ТЕОРІЯ АККРЕЦІЇ: ПЕРЕДУМОВИ ТА ПОЯСНЕННЯ - ФІЗИЧНІ - 2025

Т eoría акреції (або зрощення) в астрофізиці, пояснює , що планети і інші небесні тіла утворюються шляхом конденсації дрібних частинок пилу , які залучають під дією сили тяжіння.

Ідею, що планети формують таким чином, висунув російський геофізик Отто Шмідт (1891-1956) у 1944 році; Він запропонував, щоб величезна хмара газу і пилу, у формі сплющеного диска, оточувала Сонце на ранній Сонячній системі.

Малюнок 1. Поняття художника про протопланетний диск, з якого за допомогою аккреції утворюються планети. Джерело: Wikimedia Commons.

Шмідт стверджував, що Сонце придбало цю хмару в поєднанні з іншою зіркою, яка, здійснюючись своїм рухом по галактиці, проходила одночасно через туманність, багату пилом і газом. Близькість іншої зірки допомогла нашим захопити матерію, яка згодом конденсувалася.

Гіпотези про утворення Сонячної системи поділяються на дві категорії: еволюційні та катастрофічні. Перші стверджують, що і Сонце, і планети розвиваються в рамках одного процесу і датуються ідеями, запропонованими Інманюелем Кант (1724-1804) та П'єром Саймоном де Лапласом (1749-1827).

Другий момент на катастрофічну подію, таку як зіткнення чи близькість з іншою зіркою, як тригери для планетарного формування. Спочатку гіпотеза Шмідта потрапила до цієї категорії.

Пояснення

Сьогодні є спостереження молодих зіркових систем та достатня обчислювальна потужність для виконання чисельних моделювань. Ось чому катастрофічні теорії відмовилися на користь еволюційних.

Туманна гіпотеза утворення Сонячної системи в даний час найбільш прийнята науковим співтовариством, зберігаючи нарощення як процес формування планети.

Що стосується нашої Сонячної системи, 4,5 мільярди років тому гравітаційне тягнення зібрало дрібні частинки космічного пилу - розміром від декількох ангстрем до 1 сантиметра - навколо центральної точки, утворюючи хмару.

Ця хмара була батьківщиною Сонця та його планет. Припускається, що походженням космічного пилу могло бути попередній вибух наднової: зірки, яка жорстоко розвалилася і розкинула свої залишки по космосу.

У найгустіших областях хмари частинки стикалися частіше через близькість і почали втрачати кінетичну енергію.

Тоді гравітаційна енергія змусила хмару руйнуватися під власною гравітацією. Так народилася протозірка. Гравітація продовжувала діяти, поки не сформувала диск, з якого сформувалися спочатку кільця, а згодом планети.

Тим часом Сонце в центрі ущільнилося, і коли воно досягло певної критичної маси, всередині нього почали відбуватися реакції ядерного синтезу. Ці реакції - це те, що підтримує Сонце та будь-які зірки.

Високоенергетичні частинки просувалися від Сонця, яке відоме як сонячний вітер. Це допомогло очистити сміття, викинувши його.

Формування планет

Астрономи припускають, що після народження нашого зіркового царя диск пилу та газу, який оточував його, залишався там щонайменше 100 мільйонів років, дозволяючи достатньо часу для формування планети.

Малюнок 2. Діаграма Сонячної системи сьогодні. Джерело: Wikimedia Commons.

У нашому часовому масштабі цей період виглядає як вічність, але насправді це лише короткий момент у часі Всесвіту.

У цей час утворилися більші об'єкти, діаметром близько 100 км, які називали планетомасими. Вони є зародками майбутньої планети.

Енергія новонародженого Сонця допомогла випаровувати гази та пил з диска, і це значно скоротило час народження нових планет. Тим часом зіткнення продовжували додавати матерії, оскільки це саме нарощення.

Моделі планетарного формування

Дивлячись на формування молодих зірок, вчені отримують уявлення про те, як формувалася наша власна Сонячна система. На початку виникли труднощі: ці зірки ховаються у видимому частотному діапазоні через хмари космічного пилу, які їх оточують.

Але завдяки телескопам з інфрачервоними датчиками може проникнути космічна пилова хмара. Показано, що в більшості туманностей Чумацького Шляху утворюються зірки, і, безумовно, планети, які їх супроводжують.

Три моделі

З усієї інформації, зібраної до цього часу, запропоновано три моделі щодо формування планети. Найпоширенішою є теорія нарощування, яка добре працює для скелястих планет, таких як Земля, але не так добре для газових гігантів, як Юпітер та інші зовнішні планети.

Друга модель - це варіант попередньої. Це підтверджує, що утворюються перші скелі, які гравітаційно притягуються одна до одної, прискорюючи планетарне утворення.

Нарешті, третя модель заснована на нестабільності диска, і саме вона найкраще пояснює утворення газових гігантів.

Модель ядерного нарощення та скелясті планети

З народженням Сонця решта матеріалів почала згукуватися. Утворилися більші скупчення і легкі елементи, такі як гелій і водень, були змітані сонячним вітром до регіонів, віддалених від центру.

Таким чином, важчі елементи та сполуки, такі як метали та силікати, могли б породити скелясті планети, близькі до Сонця. Згодом розпочався процес геохімічної диференціації та утворилися різні шари Землі.

З іншого боку, відомо, що вплив сонячного вітру зменшується з відстані. Вдалині від Сонця можуть збиратися гази, утворені легкими елементами. На цих відстанях температури морозу сприяють конденсації молекул води та метану, породжуючи газоподібні планети.

Астрономи стверджують, що вздовж поясу астероїдів існує межа, яка називається "крижаною лінією" між Марсом та Юпітером. Там частота зіткнень була нижчою, але висока швидкість конденсації породила планетезимали значно більших розмірів.

Таким чином були створені планети-гіганти в процесі, який цікаво зайняв менше часу, ніж процес формування скелястих планет.

Теорія нарощування та екзопланети

З відкриттям екзопланет та зібраною інформацією про них вчені цілком впевнені, що модель акреції є основним процесом планетарного формування.

Це тому, що модель дуже адекватно пояснює утворення скельних планет на зразок Землі. Незважаючи ні на що, значна частина відкритих досі екзопланет є газоподібного типу, розміром, порівнянним з розміром Юпітера або набагато більшим.

Спостереження також вказують, що навколо зірок переважають газоподібні планети з більш важкими елементами в ядрах. З іншого боку, скелясті утворюються навколо зірок зі світлими ядрами, а Сонце - одне з таких.

Малюнок 3. Представлення художником екзопланети Kepler 62f навколо її зірки, в сузір'ї Ліри. Джерело: Wikimedia Commons.

Але в 2005 році скелею екзопланети було нарешті виявлено на орбіті зірки сонячного типу. Певним чином це відкриття та інші, що слідували за ним, вказують на те, що скелясті планети також відносно великі.

Для вивчення екзопланет та їх формування в 2017 році Європейське космічне агентство запустило супутник CHEOPS (Характеризуючи супутник ExOPlanets). Супутник використовує високочутливий фотометр для вимірювання світла від інших зіркових систем.

Коли планета проходить перед зіркою, вона відчуває зменшення яскравості. Аналізуючи це світло, можна дізнатись розміри та чи це газоподібні чи скелясті планети-гіганти, такі як Земля та Марс.

Зі спостережень у молодих системах можна буде зрозуміти, як відбувається аккреція при планетарному формуванні.

Список літератури

1. Країна. Це «Хеопс», іспанський супутник для вимірювання екзопланет. Відновлено з: elpais.com.
2. Мисливці на планету. Що ми насправді розуміємо про планетарну формацію ?. Відновлено з: blog.planethunters.org.
3. Сергєєв, А. Народився з пилу. Відновлено з: vokrugsveta.ru.
4. Формування Сонячної системи Розділ 8. Відновлено з: asp.colorado.edu.
5. Тейлор, Н. Як формувалася Сонячна система? Відновлено з: space.com.
6. Вульфсон, М. Походження та еволюція Сонячної системи. Відновлено з: academ.oup.com.