Произход на планети и спътници
Е. Л. Рускол, доктор по физика и математика, Съвместен институт по физика на Земята на името на О. Ю. Шмит RAS
Преди повече от половин век академик О. Ю. Шмит нарича изследването на произхода на планетите и спътниците централна задача на планетарната космогония. Оттогава изследването на Слънчевата система се разшири неизмеримо и обогати с фактически данни. Дисковете с прахообразен газ бяха открити в много млади звезди със слънчева маса и в някои звезди, подобни на планети спътници. И все пак, основните разпоредби на теорията на Шмид, разработена от негови ученици и последователи, остават валидни като динамично обоснован сценарий за формиране на Земята и планетите, както и спътници и други малки тела на Слънчевата система.
Според съвременните концепции планетите и други тела, образувани в прахообразен газопластов облак, обикалящ около Слънцето. Този облак трябваше да бъде под формата на диск. През последното десетилетие газови прахови дискове бяха открити в много млади звезди от T Tauri и в някои звезди от основната последователност (Earth and Universe, 1995, No. 6). Масите на дисковете варират от една хилядна до една или две десети от масата на звездата, а размерите им варират от няколко десетки до стотици астрономически единици. По-рано, преди 50 години, образът на предпланетния диск можеше да бъде пресъздаден само въз основа на данни за нашата собствена планетарна система, чиито големи планети обикновено са разделени на две групи: сухоземен тип, състоящ се от твърди скалисти скали, и газообразен -течни гигантски планети. Още тогава беше ясно, че дискът може да бъде не само прашен и водородът и хелийът трябваше да преобладават в състава му, тъй като именно те доминират над Юпитер и Сатурн. Всички други елементи и съединения могат да бъдат в кондензирана (твърда) фаза и да бъдат част от твърди частици и тела, в зависимост от температурата, която се определя главно от разстоянието от Слънцето. Минималната маса на диска се изчислява на 0,01 M¤ (ако добавим липсващите леки газове към действителната маса на планетите 0,0013), но, като се вземе предвид изхвърлянето на значителна част от твърди тела от периферията, дисковата маса може достигат 0,05 - 0,1 M¤.
Изследвания на еволюцията на предпланетния диск, организирани от О.Ю. Шмит от Съвместния институт по физика на Земята, който днес носи неговото име, изпреварва с 10 до 15 години подобни изследвания на Запад и Япония. Основните етапи на трансформацията на диска в система от планети се проследяват стъпка по стъпка. Показано е, че мащабни турбулентни движения не могат да се поддържат в диска дълго време; в него трябва да се образува прашен поддиск поради утаяване на праха в централната равнина. Намерен е критерий за гравитационна нестабилност за дискове с крайна дебелина с кеплерово въртене, което направи възможно оценката на първичните бучки, в които поддискът може да се разпадне. Тогава взаимодействието на тези кондензи, тяхното уплътняване и превръщане в рояк от твърди вещества, което според първоначалната идея на О.Ю. Шмит и се превърна в изходен материал за планетите. Времето за формиране на роя е относително кратко, около 10 хиляди години.
Изключително важно беше да се определят хаотичните скорости на твърди тела (планетезимали), насложени върху подреденото им кеплерово движение около Слънцето, т.е. дисперсия на скоростите. Оказа се, че скоростите се определят от гравитационни смущения от най-големите планетезимали, които играят решаваща роля в изграждането на планетите. Закономерностите на разпределението на масите (или размерите) на планетезималите се извеждат от добре познатите уравнения на коагулацията на Смолуховски, като се вземе предвид гравитацията на телата и тяхната фрагментация при сблъсъци. Оказа се, че с увеличаване на размера броят на телата намалява според силовия закон (например десеткилометровите тела са 1000 пъти повече от 100-километровите тела, а броят на километровите тела е 1000 пъти повече от десет километрови тела), а по-голямата част от материята е концентрирана в няколко от най-големите тела ... Подобни модели могат да бъдат проследени за кратери на повърхността на Луната и други тела, както и за астероиди в основния пояс. Най-големите тела са потенциални ембриони за планетите. Те постепенно загребват останалите планетезимали и най-големите също могат да улавят газ, ако той все още присъства в диска. Както О.Ю. Шмит, наклоните и ексцентриситетите на орбитите на отделните тела са осреднени и са развити почти кръгови орбити на планетите, лежащи в една и съща равнина. Процесът на растеж на планетите е дълъг, за земните планети - около 108 години, а за най-отдалечените планети - Уран и Нептун - 109 години. Времето на растеж е пропорционално на периода на въртене на планетата около Слънцето и обратно пропорционално на повърхностната плътност на хранителните тела и гравитационния участък на нарастващата планета. Повърхностната плътност в диска е равна на масата на веществото от вертикалната колона над единица дискова повърхност. Гравитационният участък означава способността на планетата да фокусира орбитите на приближаващите се тела. При голяма маса на планетата и ниски скорости на телата гравитационният участък може да бъде в пъти по-голям от геометричния.