Сразу стоит сказать, что «катастрофический этап», как и «планетоид» — термины малораспространённые и не определённые строго. Как правило, астрофизика ими не оперирует. Что не мешает последним исследованиям свидетельствовать о более высокой, чем считалось ранее, «катастрофичности» завершающего этапа слияния планетоидов в планеты.
Но, кстати, о планетоидах. Формирование твёрдых тел в протопланетном кольце, — уже после распада протопланетного диска на кольца, — начинается предельно мирно. И иначе протекать не может. Ибо пылинка не обладает гравитацией, позволяющей притянуть другую. Крупинки — хондры — образуются в результате соприкосновений пылевых частиц, летящих по близким орбитам. Сейчас кажется, что такое событие невероятно, но сейчас подобного и не происходит. Оставшаяся от протосолнечной туманности пыль уже израсходована.
О чём речь? О том, что механизм мирного воссоединения продолжает работать на этапе формирования пленетезималей, — тел размером миллиметры, сантиметры, метры, десятки метров, сотни, — потом уже километры. Гравитация всё ещё не играет большой роли. Лишь при достижении поперечника в сотни километров, можно сказать, что благодаря гравитации радиус захвата материала стал много больше собственного радиуса тела. Достигнув диаметра 500 километров планетезималь превращается в планетоид, меньшие тела притягивающий.
На данном этапе также сказывается и другое отличие, позволяющее выделить планетоиды в отдельный класс. Под собственным весом тело приобретает форму близкую к сферической. Способствует этому и разогрев, — сначала небольшой, лишь до пластичного состояния, — вызванный распадом изотопов. Химический состав тела, впрочем, остаётся одинаковым во всей толще, — соответствующим составу хондритов (для случая колец внутри снеговой линии, где в формировании тел не участвуют снег и замёрзшие газы). Однако, в хондритах много — где-то 20% — воды и газов «пойманных» в кристаллической решётке металло-силикатной основы.
С момента, когда тело начинает притягивать другие тела, процесс уже идёт веселее. Трофеи падают на поверхность со скоростью десятки, а потом и сотни метров в секунду. При этом, выделяется тепло. К радиационному и гравитационному (сжатие) нагреву добавляется ударный. При достижении диаметра около 1000 километров планетоид переживает расплавление и — частичную (внешние слои не затрагиваются) — дифференциацию недр. Формируется металлическое ядро, температура которого, однако, невысока. Часть воды и газов теряются.
...Тут важно отметить два обстоятельства. Расплавление недр в случае планетоида всегда кратковременно. Ибо внутренние источники энергии быстро иссякают. Гравитационное сжатие, подразумевающее сначала просто заполнение пустот (хондриты — пористая порода) замедляется. Внешний же ударный нагрев — стремительно нарастает, но затрагивает лишь внешние же слои. Которые, по мере увеличения диаметра, всё дальше от центра. Так и получается «холодное ядро», упоминания о котором иногда можно встретить в публикациях, — в том числе и моих.
Второй момент, — выделение тепловой энергии на поверхности планетоида растёт экспоненциально. Притянутые тела разгоняются до второй космической скорости и выбивают кратеры. Обломки породы, большей частью, покрутившись поблизости, падают назад. Никакая передача невозможна без потерь, а чтобы они улетели, их скорость должна оказаться выше второй космической. Это реализуемо, лишь в случае столкновения тел, летящих по сильно отличающимся орбитам. Например, в случае Земли метеорит пущенный «вдогон» врежется в кору со скоростью 11 км/ч, а встречный — «лоб в лоб» — со скоростью 60 км/с. И в последнем случае вероятность выброса большой массы обломков из гравитационной ямы велика.
По этой причине сейчас, когда орбиты перепутаны гравитацией планет, астероиды разрушаются в столкновениях. В момент формирования системы проблемы столкновений на высокой скорости ещё не существовало.
...И вот он — катастрофический этап. Кольцо на орбите Земли образовано тысячами крупных, растущих, принимающих сферическую форму тел. И неисчислимым множеством мелких, гибнущих. Орбиты уже не так однообразны, скорость столкновений растёт, и тела менее 500 километров в поперечнике тают. Само же кольцо по всему протяжению начинает посверкивать. Крупнейшие планетоиды глотают обломки планетезималей с такой скоростью, что часть вещества превращается в плазму.
Окружённые султанами взрывов и хороводами обломков тела растут быстрее всего. Их поверхность покрывается трещинами, сквозь которые просвечивает магма. Внешние слои разогреваются обломками и массами оседающей пыли. Однако, главная проблема в том, что плотное кольцо массивных тел — гравитационно-неустойчивое состояние. Даже два сравнимых по массе тела на одной орбите, — перебор. Планета — расчищает окрестности своей орбиты. Иногда делая исключения для мелочи в лагранжевых точках.
То есть, остаться должен только один. Несмотря на то, что орбиты планетоидов близки, скорость их столкновений — уже километры в секунду. Хотя большая часть масс в слияниях объединяется, система наполняется разлетающимися обломками — будущими ядрами долгопериодических комет. Только кажется, что вторая космическая скорость, — нечто почти недостижимое. Для планетоидов диаметром 1-3 тысячи километров она много ниже.
...Точно также вполне очевидным образом объясняется фантастика в описании завершающего события катастрофического этапа — столкновения Протоземли и гипотетической, имевшей размеры Марса Тейей. Расплескав жидкую силикатную мантию, так что из брызг, собравшихся как положено жидкости в невесомости в шар, рождается Луна, ядро Тейи врезается в земное ядро… Кстати, обломки ядра Тейи, вроде бы, обнаружены…
Картина выглядит так странно, как выглядит, поскольку строение планетоидов в тот момент было иным, чем у планет сейчас. Состояли такие тела из условно «холодного» твёрдого преимущественно железного ядра и очень горячей жидкой, — но «сухой», ибо все газы вытопились, — по преимуществу силикатной мантии.
В последующие сотни миллионов лет молодой Земле (хотя, казалось бы, это уже пройденный в эпоху образования планетоидов этап) пришлось заново переживать дифференциацию недр. Ядро было расплавлено и сформировано повторно.
Блог нуждается в поддержке. Кошелёк ЮMoney 4100 1168 3178 5907