Знание-сила, 2007 № 05 (959)

Имеющиеся на сегодняшний день теоретические расчеты приводят к выводу, что существует два способа формирования планет в таком протопланетном диске. Во-первых, планеты могут возникать за счет гравитационной неустойчивости. Чем больше плотность вещества диска, тем вероятнее, что в каких-то его местах противодействие местных магнитных полей будет преодолено гравитацией и здесь образуются первые уплотнения, сгустки вещества, зародыши будущих планет. Беда, однако, в том, что при таком сжатии вещество зародыша разогревается и стремится разлететься, рассеяться обратно. При образовании звезды сжимающаяся масса была настолько огромна, что могла преодолеть рост температуры (и все равно в центре та достигала миллиардов градусов), но остатки газа в диске не могут создать таких огромных сгустков. А сильное сжатие небольшого сгустка (вплоть до образования плотной планеты) требует непрерывного — и очень эффективного — отвода внутреннего тепла. В космических условиях это случается редко, и поэтому теоретики склонны сегодня считать, что, как правило, гравитационный коллапс малых сгустков не достигает завершения. Иными словами, планеты не конденсируются напрямую из протопланетного диска путем гравитационного сжатия. Скорее всего, они образуются другим путем.

Этот другой путь, указываемый теорией, называется «наращиванием ядра» (core-accretion). Сначала образуется некое малое скопление — что-то наподобие комка пыли, грязи и волос, который можно обнаружить, отодвинув диван в комнате. Особенность таких скоплений — в их больших размерах сравнительно с небольшой массой. Эти размеры позволяют сгустку все время захватывать новые и новые пылинки и тем самым непрерывно расти. Теория планетообразования исходит сегодня из предположения, что в протопланетном диске тоже образуются такие первичные «комки», или «ядра», но пока не может объяснить, как именно они образуются. Дело в том, что, будучи чуть более плотными, чем окружающий газ и пыль, они должны двигаться чуть быстрее, а это вызывает встречный «ветер», который стремится их разрушить. Как

они выживают, непонятно. Некоторые теоретики думают, что этому как- то помогают «водовороты», точнее, «газовороты» внутри диска, другие думают, что такой зародыш планеты образуется все-таки посредством небольшого «гравитационного коллапса», но, достигнув размера в несколько километров, перестает сжиматься и продолжает расти уже только за счет «наращивания», то есть притягивания к себе окружающего вещества.

Как показывают расчеты, примерно через 100 тысяч лет после образования диска, то есть почти одновременно с образованием звезды, в нем могут существовать триллионы (!) таких километровых зародышей, или, как их называют, планетезималей. Их так много, что они неизбежно должны сталкиваться друг с другом. Результат соударений зависит от расстояния до центральной звезды. Эта звезда разогревает диск, и даже на его окраинах температура поднимается до нескольких десятков градусов Кельвина. Поэтому на определенном расстоянии от звезды в диске возникают условия, когда молекулы воды, входящие в состав планетезималей, уже превращаются в лед, но вещества в этом месте еще достаточно много, чтобы планетезимали были довольно плотными. Такое расстояние называется «границей льда».

Это очень важная граница. Именно здесь образуются большие и достаточно плотные планетезимали, состоящие частично из слипшихся пылинок (то есть из камня), а частично — из льда. Такая неоднородная структура приводит к тому, что при столкновении друг с другом эти планетезимали не разлетаются, как разлетелись бы упругие каменные шары, а частично крошатся, частично слипаются друг с другом, точно два комка глины. В результате на «границе льда» возникают условия для быстрого роста планетезималей за счет столкновений и слипаний, и в конце концов в этом районе образуется несколько особенно удачливых планетезималей, которые достигают размеров в тысячи километров.

Теперь они уже способны притягивать к себе планетезимали поменьше, продолжают расти за счет такого притяжения, пока их масса не станет в 7—10 раз больше массы Земли. С этого момента, по расчетам, ядра начинают энергично притягивать к себе окружающий газ, каждое ядро быстро окутывается газовой оболочкой протяженностью в сотни тысяч километров, и вот уже перед нами — планета- гигант, что-то вроде Юпитера или Сатурна.

Однако теперь в ее биографии начинается новый этап борьбы за выживание. Дело в том, что движение такого гиганта по орбите, вдоль которой все еще сохраняются остатки газа и пыли, приводит к образованию волн вещества, которые тянутся за ним, как волны-«усы» за идущим в воде кораблем. Но поскольку весь диск как целое вдобавок еще вращается вокруг звезды, эти «усы» изгибаются, заворачиваются и создают две силы — одна толкает новорожденную планету внутрь диска, все ближе к звезде, другая, напротив, выталкивает ее в наружные слои, на периферию. Как правило, первая сила больше, и дело кончается тем, что планета по спирали падает на звезду и сгорает.