CC BY
15PHYSICS AND MATHEMATICS
THEORY OF FORMATION OF PLANETARY SYSTEMS
Muzayev I.A.
Senior teacher of department of health and safety
Muzayeva L. V.
Candidate ofpedagogical sciences, senior teacher of department of information and communication technologies, Dagestan state pedagogical university
ТЕОРИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ПЛАНЕТНЫХ СИСТЕМ
Музаев И.А.
старший преподаватель кафедры безопасности жизнедеятельности
Музаева Л.В.
кандидат педагогических наук, старший преподаватель кафедры информационных и коммуникационных технологий, Дагестанский государственный педагогический университет
ABSTRACT
In this article, the mechanism of gravitational condensation of cryoconite is examined and, because of this process, is formation of stars and planetary systems. It is assumed that the center of gravitational condensation appears because of clinging of particles of cryoconite on the orientation of moments of impulse. Forming and rotation of протопланетного cloud is based on the twists lines of tension of the gravitational field.
АННОТАЦИЯ
В данной статье рассматривается механизм гравитационной конденсации космической пыли и, как следствие этого процесса, - образование звезд и планетных систем. Предполагается, что центр гравитационной конденсации образуется вследствие слипания частиц космической пыли по ориентации моментов импульса. Формирование и вращение протопланетного облака основывается на закрученности линий напряженности гравитационного поля.
Keywords: cosmic dust, gravitational condensation, the protoplanetary cloud, the intensity of the gravitational field, the angular momentum, the spiral of Archimedes.
Ключевые слова: космическая пыль, гравитационная конденсация, протопланетное облако, напряженность гравитационного поля, момент импульса, спираль Архимеда.
Каждая космогенная теория, рассматривающая происхождение Солнечной системы, внесла свой определенный вклад в понимание вопросов развития и эволюции Солнечной системы. Тем не менее, остаются не объясненными многие основополагающие факты, а именно:
- причины вращения Солнечной системы;
- орбиты всех планет лежат практически в плоскости солнечного экватора;
- направление вращения планет вокруг Солнца одинаково для всех планет и совпадает с направлением вращения Солнца;
- резкая диспропорция в распределении массы и момента импульса между Солнцем и планетами;
- плоская структура Солнечной системы.
Формирование звезд и планетных систем вокруг них не является следствием совпадений каких-то случайных событий, происходящих в космическом пространстве. Естественно, фактор случайности имеет место быть, но он не может влиять на общую картину эволюции небесных тел. Думается, существуют общие закономерности для всех космических объектов, основываясь на которых можно объяснить развитие и эволюцию космических объектов. Теория, приводимая в данной статье, спо-
собна объяснить механизм формирования планетных систем, а также развитие и эволюцию космических объектов, исходя из единства законов природы.
Данные, накопленные астрофизикой, говорят о том, что исходным материалом формирования планетных систем (образование звезд и планет вокруг них) являются газовые и пылевые облака с массой, в 105 раз большей массы солнца. Поскольку существенной разницы между газовыми и пылевыми туманностями нет, то они наблюдаются как единое целое - газопылевые туманности. Место рождения планетных систем - галактическая плоскость, где концентрируются облака наиболее плотного и холодного межзвездного газа и пыли.
Для астрофизиков огромное значение имеет изучение свойств космической пыли и выяснение того влияния, которое оказывает эта пыль на физические характеристики астрофизических объектов. Вопросы образования молекул и рождения звезд, -во всех этих проблемах огромная роль принадлежит космической пыли.
Приведем некоторые физические характеристики космической пыли. Концентрация частиц космической пыли в наиболее плотных участках межзвездной среды составляет порядка более
1012м3. Радиусы пылинок лежат в диапазоне 0,005 < г < 0,25 мкм. Массы пылинок в диапазоне от 10-15 до 10-9 кг. Температура космической пыли равна примерно T=10-20K [1].
Частицы космической пыли движутся хаотически и взаимодействуют друг с другом, соответственно, обладают кинетической энергией поступательного движения. Число соударений, происходящих в единицу времени, зависит от скорости хаотического движения частиц космической пыли и пропорционально их концентрации. Вследствие флуктуаций происходит возрастание плотности и давления, в силу этого число соударений в единицу времени увеличивается, и, соответственно, возрастает вероятность объединения частиц.
По мнению многих астрономов, на пылинках в межзвездной среде образуется ледяная мантия, которая состоит, в основном, из оксида углерода, воды и аммиака. Под воздействием излучения звезд в этой ледяной мантии могут происходить химические реакции, которые приводят к образованию более сложных органических соединений, которые имеют «липкие» свойства. Другими словами, пылинки могут обрастать такими органическими мантиями, благодаря которым они будут очень хорошо прилипать друг к другу, и это облегчит образование центра гравитационной конденсации, который является основой будущей звезды [2].
Механическое прилипание частиц действительно может объяснить формирование центра гравитационной конденсации, но не объясняет его вращение и образование протопланетного диска.
Для объяснения механизма формирования центра гравитационной конденсации и, как следствия этого процесса, - образование звезд и планетных систем, введем следующие предположения:
- любая частица, сформировавшаяся в невесомости, вращается вокруг собственной оси и обладает моментом импульса;
- при взаимодействии объединяются только те частицы, у которых моменты импульсов сонаправ-лены;
- гравитационное поле частицы жестко связано с самой частицей и вращается вместе с нею как единое целое, при этом траектории линий напряженности гравитационного поля имеют вид спиралей Архимеда.
Механизм формирования планетных систем
На раннем этапе пылинки слишком малы, чтобы они могли воздействовать друг на друга посредством гравитационного поля, так как кинетическая энергия пылинок даже при температуре реликтового излучения Т ~ 3К, намного превышает энергию гравитационного взаимодействия и межмолекулярного притяжения. Слипание пылинок на самом раннем этапе происходит под воздействием физических и химических сил [2].
При взаимодействии слипаются только те пылинки, у которых векторы моментов импульсов со-направлены. При таком взаимодействии пылинки могут слипаться друг с другом, не разрушаясь при этом. Слипание частиц происходит не только при лобовом ударе, но и при касательном соприкосновении, даже если линейные скорости пылинок со-направлены.
Некоторая часть кинетической энергии поступательного и вращательного движений слипающихся частиц переходит во внутреннюю энергию вновь образованной частицы, и температура частицы возрастает, принимая со временем первоначальное значение. Теплоотвод при этом происходит за счет теплового излучения в длинноволновом инфракрасном диапазоне. В процессе объединения частиц происходит уплотнение вновь образованной частицы, форма частицы приближается к сферической по мере увеличения массы, при этом уменьшается угол прецессии. Если предположить, что массы и угловые скорости слипающихся частиц одинаковы, то у вновь образованной частицы угловая скорость меньше, чем у исходных частиц.
Таким образом, спустя определенное время, формируется мега-пылинка, которая вращается вокруг собственной оси. Поэтому именно формирование первой мега-пылинки является определяющим фактором в образовании центра гравитационной конденсации космической пыли. Когда радиус мега-пылинки вырастает до размеров порядка нескольких сот метров, определяющую роль в формировании планетных систем играет гравитация. Далее начинается процесс гравитационной конденсации.
Рассмотрим структуру гравитационного поля тела массой М, угловая скорость вращения которого равна нулю. Для графического изображения гравитационного поля используют силовые линии (линии напряженности). Для количественной характеристики гравитационного поля в каждой его точке вводится физическая величина О, называемая напряженностью гравитационного поля. Напряженность поля - векторная величина. Она измеряется силой, с которой гравитационное поле действует на пробное тело единичной массы, помещенное в данную точку поля. Для поля, созданного телом массой М, линии напряженности представляют собой радиусы, проведенные из центра масс. Размерность напряженности О совпадает с размерностью ускорения.
Для данного случая падение частиц на тело массой М происходит следующим образом: все частицы падают на тело массой М, двигаясь по радиальным линиям, соединяющим частицу с центром масс. При таком формировании центра гравитационной конденсации невозможно объяснить ни его вращение, ни образование протопланетного диска (Рис. 1).
Рис.1. Структура гравитационного поля тела, не вращающегося вокруг собственной оси: 1 - центр гравитационной конденсации; 2 - линии напряженности гравитационного поля, 3 - частица.
Рассмотрим на экваториальной плоскости структуру гравитационного поля тела массой М, вращающегося с некоторой угловой скоростью. Силовые линии гравитационного поля жестко связаны с центром гравитационной конденсации и участвуют в его вращении вокруг центра масс как единое целое. Это означает, что гравитационное поле не только охватывает значительное пространство вокруг тела, но и вращается вместе с телом, увлекая за собой все другие внешние взаимодействующие материальные объекты.
В системе координат, неподвижной относительно центра гравитационной конденсации, траектории линий напряженности гравитационного поля имеют вид спиралей Архимеда, степень закручен-ности которых определяется угловой скоростью вращения.
Вследствие закрученности линий напряженности гравитационного поля вектор О направлен под некоторым углом в к линии, соединяющей космическую частицу с центром масс М. Величина угла
зависит от расстояния I между частицей и центром масс тела М. Для частиц, находящихся на небольших расстояниях от центра, угол в ~ 0о, а для очень удаленных частиц угол в близок к 90о (см. Рис.2). Поэтому вектор О можно разложить на тангенциальную составляющую От и на нормальную составляющую Оп. Тангенциальная составляющая ускорения характеризует быстроту изменения скорости по величине (направлена по касательной к траектории движения):
du
Нормальная составляющая ускорения характеризует быстроту изменения скорости по направлению (направлена к центру кривизны траектории):
и2
Gn=--
Рис.2. Структура гравитационного поля тела, вращающегося вокруг собственной оси: 1 - центр гравитационной конденсации; 2 - линии напряженности гравитационного поля, 3 - частицы.
Следовательно, частицы, находящиеся вблизи плоскости экватора центра гравитационной конденсации, движутся по спирали к центру. При этом возрастают нормальная и горизонтальная составляющие скорости частицы вследствие работы гравитационных сил. Частицы, горизонтальные скорости которых не достаточны для нахождения на круговых орбитах, падают к центру, - это те частицы, которые расположены на небольших расстояниях от центра. Дальние частицы приобретают горизонтальные скорости, достаточные для обращения вокруг центра по круговым орбитам, образуя прото-планетное облако, которое со временем становится все более плоским и плотным.
Для точек пространства с углом склонения а траектории силовых линий гравитационного поля описывают конус, вершина которого находится в центре гравитационной конденсации, при этом угол при вершине конуса равен (180о - 2а). Время падения частиц космической пыли на центр гравитационной конденсации зависит не только от расстояния между частицей и центром, но и от угла склонения, на котором находится частица. Частицы, находящие вблизи оси вращения центра, падают первыми. Падающая частица движется по спирали, описывая конус, вершина которого находится в центре гравитационной конденсации. Радиус основания конуса Я равен
Д = I • бЫ(90° - а),
где I - расстояние между частицей и центром; а - угол склонения. Шаг спирали при движении частицы по конусу увеличивается по мере приближения к центру. Следствием такого падения частиц является чрезвычайно плоская структура планетных систем.
Энергия падающей частицы идет на внутреннюю энергию центра гравитационной конденсации, повышая ее температуру, и на увеличение вращательного движения центра.
Частицы, находящиеся вблизи плоскости экватора центра, образуют протопланетное облако, имеющее форму диска, и этот диск вращается в сторону вращения центра гравитационной конденсации, т. е. в сторону вращения будущей звезды.
В протопланетном облаке появляются также центры гравитационной конденсации, которые являются началом фрагментации облака и началом формирования планет. Следовательно, все планеты обращаются в сторону вращения звезды. Например, в Солнечной системе планеты обращаются вокруг Солнца в одном направлении, по почти круговым орбитам, лежащим почти в одной плоскости - плоскости солнечного экватора. Большинство из них вращается вокруг своей оси в том же направлении, что и Солнце.
Подтверждением данной теории является и тот факт, что практически все спутники в Солнечной системе имеют орбиты, лежащие почти точно в экваториальной плоскости своих планет. Причем, все
спутники обращаются в сторону вращения планеты.
Основная масса частиц падает на центр гравитационной конденсации, т.е. на звезду. Поэтому большая часть массы объектов звездной системы приходится на звезду, в то время как на протопла-нетное облако, или на массу планет, идет менее 1% суммарной массы всей звездной системы. К примеру, для Солнечной системы масса Солнца составляет 99,866 % от суммарной массы всей Солнечной системы [3].
Произведение массы каждой планеты на ее расстояние от Солнца и ее орбитальную скорость называется моментом импульса этой планеты; произведение массы Солнца на его радиус и линейную скорость вращения представляет собой момент импульса Солнца. В общей сумме эти произведения дают момент импульса Солнечной системы, из которого 98% сосредоточено в планетах, а остальные 2% приходятся на долю Солнца [3].
Резкая диспропорция в распределении массы и момента импульса между Солнцем и планетами, которая явилась непреодолимым препятствием для многих космогонических гипотез, объясняется следующим образом. Это результат работы гравитационных сил, сообщающих частицам проплетенного диска, из которых сформировались планеты, соответственно и самым планетам, горизонтальные скорости, достаточные для обращения вокруг Солнца по круговым орбитам.
Предложенный механизм формирования сверхмассивной частицы на основе системы взаимодействия частиц по ориентации векторов моментов импульса позволил нам объяснить образование центра гравитационной конденсации вещества в космосе, аккумуляции пылинок в планеты и их спутники, т.е. механизм формирования планетных систем. Данная теория также объясняет, почему большая часть массы Солнечной системы сосредоточена в Солнце, а подавляющая часть момента импульса - во внешних планетах.
Из всего вышеизложенного мы делаем заключение, что вращение центра гравитационной конденсации и вместе с ней гравитационного поля, а также работа сил гравитационного поля являются определяющими факторами образования астрофизических объектов.
Список использованной литературы
1. Божокин С. В., Свойства космической пыли. Физика: Соросовский образовательный журнал, том 6, №6, 2000.- стр. 72-77.
2. Зеленый Л.М., Захаров А.В., Ксанфома-лити Л.В., Исследования Солнечной системы: состояние и перспективы. Журнал «Успехи физических наук» том 179, №10, 2009. - стр. 11181140
3. Крот А.М. Статистическая теория гравити-рующих космогонических тел. - Минск: Белорусская навука, 2012.- 448с.
