Формирование звёзд и планет с точки зрения школьной физики. Детальный алгоритм рождения звёзд и появления планет, и следствия из него - страница 5

Химический состав Солнца возьмём из Википедии [1] – оно состоит из водорода (73% от массы), гелия (25%), на 1 млн атомов водорода приходится 98 000 атомов гелия, 851 атом кислорода, 398 атомов углерода, 123 атома неона, 100 атомов азота, 47 атомов железа, 38 атомов магния, 35 атомов кремния, 16 атомов серы, 4 атома аргона, 3 атома алюминия, по 2 атома никеля, натрия и кальция, и малое количество прочих элементов.

Начальные данные для размера облака возьмём на глазок, по параметру его прозрачности. Когда мы смотрим в небо и видим там звёзды, мы смотрим вертикально вверх сквозь толщу атмосферы – газа массой в 10тонн на кв. метр, а если посмотреть вбок – толщина слоя уже около 30—100 тонн, и всё равно газ прозрачен. В исходном облаке можно ожидать того же, только с примесью разных тяжёлых атомов. Значит, можно принять, что исходно облако было с концентрацией вещества такой, что при взгляде насквозь на квадратный метр приходилось 1 тонна газа, отчего облако было полупрозрачным. Отсюда получаем, что диаметр облака будет порядка (10^31 / 10^3) ^0.5=10^14метров, или около 1000АЕ. Значит, средняя плотность вещества в нём около 10^-11кг/кубометр, или что то же самое 6*10^15 атомов водорода в кубометре, или 6 миллионов в куб. миллиметре. Длина свободного пробега молекул будет порядка километров.

Итак, плывёт себе в космическом пространстве облако пыли и газа… СТОП, вопрос первый – откуда пыль? Изначально было именно облако газа, получившегося после остывания плазмы, состоящее из отдельных атомов и самых простейших 2-5-атомных молекул, в основном гидридов, и сам водород тоже превратился в молекулярный газ. И в каждом куб. мм есть около 3000 молекул гидрида кислорода, то есть воды. А температура облака единицы кельвинов на границе, и десятки ближе к центру – чтобы противостоять хоть и мизерному, но всё же имеющемуся давлению, возникающему при микрогравитации.

Предполагая, что это облако в первом приближении почти шарообразное, слегка вращается, и с почти равномерной плотностью, то оно вызывает некоторое притяжение к геометрическому центру, которое возрастает от центра к периферии. И на границе облака, на расстоянии 500 АЕ от центра, где притягивает вся масса облака, ускорение свободного падения составляет уже 10^-7 м/сек^2, или – одну стамиллионную от ускорения свободного падения на уровне Земли. Таким образом, мы прописали все начальные условия для моделирования небулярной гипотезы, впервые предложенной ещё Кантом и развитой Лапласом.

Итак, у нас имеется облако указанной плотности, с числом молекул порядка 10^15 штук в кубометре, и длиной свободного пробега частиц между соударениями порядка 1—5 километров. Температура газа в этом облаке от единиц кельвинов на границе до десятков в центре. И соответственно, скорость молекул водорода должна быть порядка 200—1000м/сек (температура от 3 до 75 градусов кельвина). Соответственно, ежесекундно молекулы испытывают порядка 0.01—1 соударений.

И что же в таких условиях происходит в газе, состоящем из смеси самых разных молекул и атомов, охватывающих всю таблицу Менделеева? Как известно из обзорного курса ядерных технологий, обогащение урана нужными изотопами происходит в центрифугах, когда под действием большого ускорения, тяжёлые элементы быстрее падают вниз (к стенке центрифуги), нежели лёгкие. Здесь у нас ситуация вроде бы прямо противоположная – ускорение просто микроскопическое. Но зато, в отличие от центрифуги, у нас и температура газа гораздо ниже (на порядок или два), и давление ниже в миллиарды раз, и что самое главное – отношение весов молекул и атомов гораздо более высокое. Хочется понять, с какой скоростью в таких условиях может падать отдельная частичка?