Эта система из трёх довольно близких по массе планет оказалась очень неустойчивой. Уран и захваченная планета столкнулись под некоторым углом и слились, образовав более крупную планету с новой осью вращения.
К моменту приближения газового кольца планеты, Уран и Нептун уже были двойной планетой. Во время сбора газа из газового кольца, вращаясь вокруг общего центра масс, то одна планета оказывалась с внешней стороны от протосолнца, то другая. Газ, поступающий на Уран и Нептун с внешней стороны, не столько раскручивал эти планеты вокруг своих осей, сколько добавлял им импульс при движении вокруг их общего центра масс. В конце концов, эти две планеты оторвались друг от друга и стали самостоятельными планетами. Нептун как более тяжёлая планета поднялась на более высокую орбиту и вышел из газового кольца, а Уран опустился ниже в газовое кольцо (Рис. 7.). Такой манёвр позволил Урану собрать ещё некоторое количество газа, но с внутренней стороны орбиты. Это затормозило скорость вращения Урана вокруг оси и сделало его менее плотным.
Период движения Юпитера по орбите в 2,5 раза короче, чем у Сатурна и почти в 14 раз короче, чем у Нептуна. Время движения Сатурна по орбите в 2,8 раза короче, чем у Урана и 5,6 раза короче, чем у Нептуна. Вследствие вышеизложенного, Юпитер совершил больше оборотов в газовом кольце и благодаря этому сумел собрать больше газа, чем остальные планеты вместе взятые. Компоненты газового облака собирали и другие более мелкие планеты, находящиеся на орбитах вокруг Солнца, между орбитами будущих Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна, а также находящиеся за пределами орбит выше названных планет. Планетам так называемой земной группы газа не досталось.
По мере роста массы планет за счёт газового кольца, зона их гравитационного влияния росла. Ближайшие мелкие планеты оказывались в зоне гравитационного влияния более крупных планет и ими захватывались. В движение более удалённых планет вносились возмущения, и они были сбиты со своих орбит. Некоторые сбитые со своих орбит мелкие планетезимали сталкивались между собой и снова разбивались на более мелкие составляющие, в результате образовались так называемые пояса астероидов. Захват мог происходить как с более высоких, так и с низких орбит. Некоторые захваченные планеты сталкивались между собой и образовали кольца Юпитера и Сатурна. Возможно астероидно-метеоритные кольца были и у других планет. Метеоритные кольца у планет — это временное явление. Большая часть метеоритов упадёт на планету, а другая часть будет собрана спутниками.
Такими сбитыми со своих орбит планетами оказались Меркурий и Луна.
Луна сформировалась на одной из орбит где-то в районе Юпитера ещё до того, как газовое кольцо достигло орбит планетной системы. И по мере роста масс будущих планет гигантов, оказалась в зоне его гравитационного влияния. Луна была захвачена планетой гигантом и оказалась на границе зоны гравитационного влияния этой планеты. Под действием гравитации и раскручивающего влияния Юпитера, Луна отдалилась от планеты хозяйки и сошла с его орбиты. Так как все планеты солнечной системы находятся в зоне гравитационного влияния Солнца, то отрыв любого спутника от какой-либо планеты будет означать его попадание под сферу гравитационного влияния Солнца. Более того Солнце помогает оторваться спутнику от планеты хозяйки. Отрыв будет происходить на наиболее коротком расстоянии спутника планеты от Солнца. Так как направление движения планет и большинства спутников Солнечной системы совпадает и направлено, если смотреть с северного полюса Земли, против часовой стрелки, то в момент отрыва спутника от планеты хозяйки, движение спутника планеты относительно Солнца будет направлено в обратную сторону к движению по орбите. По этой причине после отрыва спутника от планеты хозяйки, он снизит скорость движения по орбите вокруг Солнца и опустится на более низкую орбиту. А бывшая планета хозяйка наоборот ускорит своё движение по своей орбите, и её орбита поднимется (Рис.7.).
По сравнению с планетой гигантом Юпитером, масса Луны практически незаметна. Поэтому Луна оказалась сброшена далеко на более низкую орбиту в зону гравитационного влияния Марса. (Либо Марс был сброшен Юпитером на более низкую орбиту ближе к Луне)
Луна была захвачена и оказалась на довольно далёкой орбите вокруг Марса. Луна уступает Марсу по массе в 8,7 раза. Фактически образовалась двойная планета. Конечно, Марс не мог долго удерживать такой крупный спутник. Через некоторое достаточно короткое время, в результате гравитационного влияния самого Марса соседних планет и Солнца, Луна была оторвана от Марса. Таким образом, Луна оказалась на орбите вокруг Солнца в зоне гравитационного влиянии Земли. Затем захват Землёй Луны повторил сценарий захвата Луны Марсом. Но гравитационное влияние Земли гораздо сильнее, чем у Марса. По этой причине Луна гораздо прочнее связана с Землёй.
Таблица 4.
Средняя плотность планет земной группы:
Меркурий, как и Луна, был сброшен со своей орбиты где-то из района планет гигантов, но гораздо раньше, и последовательно побывал спутником Юпитера, Марса, Земли и наконец, оказался в зоне гравитационного влияния Венеры. Затем он был захвачен Венерой и длительное время был её спутником. О том, что у Венеры был крупный спутник, говорит мощная атмосфера, состоящая в основном из углекислого газа, высокой средней плотностью планеты, а также очень медленной скоростью вращения вокруг своей оси, что, несомненно, является результатом тормозящего действия бывшего очень крупного спутника Венеры. Углекислый газ мог выделиться из недр планеты в результате тектонической деятельности и извержения вулканов.
Есть несколько признаков, которые говорят о присутствии в прошлом у планеты крупных спутников или о том, что планета сама была спутником другой планеты.
1.Высокая тектоническая и вулканическая активность в прошлом.
2.Высокая средняя плотность планеты (Таблица 4).
3.Низкая скорость вращения вокруг своей оси.
Следы высокой тектонической и вулканической активности в прошлом наблюдаются на всех планетах так называемой земной группы, в том числе и на спутнике Земли Луне.
Скорость вращения вокруг своей оси Земли и Марса довольно большая, а Венера, Меркурий и Луна вращаются достаточно медленно. Из всех планет земной группы только Марс имеет, можно так сказать, аномально маленькую среднюю плотность, но это говорит только о том, что крупный спутник находился около него непродолжительное время. У Венеры – 3,4 град. и Меркурия – 7,0 град. довольно большое наклонение орбит. Если предположить, что у спутника Венеры Меркурия было также наклонение орбиты относительно эклиптики, то при отрыве их орбиты также получили большие наклонения.
https://drive.google.com/open?id=1WRjIJbaJ_aKEZZbrj_qUN83hyfvbD81W