Формирование звёзд и планет с точки зрения школьной физики. Детальный алгоритм рождения звёзд и появления планет, и следствия из него - страница 19

Теперь возвращаемся к исходной реальной задаче, в которой есть не две группы снежков на двух орбитах, а целый рой на всех возможных орбитах. Исходно, после фазы начальных массовых столкновений, снежки должны вращаться почти стационарно, по близким к круговым орбитам. Далее взаимодействуя случайным образом друг с другом, они начинают медленно изменять свои орбиты на эллиптические, до тех пор, пока орбиты наконец не сблизятся настолько, что летящие по ним снежки наконец не получат возможность войти в сферу ближнего притяжения друг с другом, с последующим столкновением. То есть, перед самым столкновением орбиты двух сталкивающихся снежков будут являться двумя едва касающимися друг друга эллипсами, орбита одного снежка будет в основном внутри орбиты другого. А раз так, то повторяя те же рассуждения, что и для круговых орбит упрощённой задачи, получаем, что в момент столкновения, скорость снежка с внешней, более высокой орбиты оказывается немного больше скорости снежка с внутренней низкой орбиты, и результат их столкновения имеет то же направление собственного вращения, что и направления вращения орбит обоих снежков вокруг Солнца.

Конечно, иногда будут происходить и столкновения снежков на сильно пересекающихся траекториях, и тогда будут не касания орбит, а именно их пересечения, и в результате слипания итоговый комок может получать самые неожиданные направления вращения. Например, мы забыли что движение снежков происходит в трёхмерном пространстве, а значит и результат столкновения будет трёхмерным телом, имеющим две степени свободы для момента вращения. Но в среднем, большинство столкновений будут происходить после длительных медленных взаимодействий, когда орбиты едва только успеют соприкоснуться. И таким образом, среднестатистически по мере столкновений, момент вращения образующейся протопланеты будет всё больше увеличиваться именно в нужную сторону. Ну а то, что оси вращения планет не идеально совпадают с осью вращения их орбит, связано именно с тем, что статистический метод работает только при столкновении огромного числа малых сгустков. А вот на последнем этапе, при столкновении уже реально больших планет типа Марса, для формирования Земли, очень важную роль уже играет случайность, и возможность планет лететь не строго в математической плоскости экватора – пролети одна из сталкивающихся планет тысячей километров выше или ниже экватора, и момент вращения результата столкновения может измениться очень сильно в любую сторону.

Зададимся таким вопросом – когда именно, то есть на какой стадии из газопылевого диска вокруг звезды успели сформироваться планеты? Кто же старше – Земля или Солнце? И почему планеты имеют столь разную плотность, а значит и разный химический состав, если все они сформированы из одного облака? И наконец – откуда в космосе могли взяться не просто ледяные или каменные метеориты, но так же и железо-никелевые, которые вроде бы должны были быть получены из центров столкнувшихся планет – чего никак не могло произойти, о чём говорят все результаты компьютерных моделирований столкновений.

Разумеется, если только планета не захвачена из иной звёздной системы, она младше протосолнца, ведь до его формирования в качестве центрального массивного элемента диска, не мог сформироваться и сам пылевой диск. Однако мы уже знаем, что как только протозвезда становится квазизвездой, она начинает очень интенсивно светить – нашему Солнцу понадобилось бы минимум 50млн лет, чтобы при нынешней светимости (3*10^26Вт, 10^34 Дж/год) высветить всю энергию гравитационного падения материала (это минимум 5*10^41Дж). А что если наша исходная квазизвезда была не тусклой долгоживущей туманностью, а наоборот достаточно яркой (что-то типа Бетельгейзе, которая светит как сто тысяч солнц, мы же возьмём всего десять тысяч светимостей солнца), и при этом светила достаточно долго, при выбранной светимости срок высвечивания гравитационной энергии 10тысяч лет – вполне исторически значимое время, которое могло бы показаться «вечным» для молодой цивилизации в находящейся неподалёку звёздной системе.