WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


1 Электронный научно-информационный журнал «Вестник Отделения наук о Земле РАН» №1(21)2003 URL: http://www.scgis.ru/russian/cp1251/h_dgggms/1-2003/informbul-1/planet-6.pdf ПОДТВЕРЖДЕНИЕ ГИПОТЕЗЫ О.Ю. ШМИДТА О ПРИРОДЕ ТВЕРДОГО ЯДРА ПЛАНЕТ-ГИГАНТОВ Баренбаум А.А. (ИПНГ РАН) Полвека назад О.Ю. Шмидт высказал мысль [1], что в центре планет-гигантов может находиться твердое ядро, аналогичное планетам земной группы. Данное предположение сегодня получает полное подтверждение [2].

В табл. 1 сопоставлены параметры ТКЛ-ядра и внешней конвективной оболочки планетгигантов по данным двух расчетов. По результатам физико-математического моделирования внутреннего строения Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна [3, 4] и на основании гипотезы формирования этих планет в две стадии [5] в рамках космогонической концепции «Открытой Солнечной системы (КОСС)», предполагающей гибель планеты Фаэтон [2].

Таблица 1 ВНУТРЕННЕЕ СТРОЕНИЕ И СОСТАВ ПЛАНЕТ-ГИГАНТОВ Основные Юпитер Сатурн Уран Нептун параметры [3] Табл.2 [3] Табл.2 [4] Табл.2 [4] Табл.2 5.0 4.1 5.7 6.7 13.72 11.84 16.56 17.07 Масса ТКЛ - ядра 18 % 17.5 % 15 % 3 % 312.

313.7 89.3 88.4 0.88 2.76 0.51 0 8 Масса оболочки 0.3 % 1.0 % - - Компонентный TК - 3.7 ТК – 1.4 ТКЛ - 10 ТКЛ – 10 состав оболочки Л - 16.0 Л – 24.0 Г – 90 Г – 90 (%) Г - 80.3 Г – 74.6 ТК – твердая компонента, Л – льды, Г – газы. Все массы выражены в единицах массы Земли.

Расхождения обоих расчетов указаны в %.

1. Физико-математическое моделирование Модели Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна [3, 4] построены таким образом, что отвечают известным из наблюдений значениям масс, радиусов, периодов осевого вращения, а также вторых и четвертых гравитационных моментов каждой из планет.

Из этих моделей следует, что планеты-гиганты как минимум двухслойны. Они состоят из центрального твердого ядра и окружающей его газо-жидкой конвективной оболочки. Наряду с газами Н2, Не, Ne и др. (Г-компонента) в состав планет обязательно должно входить некоторое количество льдов веществ средней летучести Н2О, СН4, NH3 и др. (Л-компонента), а также тяжелых нелетучих соединений преимущественно в виде оксидов Si, Mg, Fe, не окисленного железа и Fe-Ni сплава (ТК-компонента). В зависимости от температуры конденсации этих веществ, состав и соотношение ледяной и газовой компонент в конвективной оболочке планет может меняться, а центральное ядро будет содержать разное количество Л-компоненты.

Физические модели планет-гигантов также свидетельствуют, что входящее в их состав ТК- вещество наряду с центральным ядром должно присутствовать в рассеянном виде и в газоледяной оболочке. При переходе от Юпитера к Сатурну и далее к Урану и Нептуну масса центрального ядра и его доля в составе планет неуклонно растут, а содержание ТК- материала в оболочке снижается.

2. Расчет на основе КОСС В концепции КОСС предполагается, что вследствие гибели Фаэтона, приведшей к образованию пояса астероидных тел, с этими телами происходили интенсивные столкновения комет струйных потоков Галактики. В результате чего с внешней стороны пояса астероидов возник вторичный газопылевой диск Солнца, из вещества которого и сформировались планетыгиганты.

Первоначальные массы планет, а также изменения этих масс после гибели Фаэтона могут быть установлены с помощью приема, показанного на рис. 1, где приведена зависимость распределенной массы вещества Солнечной системы от гелиоцентрического расстояния. Распределенная масса определена как i(Ri) = Mi/Ri3, где Mi и Ri масса и удаление от Солнца отдельных планет [6].

lg -Венера Юпитер Земля -Меркурий Сатурн -Марс -Уран -Нептун -Астероиды -13 14 lg R Удаление от Солнца, см Рис.1. Распределенная масса вещества Солнечной системы.

Разделительной линией, позволяющей найти массы планет на первой стадии образования, служит прямая линия, проходящая через точки Венеры, Земли, Урана и Нептуна. Эта линия проведена с таким расчетом, чтобы удовлетворить сразу трем требованиям: 1) постоянству масс Венеры и Нептуна Mi = Mi до и после гибели Фаэтона; 2) степенной зависимости функции (R) на первом этапе планетообразования и 3) экспоненциальному уменьшению массы вещества Mi = Mi - Mi, захваченной внешними к поясу планетами, с их удалением от кольца.

Вычисленные на основе такой интерпретации массы планет до гибели Фаэтона Mi, а также абсолютные Mi = Mi- Mi и относительные Mi/Mi изменения этих масс по сравнению с современными значениями Mi приведены в табл. 2.

Таблица МАССЫ ПЛАНЕТ НА ПЕРВОМ И ВТОРОМ ЭТАПАХ ОБРАЗОВАНИЯ, 1027 Г Современная Начальная Изменение Отношение Планета масса Mi масса Mi массы Mi масс Mi/Mi Меркурий 0.333 2.88 –2.56 0.Венера 4.87 4.87 0 Земля 5.97 6.37 0.-0.Марс 0.642 8.96 0.-8.Фаэтон 0.0042 14.-14.75 2.8510-Юпитер 1899 24.43 +1874.6 77.Сатурн 568 40.06 +528 14.Уран 87.2 70.72 +16.5 1.Нептун 102 102 0 Плутон 0.- - - Предполагается, что изначально массы планет кроме Плутона отвечали степенной зависимости, унаследованной с протопланетной стадии. Однако после гибели Фаэтона многие планеты Солнечной системы претерпели изменения, которые отразились на их массе, строении и среднем составе вещества.

Венера и Нептун, находившиеся на достаточно большом удалении от Фаэтона, практически не изменили свои массы. К этим двум планетам примыкают Земля и Уран, изменившие их относительно слабо.

В отличие от этих четырех планет все другие планеты Солнечной системы после гибели Фаэтона изменились гораздо сильнее, что привело к смещению их положений на рис. 1 от разделительной линии. Отклонение вверх от этой линии было связано с захватом планетами нового вещества - в основном испарявшихся и выбрасываемых из кольца кометных газов и обломков астероидов, а смещение вниз, наоборот, с потерей планетами собственной массы. Таким образом, в то время как внешние планеты (Юпитер, Сатурн и Уран) набирали новое вещество и обзаводились системами спутников, внутренние планеты за исключением Венеры теряли собственную массу.

Чем ближе находилась планета к кольцу астероидов, тем большую массу газопылевого вещества она захватила. Из-за большей удаленности от кольца Нептун присоединил к себе этого вещества крайне мало, Уран – больше, и более всего Сатурн и особенно Юпитер.

В табл. 2 приведены массы ядра и оболочки Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна, найденные в предположении, что после гибели Фаэтона эти планеты, имея массу Mi, приобрели M нового вещества, ставшего их оболочкой.

3. Обсуждение результатов и выводы Сопоставление данных табл. 1 показывает, что постулируемый в КОСС двух стадийный механизм образования планет-гигантов хорошо объясняет особенности вещественного состава и внутреннего строения этих планет. Отклонения от «точных» моделей планет-гигантов хотя и имеются, однако, во всех случаях они малы. Для более массивной оболочки эти отклонения составляют 0.3% у Юпитера, 1% – у Сатурна, 15% – Урана и 3% – Нептуна.

В этой связи заметим, что модели [3, 4] – это численные решения обратной задачи, состоящей в определении характеристик внутреннего строения планет-гигантов по их внешним физическим параметрам. Такие решения, как известно, далеко не всегда оказываются однозначными и тем более точными.

Столь хорошее согласие значений масс оболочек, полученных на основе двух принципиально разных подходов, на наш взгляд, не может быть просто случайным совпадением. С одной стороны, оно должно свидетельствовать о вполне высокой точности теоретических расчетов, а с другой – может рассматриваться в качестве важного аргумента в пользу правильности нашего сценария двух стадийного формировании планет-гигантов.

Принимая во внимание способ образования современных Юпитера, Сатурна и Урана, их центральными ядрами, в соответствии с гипотезой О.Ю. Шмидта [1], должны выступать планеты, сформировавшиеся еще на первой стадии эволюции Солнечной системы.

Результаты расчетов [3, 4], интерпретируемые с позиций КОСС, позволяют отметить еще одно важное обстоятельство. Оно состоит в том, что среди захваченного Юпитером и Сатурном вещества, вошедшего впоследствии в их оболочку, заметную долю, вероятно, составляли скальные обломки пород Фаэтона. Согласно данным табл. 1, с удалением от кольца количество таких обломков снижается от 3.7% в оболочке Юпитера до 1.4% в оболочке Сатурна.

Литература 1. Шмидт О.Ю. Четыре лекции по теории происхождения Земли. М.: Изд-во АН СССР.

1957.

2. Баренбаум А.А. Галактика, Солнечная система, Земля. Соподчиненные процессы и эволюция. М.: ГЕОС. 2002, 393 с.

3. Гудкова Т.В., Жарков В.Н., Леонтьев В.В. Модели Юпитера и Сатурна с двухслойной молекулярной оболочкой // Астрономический вестник. 1988. Т.22. №3. С.252-262.

4. Гудкова Т.В., Жарков В.Н., Леонтьев В.В. Модели Урана и Нептуна с частично перемешанными оболочками // Астрономический вестник. 1988. Т.22. №1. С.23-40.

5. Камерон А. Образование внешних планет и спутников // Спутники планет / Под ред. Дж.

Бернса. М.: Мир. 1980. С.506-516.

6. Альвен Х., Аррениус Г. Эволюция Солнечной системы. М.: Мир. 1979.

Вестник Отделения наук о Земле РАН - №1(21)Информационный бюллетень Ежегодного семинара по экспериментальной минералогии, петрологии и геохимии 2003 года (ЕСЭМПГ-2003) URL: http://www.scgis.ru/russian/cp1251/h_dgggms/1-2003/informbul-1/planet-6.pdf Опубликовано 15 июля 2003 г.

© Отделение наук о Земле РАН, 1997 (год основания), При полном или частичном использовании материалов публикаций журнала, ссылка на "Вестник Отделения наук о Земле РАН" обязательна











© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.