Формирование архитектуры Солнечной системы на основе фундаментальных физических принципов
AstroNews.ru - 01 Января 2022 20:00:24
В новой научной работе астрономы смогли связать свойства внутренних планет нашей Солнечной системы с историей космоса – а именно, с появлением колец во вращающемся газопылевом диске, из которого происходило формирование планет. Эти кольца связаны с базовыми физическими свойствами вещества и могут формироваться, например, при переходе от зоны, где вода существует в форме льда, к зоне, где вода существует лишь в форме пара. Астрономы произвели подробное моделирование большого числа сценариев на основе этих принципов и получили ряд интересных выводов о формировании нашей планетной системы, а также других планетных систем.
Общая картина формирования планет в системах вокруг звезд давно известна ученым, однако детали механизма постоянно выясняются и дополняются в новых исследованиях. В общих чертах формирование планет происходит так: вокруг звезды формируется протопланетный диск из газа и пыли, внутри этого диска начинают формироваться небольшие протопланетные тела, которые постепенно слипаются между собой и растут до объектов размерами в тысячи километров – то есть становятся планетами.
Однако, когда в 2014 г. астрономы смогли взглянуть на систему звезды HL Тельца напрямую при помощи обсерватории ALMA, они обнаружили сложную структуру из чередующихся колец и щелей в диске, которая указывала на сложный механизм формирования планетной системы.
В новом исследовании группа под руководством Андре Изидоро (Andre Izidoro) из Университета Райса, США, поставила перед собой задачу объяснить наблюдаемые свойства объектов Солнечной системы, прежде всего ее внутренних планет – Меркурия, Венеры, Земли и Марса – исходя из модели, включающей три скачка давления в диске. Эти скачки давления вызывают формирование колец и щелей в диске и объясняются фундаментальной физикой: первый скачок давления (если двигаться от звезды) – конденсацией силикатов (1400 Кельвинов), второй скачок давления, «водяная снеговая линия» – конденсацией воды (170 Кельвинов, это значение при моделировании было принято ниже температуры испарения воды на поверхности Земли, поскольку давление в протопланетном диске меньше, чем давление атмосферы на поверхности нашей планеты), третий скачок давления, «снеговая линия монооксида углерода» - конденсацией монооксида углерода (30 Кельвинов). Когда сформировавшиеся планетезимали движутся к звезде под действием гравитации и встречают на своем пути область повышенного давления, они замедляются и начинают слипаться между собой, формируя более крупные объекты.
Согласно результатам моделирования, проведенного Изидоро и его группой, скачки давления в Солнечной системе объясняют формирование большинства известных в ней объектов. Если перепад давления на водяной снеговой линии сформировался рано в истории планетной системы, то во внутренней части формировались планеты земного типа небольшой массы, как в нашей Солнечной системе. Если перепад давления на водяной снеговой линии сформировался позднее в истории планетной системы или был нечетким, то большее количество массы могло мигрировать во внутреннюю часть системы, и в ней формировались массивные суперземли или мини-Нептуны. Намного более вероятным и распространенным во Вселенной является второй из этих двух вариантов планетной системы, отмечают авторы.
Работа опубликована в журнале Nature Astronomy.