Как образуются планеты? – Атлас мира

За последние 30 лет ученые открыли более 4000 планет в Млечном Пути. Данные показывают, что каждая звезда сопровождается одной или несколькими планетами, а это означает, что формирование планет, вероятно, является нормальной частью звездообразования. Когда-то считалось, что процесс формирования планет был настолько редким, что планеты есть только у Солнца, однако теперь стало понятно, что количество планет, вероятно, превышает количество звезд. Как формируются планеты вокруг звезд?

Как получить материалы для планет

Крабовидная туманность — остаток сверхновой, образовавшийся после взрыва массивной звезды, НАСА

Как и во многих науках, наша логическая интуиция может ошибаться. Это может показаться странным, но более крупные звезды на самом деле имеют более короткую продолжительность жизни, чем более мелкие звезды. Это не разница, скажем, на несколько миллионов лет или около того. Самые маленькие звезды, называемые красными карликами, могут жить сотни миллиардов и, возможно, даже триллионы лет. Это приблизительные оценки, потому что продолжительность их жизни настолько велика, что во всей Вселенной нет красных карликов такого преклонного возраста. Хотя они содержат гораздо больше водородного топлива, чем молодые звезды, более крупные звезды будут существовать в среднем менее 100 миллионов лет, что является относительно коротким сроком жизни, учитывая, что красные карлики могут жить триллионы. Интересно, что не количество водорода определяет продолжительность жизни звезды, а скорость, с которой этот водород превращается в более тяжелые элементы. Более массивные звезды имеют гораздо более высокую температуру ядра, из-за чего они сгорают, выделяя водород с гораздо большей скоростью, чем звезды с малой массой. Как ни печально кажется, что самые яркие звезды живут быстро и умирают молодыми, но ни нашего Солнца, ни самих планет здесь не было бы, если бы это было не так.

Более высокие температуры ядра означают, что массивные звезды могут образовывать в своих ядрах гораздо большее разнообразие тяжелых элементов, чем звезды с небольшими массами. Многие минералы, такие как магний и железо, происходят из звезд с большой массой. Когда массивная звезда истощает свой запас водорода и превращает большую его часть в более тяжелые элементы, звезда начинает коллапсировать под действием собственной гравитации. Обычно это происходит, когда в ядре звезды образуется железо, потому что для синтеза железа с более тяжелыми элементами требуется больше энергии, чем выделяется. Железо поглощает энергию звезды, а не вносит вклад в питание звезды. Когда звезда коллапсирует, ее внешние слои отскакивают от ядра и взрываются, образуя сверхновую. Во время вспышки сверхновой высвобождаемая энергия может превышать совокупную энергию любой другой звезды в галактике, что делает это событие одним из самых ярких событий во Вселенной. Энергия настолько интенсивна, что железо может сливаться в более тяжелые элементы, такие как золото и серебро, в течение очень короткого периода времени.

Без взрывов сверхновых тяжелые элементы внутри массивных звезд не смогли бы разлететься в космос. В конце концов, тот же самый материал, который когда-то состоял из массивной звезды, будет использован для формирования совершенно новой звезды с собственной солнечной системой. Основываясь на составе Солнца, астрономы полагают, что наша звезда является звездой второго или третьего поколения, а это означает, что одна или две звезды превратились в сверхновую до нашего Солнца, чтобы сформировать его и его планеты.

От звездной пыли до планеты

Туманность Ориона
Туманность Ориона — обширная область звездообразования, в которой ученые обнаружили ряд формирующихся солнечных систем, сообщает НАСА.

Как перейти от звездной пыли к планетам? Этот процесс был и остается несколько неоднозначным. Когда формируется звезда, вокруг нее формируется гигантский диск из звездного материала, называемый протопланетным диском. Внутри этого вращающегося диска звездной пыли начинают формироваться планеты и их луны. На протяжении десятилетий астрономы уже предполагали, что наше Солнце уникально тем, что считается единственной планетарной звездой. Это было связано с тем, что все процессы, которые астрономы могли разработать, вряд ли происходили вокруг других звезд. Однако в 1996 году астрономы объявили о подтверждении открытия первой планеты, вращающейся вокруг звезды, отличной от нашего Солнца. Это открытие последовало за двумя десятилетиями обширных исследований экзопланет и показало, что каждая звезда, которую мы видим, вероятно, сопровождается своими планетами.

Телескопы обнаружили и подтвердили существование дисков формирования планет вокруг молодых звезд в областях звездообразования. Хотя эти открытия подтвердили, что планеты формируются вокруг звезд в дисках звездного вещества, последующие наблюдения поставили больше вопросов, чем ответов. Примечательно, что протопланетные диски, как правило, не существуют очень долго (с астрономической точки зрения). В среднем протопланетный диск будет существовать всего 10 миллионов лет, прежде чем рассеется в окружающем пространстве или упадет на формирующуюся звезду. Это означает, что Солнечная система должна сформироваться в течение 10 миллионов лет, что является коротким периодом времени, особенно если учесть, что многие геологические процессы на самих планетах могут разворачиваться дольше. Теперь задача заключалась в том, чтобы разгадать тайну того, как звездная пыль могла создать в этом окне целую солнечную систему.

Текущая модель формирования планет проста и понятна. Все начинается с крошечных частиц пыли на орбите вокруг звезды. Притяжения между этими маленькими частицами недостаточно, чтобы удерживать их вместе для образования более крупных тел, поэтому для образования первых крупных камней электростатическая сила должна удерживать их вместе. Частицы пыли будут иметь электрический заряд; Таким образом, отрицательно заряженные и положительно заряженные будут притягиваться и наоборот. Однако электростатической силы будет недостаточно, когда все станет слишком большим. К счастью, у нас есть силы взять на себя управление, как только это произойдет. Как только объекты становятся достаточно большими, чтобы гравитация стала значимой, рост планеты становится экспоненциальным, поскольку более массивные объекты сталкиваются и слипаются, увеличивая их гравитационное притяжение и притягивая больше материала. Как только формируются планеты, начинается новый процесс, независимо от того, цел ли еще протопланетный диск.

столкновение планет

Астрономы полагают, что даже в нашей Солнечной системе когда-то могло быть домом для сотни или более планет, выросших из протопланетного диска. У нас больше нет почти такого количества планет вокруг Солнца, и причина в том, что для формирования нынешних планет планеты должны столкнуться друг с другом. Как правило, более крупные планеты имеют тенденцию поглощать более мелкие планеты при столкновении, делая более крупные планеты еще больше. Считается, что в нашей Солнечной системе каждая планета прошла через этот процесс, поскольку газовые гиганты неизбежно сталкиваются, поглощая больше планет, чем их твердые собратья. Даже Земле пришлось пережить крупное столкновение, которое, по мнению астрономов, привело к образованию нашей Луны. Около 4,5 миллиардов лет назад молодая Земля находилась на пути столкновения с планетой размером с Марс под названием Тейя. Поскольку планеты были относительно большими по сравнению друг с другом, молодой Земле угрожала опасность раскола на части. Однако Земле повезло, и Тея разбилась под правильным углом, чтобы разбить только часть нашего мира и отправить материю на орбиту. В течение короткого периода времени Земля, вероятно, имела кольцо на своей орбите, а планетарные обломки кольца в конечном итоге сформировали нашу Луну.

Leave a Comment