Создание планеты: Создание планет — Space Engine

Содержание

Создание планет — Space Engine

Это теги, описывающие слой планеты. Слой — это сферическую поверхность, которая представляет собой твёрдую поверхность планеты, поверхность её океана, и один или несколько слоёв облаков. Слой может иметь 3D рельеф, заданный с помощью Bump карты (карты высот), окрашен с помощью Diff карты (карты диффузного цвета) и иметь Glow карту (карту свечения). Каждая планета имеет, по меньшей мере, один слой поверхности (тег Surface), может иметь слой океана (тег Ocean), и до десяти слоёв облаков (тег Clouds). Слой лавы (тег Lava) пока не реализован.

Если тег какого-либо слоя не указан, этот слой может быть сгенерирован процедурно. Чтобы запретить процедурную генерацию, используйте эти параметры в теге Planet:
NoClouds true — отключить все слои облаков,
NoOcean true — отключить океан,
NoLava true — отключить лаву (слой лавы пока не реализован).

Планета может иметь несколько слоёв облаков с разными текстурами, на разной высоте и с разной скоростью движения. Чтобы сделать это, надо просто описать тег Clouds несколько раз с различными параметрами внутри. Или можно использовать пустой тег: Clouds {}, чтобы позволить SpaceEngine сгенерировать все параметры процедурно. Планета также может иметь несколько слоев океана, но пока что это бессмысленно.

Ниже приведены описания всех параметров, разрешённых внутри тегов слоёв. Сначала опишем параметры, общие для всех слоёв, после этого — параметры, допустимые только для определённого типа слоя.

Параметры, общие для тегов Surface, Ocean и Clouds

Если вы делаете планету с текстурами, хранящихся на диске, используйте параметры DiffMap, BumpMap и GlowMap для описания текстур (подробнее см. руководство Создание текстур планет).

DiffMap, BumpMap, GlowMap — путь к текстуре или к папке с cubemap тайлами соответственно для диффузной карты, карты высот и карты свечения. Если не указано, может произойти генерация процедурной текстуры/карты.

DiffTileSize, BumpTileSize, GlowTileSize — разрешение тайлов соответствующих карт.
DiffTileBorder, BumpTileBorder, GlowTileBorder — ширина границы тайлов соответствующих карт.

BumpHeight — высота (масштаб) карты высот в км, то есть разность высот между самой низкой и самой высокой точкой поверхности. Может использоваться для облаков.
BumpOffset — отрицательное смещение ландшафта в км. Например, если вы хотите задать ландшафт от -8 км до +12 км, используйте BumpHeight 20 и BumpOffset 8.

DiffMapAlpha — как использовать альфа-канал диффузной текстуры:

«Water» — водяной блик (солнечный блик на плоской поверхности воды), используется для задания маски рек/озёр/морей на Земле,
«Ice» — ледяной блик (солнечный блик на искривлённой поверхности тела), используется для задания маски льда на холодных планетах,
«Transp» — прозрачность поверхности, используется только для облаков,
«None» — игнорировать альфа-канал.

GlowMode — как использовать текстуры свечения:
«Alpha» — режим устанавливается с помощью альфа-канала текстуры свечения,
«Night» — городские огни на ночной стороне (исчезают в дневное время),
«Permanent» — постоянно присутствующие огни (не реагируют на внешнюю освещённость),

«Thermal» — тепловое излучение, реагируют на местную температуру, и имеют сложный формат (RGB каналы текстуры представляют собой единое 24-битное значение температуры).

GlowColor — масштаб (множитель) цвета текстуры свечения.
GlowBright — общая яркость текстуры свечения.

ModulateColor — масштаб (множитель) цвета и альфа-канала диффузной текстуры.

SpecBrightWater — яркость солнечного блика на поверхности воды.
SpecBrightIce — яркость солнечного блика на поверхности льда.
SpecularBright — яркость солнечного блика на поверхности воды и льда.
SpecularPower или SpecPower — размер пятна блика, значение по умолчанию равно 55, тем меньше значение — тем больше пятно.

Hapke или Lommel — отношение модели освещения Ламберта к модели освещения модели Хапке. Используйте Hapke 0.0 для чистой модели Ламберта (хорошо для газовых гигантов) или Hapke 1.0 для чистой модели Хапке (хорошо для пыльных тел, таких как безвоздушные или пустынные планеты — имитирует эффект оппозиции). Используйте промежуточные значения для смешанной модели освещения (линейная интерполяция).
SpotBright — яркость пятна эффекта оппозиции.
SpotWidth — размер пятна эффекта оппозиции.

DayAmbient — фейковое фоновое освещение в светлое время суток. Используйте для тел без атмосферы и для облаков.

Exposure — то же, что и параметр Brightness в теге Planet — общая яркость рендера объекта. Сохранено для обратной совместимости.

Параметры, разрешённые только в теге Surface

Следующие параметры управляют генерацией процедурных текстур поверхности.

SurfStyle или Style — стиль (цветовая схема) поверхности. Соответствует StyleRange в файле палитры.
OceanStyle — стиль (цветовая схема) океана. Соответствует StyleRange в файле палитры.
Randomize — вектор рандомизации. Если вы сделаете две одинаковые планеты (всеми параметры идентичны), введите разные значения вектора рандомизации, чтобы заставить их выглядеть по-разному.

colorDistFreq, colorDistMagn — частота и величина «пятен» различных детальных текстур.
detailScale — масштаб детальной текстуры шума, видимой близко к поверхности.
colorConversion true — если указано, SE преобразует цвета атласа текстур в цвета, заданные в файле палитры или в параметрах colorBeach … colorUpPlants (см ниже).

drivenDarkening — величина потемнения ведущего/ведомого полушария ледяных лун.

seaLevel — относительная глубина моря, устаревший параметр (используйте тег Ocean вместо него).
snowLevel — относительная высота уровня снега на горах.
tropicLatitude, icecapLatitude — синус широты тропиков и широты края полярной шапки (0.0 — экватор, 1.0 — полюс).
icecapHeight — относительная высота ледяных шапок.
climatePole, climateTropic, climateEquator — климат полюсов, тропиков и экватора (это индекс в таблице цветов, 0.0 — пустыни, 0.5 — умеренная зона, 1.0 — снег).

tropicWidth — ширина тропиков.

mainFreq — частота основного (глобального) шума, задаёт распределение континентов и океанов.
venusFreq, venusMagn — частота и величина венероподобных форм рельефа.

mareFreq, mareDensity — частота и плотность (количество) ударных бассейнов, таких как лунные моря.

erosion — величина водной эрозии в горах (0.0 для сухих планет, 1.0 для влажных).
terraceProb — вероятность террас в горах.
montesFreq, montesMagn, montesFraction — частота и величина горных хребтов, и относительная доля этих структур на поверхности планеты.
montesSpiky — величина «остроконечности» гор, как в SE 0.94.

hillsFreq, hillsMagn, hillsFraction, hills2Fraction — частота и величина холмов, и относительная доля этих структур на поверхности планеты (две по-разному выглядящие формы).

dunesFreq, dunesMagn, dunesFraction — частота и величина песчаных дюн, и относительная доля этих структур на поверхности планеты.

canyonFreq, canyonMagn, canyonFraction — частота и величина каньонов, и относительная доля этих структур на поверхности планеты.

riversFreq, riversMagn, riversSin, riversOctaves — частота, величина, кривизна и количество октав псевдо-рек.

cracksFreq, cracksMagn, cracksOctaves — частота, величина и количество октав трещин в ледяной коре, как на Европе.

craterFreq, craterMagn, craterDensity, craterOctaves — частота, величина, плотность (количество) и количество октав кратеров.

craterRayedFactor — число лучистых кратеров по сравнению с обычными кратерами.

volcanoFreq, volcanoMagn, volcanoDensity, volcanoOctaves — частота, величина, плотность (количество) и количество октав вулканов.
volcanoActivity — количество активных вулканов на планете.
volcanoFlows — длина лавовых потоков.
volcanoRadius — радиус вулканов.
volcanoTemp — температура лавы в кальдере и в потоках в Кельвинах.

lavaCoverTidal, lavaCoverSun, lavaCoverYoung — для расплавленных планет: относительное покрытие лавой, связанное с приливным разогревом, нагревом солнечным излучением, и собственным внутренним теплом из-за молодого возраста планеты.

stripeZones, stripeFluct, stipeTwist — число юпитероподобных зон или полос, величина их хаотичности и сила закручивания в вихри (используется для газовых гигантов).

cycloneMagn, cycloneFreq, cycloneDensity, cycloneOctaves — величина величина, частота, плотность и количество октав циклонов (используется для газовых гигантов).

colorSea, colorShelf, colorBeach, colorDesert, colorLowland, colorUpland, colorRock, colorSnow — 8 векторов (в RGB или RGBA формате) таблицы цветов, от более наименьших до наибольших высот рельефа. Значение альфа-канала, если указано, модулирует яркость ледяного блика (для холодных планет) или величину температуры облачных слоёв (для горячих газовых гигантов и коричневых карликов).

colorLayer0, colorLayer1, colorLayer2, colorLayer3, colorLayer4, colorLayer5, colorLayer6, colorLayer7 — синонимы предыдущих параметров, может использоваться для газовых гигантов и коричневых карликов для более понятного кода скрипта.

colorLowPlants и colorUpPlants — модификация параметров colorLowland и colorUpland для планет с жизнью, задаёт цвет растительности.

Параметры, разрешённые только в теге Ocean

Height — высота поверхности воды над самой нижней точкой поверхности планеты в километрах (т.е. от Radius в теге Planet минус BumpOffset в теге Surface). Сделайте её ниже самых высоких гор (меньше, чем BumpHeight), чтобы получить моря и континенты, или выше, чтобы получить планету, полностью покрытую водой.

Параметры, разрешённые только теге Clouds

Height — высота над самой нижней точкой поверхности планеты в километрах (т.е. от Radius в теге Planet минус BumpOffset в теге Surface). Сделайте её это выше самых высоких гор (больше, чем BumpHeight), если вы хотите, чтобы облака не пересекались с горами.
Velocity — скорость облаков на экваторе относительно поверхности планеты, в километрах в секунду.
Coverage — покрытие облаков (0 … 1). Обратите внимание, что это не реальная доля площади, занятой облаками, а некая очень приблизительная величина.
ModulateColor — масштаб (множитель) цвета и альфа-канала диффузной текстуры облаков. Используйте альфа-компонент, чтобы задать общую прозрачность слоя облаков.

Следующие параметры управляют генерацией процедурных текстур облаков.

mainFreq, mainOctaves — основная частота и количество октав шума.

stripeZones, stripeFluct, stipeTwist — число юпитероподобных зон или полос, величина их хаотичности и сила закручивания в вихри (используется для газовых гигантов).

cycloneMagn, cycloneFreq, cycloneDensity, cycloneOctaves — величина величина, частота, плотность и количество октав циклонов (используется для газовых гигантов и планет земной группы).

TidalLocked true — если указано, образуется гигантский циклон на одной стороне планеты. Используется для планеты, приливно захваченной по отношению к своему солнцу.

Примечание о нескольких слоях облаков. Вы можете ввести тег Clouds несколько раз с пустыми фигурными скобками:

Code

Clouds {}
Clouds {}
Clouds {}


Это создаст три слоя облаков с автоматическими процедурными параметрами. Дополнительно, вы можете ввести свои индивидуальные параметры Height, Velocity и др. в каждом теге Clouds. Но параметры процедурных текстур всегда одинаковые во всех слоях облаков, так что вы можете ввести их один раз в любом из тегов Clouds, или даже в теге Surface (см. выше).

Происхождение планет

Дуглас Лин
«В мире науки» №8, 2008

В масштабах космоса планеты — всего лишь песчинки, играющие незначительную роль в грандиозной картине развития природных процессов. Однако это наиболее разнообразные и сложные объекты Вселенной. Ни у одного из других типов небесных тел не наблюдается подобного взаимодействия астрономических, геологических, химических и биологических процессов. Ни в одном из иных мест в космосе не может зародиться жизнь в том виде, как мы ее знаем. Только в течение последнего десятилетия астрономы обнаружили более 200 планет.


Формирование планет, издавна считавшееся спокойным и стационарным процессом, в действительности оказалось весьма хаотическим.

Поразительное разнообразие масс, размеров, состава и орбит заставило многих задуматься об их происхождении. В 1970-е гг. формирование планет считалось упорядоченным, детерминированным процессом — конвейером, на котором аморфные газово-пылевые диски превращаются в копии Солнечной системы. Но теперь нам известно, что это хаотичный процесс, предполагающий различный результат для каждой системы. Родившиеся планеты выжили в хаосе конкурирующих механизмов формирования и разрушения. Многие объекты погибли, сгорев в огне своей звезды, или были выброшены в межзвездное пространство. У нашей Земли могли быть давно потерянные близнецы, странствующие ныне в темном и холодном космосе.

Наука о формировании планет лежит на стыке астрофизики, планетологии, статистической механики и нелинейной динамики. В целом планетологи развивают два основных направления. Согласно теории последовательной аккреции, крошечные частицы пыли слипаются, образуя крупные глыбы. Если такая глыба притянет к себе много газа, она превращается в газовый гигант, как Юпитер, а если нет — в каменистую планету типа Земли. Основные недостатки данной теории — медлительность процесса и возможность рассеяния газа до формирования планеты.

В другом сценарии (теория гравитационной неустойчивости) утверждается, что газовые гиганты формируются путем внезапного коллапса, приводящего к разрушению первичного газово-пылевого облака. Данный процесс в миниатюре копирует формирование звезд. Но гипотеза эта весьма спорная, т. к. предполагает наличие сильной неустойчивости, которая может и не наступить. К тому же астрономы обнаружили, что наиболее массивные планеты и наименее массивные звезды разделены «пустотой» (тел промежуточной массы просто не существует). Такой «провал» свидетельствует о том, что планеты — это не просто маломассивные звезды, но объекты совершенно иного происхождения.

Несмотря на то что ученые продолжают спорить, большинство считает более вероятным сценарий последовательной аккреции. В данной статье я буду опираться именно на него.

1. Межзвездное облако сжимается

Время: 0 (исходная точка процесса формирования планет)

Наша Солнечная система находится в Галактике, где около 100 млрд звезд и облака пыли и газа, в основном — остатки звезд предыдущих поколений. В данном случае пыль — это всего лишь микроскопические частицы водяного льда, железа и других твердых веществ, сконденсировавшиеся во внешних, прохладных слоях звезды и выброшенные в космическое пространство. Если облака достаточно холодные и плотные, они начинают сжиматься под действием силы гравитации, образуя скопления звезд. Такой процесс может длиться от 100 тыс. до нескольких миллионов лет.

Каждую звезду окружает диск из оставшегося вещества, которого достаточно для образования планет. Молодые диски в основном содержат водород и гелий. В их горячих внутренних областях частицы пыли испаряются, а в холодных и разреженных внешних слоях частицы пыли сохраняются и растут по мере конденсации на них пара.

Астрономы обнаружили много молодых звезд, окруженных такими дисками. Звезды возрастом от 1 до 3 млн лет обладают газовыми дисками, в то время как у тех, что существуют более 10 млн лет, наблюдаются слабые, бедные газом диски, поскольку газ «выдувает» из него либо сама новорожденная звезда, либо соседние яркие звезды. Этот диапазон времени как раз и есть эпоха формирования планет. Масса тяжелых элементов в таких дисках сравнима с массой данных элементов в планетах Солнечной системы: довольно сильный аргумент в защиту того факта, что планеты образуются из таких дисков.

Результат: новорожденная звезда окружена газом и крошечными (микронного размера) частицами пыли.

2. Диск приобретает структуру

Время: около 1 млн лет

Частицы пыли в протопланетном диске, хаотически двигаясь вместе с потоками газа, сталкиваются друг с другом и при этом иногда слипаются, иногда разрушаются. Пылинки поглощают свет звезды и переизлучают его в длинноволновом инфракрасном диапазоне, передавая тепло в самые темные внутренние области диска. Температура, плотность и давление газа в целом снижаются с удалением от звезды. Из-за баланса давления, гравитации и центробежной силы скорость вращения газа вокруг звезды меньше, чем у свободного тела на таком же расстоянии.

В результате пылинки размером более нескольких миллиметров опережают газ, поэтому встречный ветер тормозит их и вынуждает по спирали опускаться к звезде. Чем крупнее становятся эти частицы, тем быстрее они движутся вниз. Глыбы метрового размера могут сократить свое расстояние от звезды вдвое всего за 1000 лет.

Приближаясь к звезде, частицы нагреваются, и постепенно вода и другие вещества с низкой температурой кипения, называемые летучими веществами, испаряются. Расстояние, на котором это происходит, — так называемая «линия льда», — составляет 2–4 астрономических единицы (а.е.). В Солнечной системе это как раз нечто среднее между орбитами Марса и Юпитера (радиус орбиты Земли равен 1 а.е.). Линия льда делит планетную систему на внутреннюю область, лишенную летучих веществ и содержащую твердые тела, и внешнюю, богатую летучими веществами и содержащую ледяные тела.

На самой линии льда накапливаются молекулы воды, испарившиеся из пылинок, что служит пусковым механизмом для целого каскада явлений. В этой области происходит разрыв в параметрах газа, и возникает скачок давления. Баланс сил заставляет газ ускорять свое движение вокруг центральной звезды. В результате попадающие сюда частицы оказываются под влиянием не встречного, а попутного ветра, подгоняющего их вперед и останавливающего их миграцию внутрь диска. А поскольку из его внешних слоев продолжают поступать частицы, линия льда превращается в полосу его скопления.

Скапливаясь, частицы сталкиваются и растут. Некоторые из них прорываются за линию льда и продолжают миграцию внутрь; нагреваясь, они покрываются жидкой грязью и сложными молекулами, что делает их более липкими. Некоторые области настолько заполняются пылью, что взаимное гравитационное притяжение частиц ускоряет их рост.

Постепенно пылинки собираются в тела километрового размера, называемые планетезималями, которые на последней стадии формирования планет сгребают почти всю первичную пыль. Увидеть сами планетезимали в формирующихся планетных системах трудно, но астрономы могут догадываться об их существовании по обломкам их столкновений (см.: Ардила Д. Невидимки планетных систем // ВМН, № 7, 2004).

Результат: множество километровых «строительных блоков», называемых планетезималями.

3. Формируются зародыши планет

Время: от 1 до 10 млн лет

Покрытые кратерами поверхности Меркурия, Луны и астероидов не оставляют сомнения в том, что в период формирования планетные системы похожи на стрелковый тир. Взаимные столкновения планетезималей могут стимулировать как их рост, так и разрушение. Баланс между коагуляцией и фрагментацией приводит к распределению по размерам, при котором мелкие тела в основном отвечают за площадь поверхности системы, а крупные определяют ее массу. Орбиты тел вокруг звезды вначале могут быть эллиптическими, но со временем торможение в газе и взаимные столкновения превращают орбиты в круговые.

Вначале рост тела происходит в силу случайных столкновений. Но чем больше становится планетезималь, тем сильнее ее гравитация, тем интенсивнее она поглощает своих маломассивных соседей. Когда массы планетезималей становятся сравнимы с массой Луны, их гравитация возрастает настолько, что они встряхивают окружающие тела и отклоняют их в стороны еще до столкновения. Этим они ограничивают свой рост. Так возникают «олигархи» — зародыши планет со сравнимыми массами, конкурирующие друг с другом за оставшиеся планетезимали.

Зоной питания каждого зародыша служит узкая полоса вдоль его орбиты. Рост прекращается, когда зародыш поглотит большую часть планетезималей из своей зоны. Элементарная геометрия показывает, что размер зоны и продолжительность поглощения возрастают с удалением от звезды. На расстоянии 1 а.е. зародыши достигают массы 0,1 массы Земли в течение 100 тыс. лет. На расстоянии 5 а.е. они достигают четырех земных масс за несколько миллионов лет. Зародыши могут стать еще больше вблизи линии льда или на краях разрывов диска, где концентрируются планетезимали.

Рост «олигархов» заполняет систему излишком тел, стремящихся стать планетами, но лишь немногим это удается. В нашей Солнечной системе планеты хотя и распределены по большому пространству, но они близки друг к другу насколько это возможно. Если между планетами земного типа поместить еще одну планету с массой Земли, то она выведет из равновесия всю систему. То же самое можно сказать и о других известных системах планет. Если вы видите чашку кофе, заполненную до краев, то можете быть почти уверены, что кто-то ее переполнил и разлил немного жидкости; маловероятно, что можно до краев наполнить емкость, не разлив ни капли. Настолько же вероятно, что планетные системы в начале своей жизни обладают большим количеством вещества, чем в конце. Некоторые объекты выбрасываются из системы прежде, чем она достигнет равновесия. Астрономы уже наблюдали свободно летающие планеты в молодых звездных скоплениях.

Результат: «олигархи» — зародыши планет с массами в диапазоне от массы Луны до массы Земли.

4. Рождается газовый гигант

Время: от 1 до 10 млн лет

Вероятно, Юпитер начинался с зародыша, сравнимого по размеру с Землей, а затем накопил еще около 300 земных масс газа. Такой внушительный рост обусловлен различными конкурирующими механизмами. Гравитация зародыша притягивает газ из диска, но сжимающийся к зародышу газ выделяет энергию, и чтобы осесть, он должен охлаждаться. Следовательно, скорость роста ограничена возможностью охлаждения. Если оно происходит слишком медленно, звезда может сдуть газ обратно в диск прежде, чем зародыш образует вокруг себя плотную атмосферу. Самым узким местом в отводе тепла является перенос излучения сквозь внешние слои растущей атмосферы. Поток тепла там определяется непрозрачностью газа (в основном зависит от его состава) и градиентом температуры (зависит от начальной массы зародыша).

Ранние модели показали, что зародыш планеты для достаточно быстрого охлаждения должен иметь массу не менее 10 масс Земли. Такой крупный экземпляр может вырасти лишь вблизи линии льда, где ранее собралось много вещества. Возможно, поэтому Юпитер расположен как раз за этой линией. Крупные зародыши могут образоваться и в любом другом месте, если диск содержит больше вещества, чем обычно предполагают планетологи. Астрономы уже наблюдали немало звезд, диски вокруг которых в несколько раз плотнее предполагавшихся ранее. Для крупного образца перенос тепла не представляется серьезной проблемой.

Другой фактор, затрудняющий рождение газовых гигантов, — движение зародыша по спирали к звезде. В процессе, называемом миграцией I типа, зародыш возбуждает волны в газовом диске, которые в свою очередь гравитационно воздействуют на его движение по орбите. Волны следуют за планетой, как тянется за лодкой ее след. Газ на внешней стороне орбиты вращается медленнее зародыша и влечет его назад, тормозя движение. А газ внутри орбиты вращается быстрее и тянет вперед, ускоряя его. Внешняя область обширнее, поэтому она выигрывает битву и заставляет зародыш терять энергию и опускаться к центру орбиты на несколько астрономических единиц за миллион лет. Эта миграция обычно прекращается у линии льда. Здесь встречный газовый ветер превращается в попутный и начинает подталкивать зародыш вперед, компенсируя его торможение. Возможно, еще и поэтому Юпитер находится именно там, где он находится.

Рост зародыша, его миграция и потеря газа из диска происходят почти в одном и том же темпе. Какой процесс победит — зависит от везения. Возможно, несколько поколений зародышей пройдут через процесс миграции, не будучи способными завершить свой рост. За ними из внешних областей диска к его центру движутся новые партии планетезималей, и это повторяется до тех пор, пока в конце концов не образуется газовый гигант, или же пока весь газ не рассосется, и газовый гигант уже не сможет сформироваться. Астрономы открыли планеты типа Юпитера примерно у 10% исследованных солнцеподобных звезд. Ядра таких планет могут быть редкими зародышами, выжившими из многих поколений — последними из могикан.

Итог всех этих процессов зависит от начального состава вещества. Примерно треть звезд, богатых тяжелыми элементами, имеет планеты типа Юпитера. Возможно, у таких звезд были плотные диски, позволившие сформироваться массивным зародышам, у которых не было проблем с теплоотводом. И, напротив, вокруг звезд, бедных тяжелыми элементами, планеты формируются редко.

В некий момент масса планеты начинает расти чудовищно быстро: за 1000 лет планета типа Юпитера приобретает половину своей конечной массы. При этом она выделяет так много тепла, что сияет почти как Солнце. Процесс стабилизируется, когда планета становится настолько массивной, что поворачивает миграцию I типа «с ног на голову». Вместо того чтобы диск менял орбиту планеты, сама планета начинает изменять движение газа в диске. Газ внутри орбиты планеты вращается быстрее нее, поэтому ее притяжение тормозит газ, вынуждая его падать в сторону звезды, т. е. от планеты. Газ же вне орбиты планеты вращается медленнее, поэтому планета ускоряет его, заставляя двигаться наружу, опять же от планеты. Таким образом, планета создает разрыв в диске и уничтожает запас строительного материала. Газ пытается его заполнить, но компьютерные модели показывают, что планета выигрывает битву, если при расстоянии в 5 а.е. ее масса превышает массу Юпитера.

Эта критическая масса зависит от эпохи. Чем раньше формируется планета, тем больше будет ее рост, поскольку в диске еще много газа. У Сатурна масса меньше, чем у Юпитера, просто потому, что он сформировался на несколько миллионов лет позже. Астрономы обнаружили дефицит планет с массами от 20 масс Земли (это масса Нептуна) до 100 земных масс (масса Сатурна). Это может стать ключом к восстановлению картины эволюции.

Результат: Планета размером с Юпитер (или ее отсутствие).

5. Газовый гигант становится неусидчивым

Время: от 1 до 3 млн лет

Как ни странно, многие внесолнечные планеты, открытые за последние десять лет, обращаются вокруг своей звезды на очень близком расстоянии, гораздо ближе, чем Меркурий — вокруг Солнца. Эти так называемые «горячие Юпитеры» сформировались не там, где они находятся сейчас, т. к. орбитальная зона питания была бы слишком мала для поставки необходимого вещества. Возможно, для их существования нужна трехступенчатая последовательность событий, которая по какой-то причине не реализовалась в нашей Солнечной системе.

Во-первых, газовый гигант должен формироваться во внутренней части планетной системы, вблизи линии льда, пока в диске еще достаточно газа. Но для этого в диске должно быть много и твердого вещества.

Во-вторых, планета-гигант должна переместиться к месту своего нынешнего расположения. Миграция I типа не может обеспечить этого, т. к. она действует на зародыши еще до того, как они наберут много газа. Но возможна и миграция II типа. Формирующийся гигант создает разрыв в диске и сдерживает течение газа через свою орбиту. В этом случае он должен бороться с тенденцией турбулентного газа распространяться в смежные области диска. Газ никогда не перестанет сочиться в разрыв, и его диффузия к центральной звезде заставит планету терять орбитальную энергию. Этот процесс довольно медленный: нужно несколько миллионов лет для перемещения планеты на несколько астрономических единиц. Поэтому планета должна начать формироваться во внутренней части системы, если в итоге ей предстоит выйти на орбиту вблизи звезды. Когда эта и другие планеты продвигаются внутрь, они толкают перед собой оставшиеся планетезимали и зародыши, возможно, создавая «горячие Земли» на еще более близких к звезде орбитах.

В-третьих, что-то должно остановить движение, прежде чем планета упадет на звезду. Это может быть магнитное поле звезды, расчищающее от газа пространство вблизи звезды, а без газа движение прекращается. Возможно, планета возбуждает приливы на звезде, а они в свою очередь замедляют падение планеты. Но эти ограничители могут и не срабатывать во всех системах, поэтому многие планеты могут продолжать свое движение к звезде.

Результат: планета-гигант на близкой орбите («горячий Юпитер»).

6. Появляются и другие планеты-гиганты

Время: от 2 до 10 млн лет

Если удалось сформироваться одному газовому гиганту, то он способствует рождению следующих гигантов. Многие, а возможно и большинство известных планет-гигантов имеют близнецов сравнимой массы. В Солнечной системе Юпитер помог Сатурну сформироваться быстрее, чем это произошло бы без его помощи. Кроме того, он «протянул руку помощи» Урану и Нептуну, без чего они не достигли бы своей нынешней массы. На их расстоянии от Солнца процесс формирования без посторонней помощи шел бы очень медленно: диск рассосался бы еще до того, как планеты успели бы набрать массу.

Первый газовый гигант оказывается полезным по нескольким причинам. У внешней кромки образованного им разрыва вещество концентрируется, в общем, по той же причине, что и на линии льда: перепад давления заставляет газ ускоряться и действовать как попутный ветер на пылинки и планетезимали, останавливая их миграцию из внешних областей диска. К тому же гравитация первого газового гиганта часто отбрасывает соседние с ним планетезимали во внешнюю область системы, где из них формируются новые планеты.

Второе поколение планет формируется из вещества, собранного для них первым газовым гигантом. При этом большое значение имеет темп: даже небольшая задержка во времени может существенно изменить результат. В случае Урана и Нептуна аккумуляция планетезималей была чрезмерной. Зародыш стал слишком большим, 10–20 земных масс, что отсрочило начало аккреции газа до момента, когда в диске его почти не осталось. Формирование этих тел завершилось, когда они набрали всего по две земных массы газа. Но это уже не газовые, а ледяные гиганты, которые могут оказаться самым распространенным типом.

Гравитационные поля планет второго поколения увеличивают в системе хаос. Если эти тела сформировались слишком близко, их взаимодействие друг с другом и с газовым диском может выбросить их на более высокие эллиптические орбиты. В Солнечной системе планеты имеют почти круговые орбиты и достаточно удалены друг от друга, что уменьшает их взаимное влияние. Но в других планетных системах орбиты как правило эллиптические. В некоторых системах они резонансные, т. е. орбитальные периоды соотносятся как небольшие целые числа. Вряд ли это было заложено при формировании, но могло возникнуть при миграции планет, когда постепенно взаимное гравитационное влияние привязало их друг к другу. Различие между такими системами и Солнечной системой могло определяться разным начальным распределением газа.

Большинство звезд рождаются в скоплениях, причем более половины из них — двойные. Планеты могут сформироваться не в плоскости орбитального движения звезд; в этом случае гравитация соседней звезды быстро перестраивает и искажает орбиты планет, образуя не такие плоские системы, как наша Солнечная, а сферические, напоминающие рой пчел вокруг улья.

Результат: компания планет-гигантов.

7. Формируются планеты типа Земли

Время: от 10 до 100 млн лет

Планетологи считают, что похожие на Землю планеты распространены больше, чем планеты-гиганты. Несмотря на то что рождение газового гиганта требует точного баланса конкурирующих процессов, формирование твердой планеты должно быть намного сложнее.

До обнаружения внесолнечных землеподобных планет мы опирались лишь на данные о Солнечной системе. Четыре планеты земной группы — Меркурий, Венера, Земля и Марс — в основном состоят из веществ с высокой температурой кипения, таких как железо и силикатные породы. Это свидетельствует о том, что сформировались они внутри линии льда и заметно не мигрировали. На таких расстояниях от звезды зародыши планет могут вырасти в газовом диске до 0,1 земной массы, т. е. не больше чем Меркурий. Для дальнейшего роста нужно, чтобы орбиты зародышей пересекались, тогда они будут сталкиваться и сливаться. Условия для этого возникают после испарения газа из диска: под действием взаимных возмущений в течение нескольких миллионов лет орбиты зародышей вытягиваются в эллипсы и начинают пересекаться.

Гораздо труднее объяснить, как система вновь стабилизирует себя, и как планеты земной группы оказались на их нынешних почти круговых орбитах. Небольшое количество оставшегося газа могло бы это обеспечить, но такой газ должен был предотвратить изначальное «разбалтывание» орбит зародышей. Возможно, когда планеты уже почти сформировались, остается еще приличный рой планетезималей. В течение следующих 100 млн лет планеты сметают часть из этих планетезималей, а оставшиеся отклоняют в сторону Солнца. Планеты передают свое беспорядочное движение обреченным планетезималям и переходят на круговые или почти круговые орбиты.

Согласно другой идее, длительное влияние гравитации Юпитера вызывает у формирующихся планет земной группы миграцию, передвигая их в области со свежим веществом. Это влияние должно быть сильнее на резонансных орбитах, которые постепенно сдвигались внутрь по мере опускания Юпитера к его современной орбите. Радиоизотопные измерения указывают, что астероиды сформировались первыми (спустя 4 млн лет после образования Солнца), затем — Марс (через 10 млн лет), а позже — Земля (через 50 млн лет): как будто бы поднятая Юпитером волна прошла через Солнечную систему. Если бы она не встретила препятствий, то сдвинула бы все планеты земной группы к орбите Меркурия. Как же им удалось избежать столь печальной участи? Возможно, они уже стали слишком массивными, и Юпитер не смог их сильно сдвинуть, а может быть, сильные удары выбросили их из зоны действия Юпитера.

Заметим, что многие планетологи не считают роль Юпитера решающей в формировании твердых планет. Большинство солнцеподобных звезд лишено планет типа Юпитера, но вокруг них есть пылевые диски. А значит, там есть планетезимали и зародыши планет, из которых могут сформироваться объекты типа Земли. Основной вопрос, на который должны ответить наблюдатели в ближайшее десятилетие, — в скольких системах есть земли, но нет юпитеров.

Важнейшей эпохой для нашей планеты стал период между 30 и 100 млн лет после формирования Солнца, когда зародыш размером с Марс врезался в прото-Землю и породил гигантское количество обломков, из которых сформировалась Луна. Столь мощный удар, конечно же, разбросал огромное количество вещества по Солнечной системе; поэтому землеподобные планеты в других системах тоже могут иметь спутники. Этот сильный удар должен был сорвать первичную атмосферу Земли. Ее современная атмосфера в основном возникла из газа, заключенного в планетезималях. Из них сформировалась Земля, а позже этот газ вышел наружу при извержении вулканов.

Результат: планеты земного типа.

8. Начинаются операции по зачистке

Время: от 50 млн до 1 млрд лет

К этому моменту планетная система уже почти сформировалась. Продолжаются еще несколько второстепенных процессов: распад окружающего звездного скопления, способного своей гравитацией дестабилизировать орбиты планет; внутренняя неустойчивость, возникающая после того, как звезда окончательно разрушает свой газовый диск; и, наконец, продолжающееся рассеивание оставшихся планетезималей гигантской планетой. В Солнечной системе Уран и Нептун выбрасывают планетезимали наружу, в пояс Койпера, или же к Солнцу. А Юпитер своим мощным тяготением отсылает их в облако Оорта, на самый край области гравитационного влияния Солнца. В облаке Оорта может содержаться около 100 земных масс вещества. Время от времени планетезимали из пояса Койпера или облака Оорта приближаются к Солнцу, образуя кометы.

Разбрасывая планетезимали, сами планеты немного мигрируют, и этим можно объяснить синхронизацию орбит Плутона и Нептуна. Возможно, орбита Сатурна когда-то располагалась ближе к Юпитеру, но затем отдалилась от него. Вероятно, с этим связана так называемая поздняя эпоха сильной бомбардировки — период очень интенсивных столкновений с Луной (и, по-видимому, с Землей), наступивший спустя 800 млн лет после формирования Солнца. В некоторых системах грандиозные столкновения сформировавшихся планет могут возникать на поздней стадии развития.

Результат: Конец формирования планет и комет.

Нет единого плана

До начала эры открытия внесолнечных планет мы могли изучать только Солнечную систему. Несмотря на то что это позволило нам понять микрофизику важнейших процессов, у нас не было представления о путях развития иных систем. Удивительное разнообразие планет, обнаруженных за последнее десятилетие, значительно раздвинуло горизонт наших знаний. Мы начинаем понимать, что внесолнечные планеты — это последнее выжившее поколение в ряду протопланет, испытавших формирование, миграцию, разрушение и непрерывную динамическую эволюцию. Относительный порядок в нашей Солнечной системе не может быть отражением какого-то общего плана.

От попыток выяснить, как в далеком прошлом формировалась наша Солнечная система, теоретики обратились к исследованиям, позволяющим делать прогнозы о свойствах еще не открытых систем, которые могут быть обнаружены в ближайшее время. До сих пор наблюдатели замечали вблизи солнцеподобных звезд только планеты с массами порядка массы Юпитера. Вооружившись приборами нового поколения, они смогут искать объекты земного типа, которые в соответствии с теорией последовательной аккреции должны быть широко распространены. Планетологи только начинают осознавать то, насколько разнообразны миры во Вселенной.

Перевод: В. Г. Сурдин

Дополнительная литература:
1) Towards a Deterministic Model of Planetary Formation. S. Ida and D.N.C. Lin in Astrophysical Journal, Vol. 604, No. 1, pages 388-413; March 2004.
2) Planet Formation: Theory, Observation, and Experiments. Edited by Hubert Klahr and Wolfgang Brandner. Cambridge University Press, 2006.
3) Альвен Х., Аррениус Г. Эволюция Солнечной системы. М.: Мир, 1979.
4) Витязев А.В., Печерникова Г.В., Сафронов В.С. Планеты земной группы: Происхождение и ранняя эволюция. М.: Наука, 1990.

Игры · На создание · Планеты · Играть онлайн бесплатно

Многопользовательские онлайн игры

Надоело играть против компьютера? Играйте с живыми людьми — играйте в MMO-игры!

  1. Игра престолов Стратегии
  2. World of Tanks Экшен
  3. Малиновка Симуляторы
  4. Eternal Fury Reborn RPG
  5. World of Warships: Корабли Экшен
  6. Кроссаут Экшен
  7. Вар Тандер Экшен
  8. Фортнайт Экшен
  9. Enlisted Шутеры
  10. Хастл Кастл Стратегии
  11. World of Chaos: Мир хаоса aRPG
  12. Dark Genesis RPG
  13. NextRP: Игра про Россию Симуляторы
  14. Лига Шторма RPG
  15. Показать все игры

Создание планеты Земля (Cycles) — Blender 3D

В данном уроке Вы научитесь создавать планеты на примере Земли, а также узнаете несколько техник пост-обработки изображений.

Перевод урока с сайта BlenderGuru

Финальный результат


Добавьте в сцену UV-сферу, примените к ней модификатор Subdivision Surface в уровень 2 и Smooth шейдинг. Увеличьте ее в 10 раз (если делаете это в объектном режиме, обязательно примените масштаб (Ctrl + A)). На вкладке мира установите черный цвет и добавьте в сцену солнце с настройками, как на изображении ниже:

Создайте для сферы новый материал и назовите его Earth (саму сферу также назовите Earth). Для начала просто наложим цветовую карту Земли любезно предоставленную NASA:

Теперь добавим отражения планете и с помощью карты морей и океанов заставим отражать свет только их:

С помощью карты объема создадим горы на поверхности планеты:

Продублируйте сферу и увеличите ее на 1.005 (S|1.005|Enter). Назовите ее Clouds и создайте для нее одноименный материал. В качестве облаков используйте соответствующую текстуру:

Добавьте шейдер Transparent, чтобы за облаками была видна Земля:

Для большего реализма облаков придайте им немного объема:

Снова продублируйте сферу Clouds и увеличите ее на 1.005 (S|1.005|Enter). Назовите ее Atmo и создайте для нее одноименный материал. С помощью третей сферы создайте атмосферу Земли:

Снова выделите сферу Earth и с помощью нормали объекта определите ту часть планеты, на которой будет ночь:

С помощью текстуры ночных огней создайте мегаполисы на темной стороне планеты:

Выставите камеру перед планетой и загрузите текстуру звездного неба (я использовал текстуру из урока Анимация столкновения планет в Blender) или HDR-карту:

Добавьте в сцену 4-ю UV-сферу и расположите ее далеко от камеры. Создайте для нее материал с шейдером Emission (силу света установите равную 2):

На вкладке слоев рендера отметьте пункты Object Index и Environment, а также установите Index 4-й сферы равный 1, чтобы мы могли легко получить к ней доступ. На вкладке рендера выставите 200+ семплов, необходимое разрешение, отметьте пункт Transparent (меню Film) и выполните рендеринг:

По завершению рендеринга откройте редактор нодов и приготовьтесь к созданию пост-обработки:

Получив доступ к Солнцу выполните его размытие с помощью соответствующих нодов:

Объедините результат с окружением и исходным рендером:

Подключив нод ID Mask к входам нодов Glare создайте примерно следующее свечение исходящее от Солнца:

Создайте световые лучи исходящие из Солнца (к входу также подключен нод ID Mask):

Объедините новые эффекты с предыдущим результатом:

С помощью нодов цветокоррекции произведите цветокоррекцию изображения (простите за тавтологию):

На вкладке слоев рендера создайте второй слой, а также переместите на второй слой сферу Atmo. В редакторе нодов создайте копию нода Render Layers и произведите рендеринг второго слоя (кнопка рендера справа от выбора слоя):

С помощью нода Blur создайте размытие атмосферы и объедините результат с уже существующей картой:

На данном этапе создайте стандартную виньетку (затемнение по краям изображения):

Также повысьте немного четкость изображения (Sharpen) и исказите линзу (Lens Distortion):

На данный момент кажется, что камера движется с большой скоростью (звезды размыты), но планета остается достаточно четкой. Исправить это можно с помощью нода Sun Beams (как обычно, лучи расходятся от Солнца):

Последним штрихом добавьте еще один нод Glare (тип Ghosts) и создайте блики от Солнца:

Финальная карта нодов пост-обработки:

На этом урок закончен! Обязательно поделитесь своими планетами в комментариях 😉

Создание планеты Земля (Cycles)

В данном уроке Вы научитесь создавать планеты на примере Земли, а также узнаете несколько техник пост-обработки изображений.

Перевод урока с сайта BlenderGuru

Финальный результат

Добавьте в сцену UV-сферу, примените к ней модификатор Subdivision Surface в уровень 2 и Smooth шейдинг. Увеличьте ее в 10 раз (если делаете это в объектном режиме, обязательно примените масштаб (Ctrl + A)). На вкладке мира установите черный цвет и добавьте в сцену солнце с настройками, как на изображении ниже:

Создайте для сферы новый материал и назовите его Earth (саму сферу также назовите Earth). Для начала просто наложим цветовую карту Земли любезно предоставленную NASA:

Теперь добавим отражения планете и с помощью карты морей и океанов заставим отражать свет только их:

 С помощью карты объема создадим горы на поверхности планеты:

 Продублируйте сферу и увеличите ее на 0.005 (S|1.005|Enter). Назовите ее Clouds и создайте для нее одноименный материал. В качестве облаков используйте соответствующую текстуру:

 Добавьте шейдер Transparent, чтобы за облаками была видна Земля:

 Для большего реализма облаков придайте им немного объема:

 Снова продублируйте сферу Clouds и увеличите ее на 0.005 (S|1.005|Enter). Назовите ее Atmo и создайте для нее одноименный материал. С помощью третей сферы создайте атмосферу Земли:

 Снова выделите сферу Earth и с помощью нормали объекта определите ту часть планеты, на которой будет ночь:

 С помощью текстуры ночных огней создайте мегаполисы на темной стороне планеты:

 Выставите камеру перед планетой и загрузите текстуру звездного неба (я использовал текстуру из урока Анимация столкновения планет в Blender) или HDR-карту:

 Добавьте в сцену 4-ю UV-сферу и расположите ее далеко от камеры. Создайте для нее материал с шейдером Emission (силу света установите равную 2):

 На вкладке слоев рендера отметьте пункты Object Index и Environment, а также установите Index 4-й сферы равный 1, чтобы мы могли легко получить к ней доступ. На вкладке рендера выставите 200+ семплов, необходимое разрешение, отметьте пункт Transparent (меню Film) и выполните рендеринг:

По завершению рендеринга откройте редактор нодов и приготовьтесь к созданию пост-обработки:

Получив доступ к Солнцу выполните его размытие с помощью соответствующих нодов:

Объедините результат с окружением и исходным рендером:

Подключив нод ID Mask к входам нодов Glare создайте примерно следующее свечение исходящее от Солнца:

Создайте световые лучи исходящие из Солнца (к входу также подключен нод ID Mask):

Объедините новые эффекты с предыдущим результатом:

С помощью нодов цветокоррекции произведите цветокоррекцию изображения (простите за тавтологию):

На вкладке слоев рендера создайте второй слой, а также переместите на второй слой сферу Atmo. В редакторе нодов создайте копию нода Render Layers и произведите рендеринг второго слоя (кнопка рендера справа от выбора слоя):

С помощью нода Blur создайте размытие атмосферы и объедините результат с уже существующей картой:

На данном этапе создайте стандартную виньетку (затемнение по краям изображения):


Также повысьте немного четкость изображения (Sharpen) и исказите линзу (Lens Distortion):

На данный момент кажется, что камера движется с большой скоростью (звезды размыты), но планета остается достаточно четкой. Исправить это можно с помощью нода Sun Beams (как обычно, лучи расходятся от Солнца):

Последним штрихом добавьте еще один нод Glare (тип Ghosts) и создайте блики от Солнца:

Финальная карта нодов пост-обработки:

 

Какие планеты Солнечной системы пригодны для жизни

Футурологи все чаще говорят о колонизации новых планет. Первым в списке всегда выпадает Марс, а есть ли у человека возможность уехать на другие планеты? Делимся всеми возможными адресами внутри Солнечной системы

Человек мечтает покорить космос на протяжении многих лет. Некоторые цели давно стали реальностью, а о других можно пока только фантазировать. Среди последних ярко выделяются планы по колонизации других планет. О переезде на Марс говорят многие футурологи, а Илон Маск даже собирается отправить туда первую пилотируемую миссию уже через четыре года. А какие еще точки могут стать доступными для проживания человека?

Возможна ли колонизация Луны

Луна привлекает многих ученых своей близостью к Земле. Лететь до нее ближе, чем до любого другого космического объекта. Луна кажется настолько привлекательной для переезда, что ученые даже подсчитали примерную стоимость ее колонизации. В теории этот процесс может обойтись в $10 млрд. При этом строительство колонии на земном естественном спутнике стало бы выгодным вложением для дальнейшего покорения космоса. На нем можно построить базу и использовать ее как пересадочный пункт в путешествиях на другие планеты. Поскольку на Луне очень много полезных ископаемых, которые можно использовать в качестве ракетного топлива, она стала бы хорошим местом для заправки космических кораблей.

Среди самых привлекательных мест на Луне выделяют бассейн Южный полюс — Эйткен. Район сильно изрезан кратерами, которые будут защищать астронавтов от сильных ветров. Другое его достоинство — тени. Они помогут избежать сильных перепадов температур. В этой области также находится скопление водяного льда, пригодного для создания газообразного кислорода, питьевой и поливной воды.

Возможная база должна быть изготовлена преимущественно из местных материалов, поскольку перевозка сырья с Земли выйдет в неоправданно крупные суммы. NASA и Европейское космическое агентство (ESA) несколько лет занимаются разработкой возможных решений и уже нашли методы, позволяющие организовать строительство базы исключительно из лунных ресурсов. ESA и архитектурная компания Foster+ с 2013 года работают над проектом Международной лунной деревни и уже представили проект возможного поселения.

Архитектурный проект ESA и Foster+ (Фото: ESA)

База на спутнике Юпитера

Каллисто, естественный спутник Юпитера, может стать еще одним претендентом на колонизацию. О перспективах его заселения говорят в «Роскосмосе» и NASA. Считается, что на нем содержится большое количество подземной воды: по предварительным подсчетам, ее может быть в два раза больше, чем во всех океанах Земли. Помимо практической пользы, вода может стать предметом для исследования: не исключается, что в ней можно найти признаки жизни. Также со спутника было бы удобно совершать миссии на Юпитер, где добывать водород и гелий-3, необходимый для ядерного топлива. База на Каллисто откроет доступ и к полезным ископаемым соседнего естественного спутника — Европы или Юпитера II.

Колонизация Каллисто даст человечеству массу возможностей для добычи ресурсов и проведения исследований, необходимых для понимания устройства Вселенной. Но на пути к этому стоят ряд пока не решенных задач. Так, на спутнике высок уровень радиации и низкая гравитация. Исключение этих проблем упирается в колоссальный бюджет, и будущее миссии зависит от того, сколько на нее готовы потратить. Кроме того, колонизировать Каллисто вероятно начнут не раньше, чем Луну и Марс. Освоение этих космических объектов займет меньше времени и денег. А Каллисто сможет стать логичным следующим шагом.

Спутники Юпитера (Фото: NASA)

Жизнь на облаке Венеры

Венера кажется еще одной пригодной для жизни планетой. Но перед заселением она нуждается в терраформировании: без изменения климата переехать на Венеру невозможно, так как на ней слишком жарко, сильные ветры, и высокий уровень радиации и давления. Ученые нашли еще один возможный способ колонизации планеты: они предлагают заселить ее атмосферу и устроить воздушный город в облаках. Главное условие — не приземляться на поверхность.

«Атмосфера Венеры похожа на земную, и на высоте 50 км от планеты жить будет достаточно комфортно», — говорит Джеффри Лэндис, ученый из NASA и писатель-фантаст, одним из первых предложивший эту идею.

Поскольку сила гравитации на Венере почти такая же, как на Земле, корабли смогут удержаться в воздухе. А защитить дома от серной кислоты поможет тефлоновая эмаль.

Воздушный дом в облаках Венеры (Фото: medium.com)

Однако идея ученых сталкивается с несколькими проблемами. В такие дома будет сложно доставлять продовольствие и сырье, необходимые для выживания. Как вариант, астронавты могут отправлять на поверхность роботов и управлять ими с корабля. Венера по строению похожа на Землю, и на ней есть все необходимые для жизни элементы, включая воду. А роботы с дистанционным управлением могли бы как раз заниматься их добычей. И все же говорить о реализации такой идеи пока рано: ученым необходимо досконально изучить планету и отправить туда еще не одну космическую миссию.

Добыча астероидов на Церере

Церера — карликовая планета в главном поясе астероидов между Марсом и Юпитером. Ее диаметр — 950 км и 25% площади занимает водяной лед. Таких запасов воды будет достаточно для успешной колонизации планеты. На Церере в десять раз меньше солнечного света, чем на Земле, но его хватит для создания солнечной энергетики и работы техники от его заряда. Церера — самое крупное космическое тело в своем поясе астероидов. Оно может стать таким же выгодным пересадочным пунктом для путешествий между планетами, как и Луна. Церера также сможет превратиться в базу для добычи астероидов и стать связующим транспортным узлом между Марсом, Луной и Землей.

Колонизация этой небольшой планеты может открыть дорогу к заселению других космических объектов Солнечной системы, например, спутников Юпитера. Еще один вариант — планета может стать неким космическим складом: транспортировать туда ресурсы с Луны или Марса удобнее, чем с Земли на Луну. Также не исключено, что под ее поверхностью может находиться пресноводный океан, который мог бы снабжать соседние планеты. В результате Церера имеет все шансы превратиться в некое подобие промышленного города с заводами по добыче астероидов, полезных ископаемых и воды.

Озеро на Церере (Фото: NASA)

Колония на крупнейшем спутнике Сатурна

Титан — единственное космическое тело в пределах Солнечной системы, на котором, как и на Земле, есть жидкость на поверхности, состоящая, правда, не из воды, а из метана и этана. Титан содержит массу полезных ископаемых, аналогичных нефти и природному газу. Их можно использовать для получения энергии, что заменит иссякаемые земные источники. Атмосфере Титана не хватает кислорода, но его можно добывать из водяного льда, который находится под поверхностью спутника. А от холодных температур спасет скафандр.

Гравитация на Титане очень слабая, но некоторые ученые рассматривают это как плюс. Люди смогут летать над поверхностью спутника с прикрученными крыльями, а при их поломке плавно приземляться, ведь их не будет тянуть к земле. Такой вид перемещения может стать полезным в практике и в то же время веселым развлечением.

Титан на фоне Сатурна (Фото: NASA)

Главный недостаток Титана — он находится слишком далеко от Земли. С современными технологиями лететь до него придется около семи лет, что может оказаться не просто долго, но и опасно для здоровья астронавтов. К тому же человечество пока не обладает технологиями, способными оснастить такой долгий полет. Колонизация Титана может начаться после освоения более близких к Земле космических тел и создания более мощных космических кораблей.

Планета Земля для детей — рассказ о планете Земля для дошкольников

Мы — земляне. Все известные нам страны, города, леса и океаны расположены на одной планете — Земля. Она относится к Солнечной системе. Солнечная система — это восемь планет, вращающихся вокруг одной звезды — Солнца. Кроме Земли, в систему входят Меркурий, Венера, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун.

Земля — третья планета по удалению от Солнца. И единственная из всех планет нашей системы, на которой есть жизнь. Почему?

Ученые считают, что существует много условий, необходимых для возникновения жизни на планете. Это и температурный режим — не слишком жаркий и не слишком холодный, — и наличие воды, и атмосфера, в которой должен быть ряд определенных элементов, и многое другое. Ни одна планета Солнечной системы, за исключением Земли, не отвечает всем требованиям. На Меркурии слишком жарко, на Уране очень холодно, на Венере совсем нет атмосферы. Зато наша планета как будто создана для того, чтобы на ней зародилась жизнь.

Наша сегодняшняя статья поможет вам ближе познакомить ребенка с нашей удивительной планетой, рассказать об истории возникновения Земли, ее месте в космосе, строении и других интересных фактах.

Описание планеты Земля для детей

Земля — не самая большая из планет Солнечной системы. Наоборот, она одна из самых маленьких — меньше нее только Меркурий и Венера. Но при этом радиус Земли — 6 тыс. 371 километр.

Земля имеет почти совершенную круглую форму. У полюсов она немного приплюснута. Поэтому часто называют два разных радиуса Земли: экваториальный (на середине планеты) — 6378 км и полярный (на «концах») — 6357 км.

В древности люди не знали, что Земля имеет форму шара. Они представляли себе что-то вроде круглой плоской тарелки. Только после того как мореплаватели обошли вокруг Земли и вернулись в то же место, стало понятно, что наша планета — шар. Теперь в этом нет сомнений: мы много раз видели фотографии Земли, сделанные из космоса. На многих снимках, кстати, хорошо видны моря, горы и даже крупные города.

Вращение Земли

Земля, как и другие планеты Солнечной системы, совершает сложное вращение: вокруг Солнца и вокруг своей оси (воображаемой линии, проходящей через центр планеты). Причем вокруг Солнца Земля движется не по кругу, а по эллипсу — это такой вытянутый круг. 

Именно благодаря этому вращению на Земле наступают день и ночь, а лето сменяется зимой.

С временем суток все понятно: день — на той части планеты, которая в данный момент повернута к Солнцу, ночь — на противоположной. Полный оборот вокруг своей оси Земля делает приблизительно за 24 часа — за это время на Земле проходят сутки.

С временами года сложнее. Полный оборот вокруг Солнца Земля делает за 365 дней. Многие думают, что смена времен года связана с удаленностью Земли от Солнца. Но это не совсем так. Значительно сильнее на температуру воздуха влияет угол наклона Земли по отношению к Солнцу. Дело в том, что ось Земли (вокруг которой происходит вращение) наклонена по отношению к Солнцу больше чем на 23 градуса. И во время вращения солнечные лучи падают на Землю по-разному. Если прямо — наступает лето, если под углом — холодает. Чем больше наклон, тем холоднее.

Самые прямые лучи достаются экватору, потому там почти всегда ровная теплая погода, а крайние точки Земли — полюса — так сильно наклонены, что солнце скользит по поверхности и не согревает землю. Поэтому в Арктике и Антарктике холодно даже летом.

Как появилась планета Земля?

У ребенка наверняка возникнет вопрос о том, как образовалась наша планета. Ученые могут только делать предположения на этот счет — точного ответа у них нет.

Основная гипотеза заключается в том, что 4,6 миллиардов лет назад из огромного газового облака возникло Солнце, и уже под его воздействием из космической пыли вокруг сформировались, «спеклись», планеты Солнечной системы, в том числе Земля. В то время она мало походила на планету, на которой мы живем. Скорее всего, это был огненный шар, который по мере остывания превращался в каменную пустыню — без воды, атмосферы и, конечно, признаков жизни.

Постепенно под влиянием разных процессов, происходивших в глубине, на поверхность поднимались различные вещества. Одни превращались в воду, другие участвовали в формировании атмосферы. Происходило это медленно: ученые считают, что на образование океанов и поверхности ушло более 200 миллионов лет.

Из чего состоит планета Земля?

Ребенку будет интересно узнать и про строение нашей планеты. Земля, если представить ее в разрезе, состоит из нескольких слоев.

В самом центре — ядро, твердое внутри и жидкое снаружи. Его состав — сплавы металлов, в основном железо и никель. Ядро занимает большую часть диаметра земли, оно величиной с планету Марс. Различают внутреннее и внешнее ядро. Эта часть земли очень горячая, причем чем глубже, тем горячее. Добраться до такого уровня невозможно, но, по мнению ученых, температура внутри ядра может быть больше, чем на Солнце — до 7 тысяч градусов.

Над ядром располагается мантия. Это самый важный слой Земли — и самый большой (свыше 80% всего объема). Именно здесь сосредоточена наибольшая часть веществ, которые составляют Землю. В основном это соединения железа, но структура слоя не совсем твердая: мантия скорее вязкая, поэтому часто говорят, что земная кора «плывет» по мантии.

Земная кора — верхняя часть твердой земли. По сравнению с другими слоями она тонкая. Бывает континентальная и океаническая кора. Слой континентальной коры достигает 40–50 километров, а под океанами — 5–10. Кора составляет около 1% массы Земли.

Земную кору и верхнюю часть мантии называют литосферой.

А гидросферой — всю водную часть поверхности Земли, в которую входят Мировой океан, воды и ледники, подземные воды.

Получается, что для поверхности, покрытой водой, гидросфера расположена над литосферой.

Еще выше — атмосфера. Это уже не часть планеты, а ее газовая оболочка, которая находится над Землей и вращается вместе с ней.

Состав земной атмосферы, а конкретнее — содержание в ней кислорода, сыграл ключевую роль в возникновении жизни на Земле.

Кроме кислорода, в атмосфере Земли присутствует азот и другие газы. А благодаря озоновому слою в атмосфере Земля защищена от большей части ультрафиолетового излучения Солнца.

Как зарождалась и развивалась жизнь на планете

Миллионы лет планета Земля оставалась необитаемой. Ученые нашли подтверждение тому, что живые организмы появились на Земле около 3-4 миллиардов лет назад, в дoкeмбpийcкий период развития Земли. Конечно, это еще не те животные, к которым мы привыкли, а простейшие — микроорганизмы.

Более развитые животные и растения появились позже — во время, которое называют фанерозоем. Этот период делится на 3 эпохи: пaлeoзoй, мeзoзoй и кaйнoзoй. Во время палеозоя появились беспозвоночные, насекомые и рыбы; мезозой подарил нам динозавров, а кайнозой — млекопитающих. Это случилось больше 65 миллионов лет назад, и до сих пор считается, что млекопитающие — высший этап развития для живых организмов. Человек — это млекопитающее.


Вам может быть интересно:

Необъяснимо, но факт: многие дети обожают динозавров. Если ваш ребенок тоже с восторгом смотрит мультфильмы и листает картинки с этими удивительными гигантскими существами, предлагаем вам нашу статью с интересными фактами про динозавров для детей.


Материки и океаны

71% территории Земли покрыт водой. Суша существует в виде шести материков: Евразия; Африка; Северная и Южная Америки, Антарктида и Австралия. Самый большой материк — Евразия, самый маленький — Австралия.

На Земле четыре океана. Они соединены между собой (это так называемый Мировой океан), но при этом сильно отличаются — температурой, особенностями дна, соленостью. Тихий океан — самый большой и глубокий, второй по величине — Атлантический, третий — Индийский (по сравнению с Атлантическим он меньше, но глубже). А самый маленький — Северный Ледовитый океан. Он еще и самый холодный, потому что расположен у Северного полюса и частично покрыт льдом. 

На нашей планете различают четыре климатических пояса — это территории, которые как будто опоясывают планету. В одном поясе по всей Земле примерно одинаковые условия для жизни: температуры, влажность, осадки.

По самому центру Земли идет экваториальный пояс. Здесь погода почти не меняется в течение года — лето, идут дожди и около +25 градусов.

Тропических поясов два, они находятся по обе стороны от экваториального. Здесь сухо и тепло, но разница между летом и зимой уже очевидна: зимой может быть около +15 градусов, зато летом — до +50.

Климат с холодной зимой и теплым летом нам знаком. Он характерен для умеренных поясов. Их тоже два, и они расположены после тропических по направлению от экватора.

На полюсах Земли расположены арктические пояса. Здесь холоднее всего, особенно зимой. Но и летом температура редко поднимается выше нуля.

Конечно, это деление условно. Климат не меняется резко при переходе от одного климатического пояса к другому. Существуют переходные полюса: два субэкваториальных, два субтропических и два субполярных, где проявляются характеристики соседних полюсов. Если плавно двигаться от одного пояса к другому, изменений в погоде практически не заметно. Но если перелететь на самолете, разница ощущается.

Погода в разных точках Земли зависит не только от расстояния от экватора, но и от рельефа. Основные виды рельефа на Земле — горы и равнины.

По площади равнины занимают большую часть суши. Мы можем это увидеть на карте или глобусе. Ни них равнины и горы в зависимости от высоты обозначаются зеленым, желтым или коричневым цветом. Самые высокие горы — темно-коричневые (Гималаи, Анды, Кавказ).

Самая высокая точка суши в мире — гора Джомолунгма в Гималаях — 8848 метров над уровнем моря. А самая низкая находится в океане, это Марианская впадина (на 11022 метра ниже уровня моря).

Луна — спутник Земли

Ученые считают, что Луна образовалась после падения на Землю какого-то большого космического объекта. От Земли оторвался кусок, который попал на ее орбиту и стал ее спутником.

Теперь Луна не только освещает Землю по ночам (кстати, светит она не сама по себе, а отраженным светом Солнца), но и влияет на земные процессы. Например, приливы и отливы на водных поверхностях вызваны именно силой притяжения Луны — самого близкого к Земле объекта. Между Луной и Землей — 384 400 километров. По космическим меркам это сравнительно немного, поэтому Луна — самый изученный космический объект для землян. И единственный, на котором побывал человек.

Луна часто оказывается на пути космических тел к Земле — и принимает их на себя, защищая Землю от нежелательных «гостей».

Изучая историю Земли, мы практически не задумываемся о том, что планета продолжает меняться. Потихоньку двигаются материки, тают ледники, происходят перемены в атмосфере, беднеет животный мир.

К сожалению, большинство перемен — не в лучшую сторону. Они вызваны не естественной эволюцией, а деятельностью людей, не берегущих планету. 

 

Курсы по географии для детей 6-13 лет

На онлайн-курсе «Удивительная планета» знакомим детей с важнейшими местами России и стран мира в увлекательном формате через игры, истории и загадки

узнать подробнее

 

 

Формирование нашей Солнечной системы

Солнце и планеты образовались вместе 4,6 миллиарда лет назад из облака газа и пыли, называемого солнечной туманностью. Ударная волна от соседнего взрыва сверхновой, вероятно, инициировала коллапс солнечной туманности. Солнце сформировалось в центре, а планеты сформировались в виде тонкого диска, вращающегося вокруг него. Подобным образом формировались луны, вращающиеся вокруг планет-гигантов. Кометы конденсировались во внешней части Солнечной системы, и многие из них были отброшены на большие расстояния в результате тесных гравитационных столкновений с планетами-гигантами.После воспламенения Солнца сильный солнечный ветер очистил систему от газа и пыли. Астероиды представляют собой оставшиеся скальные обломки.

Размеры и масштабы времени Солнечной системы

Земля вращается вокруг Солнца на расстоянии 150 миллионов километров (93 миллиона миль).

Орбиты планет почти круговые, и их размеры от одной трети до 30-кратного размера орбиты Земли.

Меркурий, самая внутренняя планета, совершает оборот вокруг Солнца примерно за три месяца, а Нептун — за 165 лет.

Солнце содержит около 99,9 процентов всей массы Солнечной системы.

Медленно вращающаяся солнечная туманность схлопнулась под действием собственной гравитации, образовав быстро вращающийся диск с Солнцем в центре.Столкновения газа и пыли внутри диска сконцентрировали материал в тонкую плоскость.

Внутренняя область солнечной туманности была горячей, позволяя конденсироваться только каменистому материалу.Там образовались каменистые планеты земной группы. Газы и лед могли конденсироваться в более холодных внешних регионах, где сформировались газовые планеты-гиганты и их ледяные спутники.

Небольшие тела столкнулись и слиплись, чтобы медленно образовать планеты земной группы.Такая аккреция также сформировала ядра газовых гигантов, пока они не стали достаточно массивными, чтобы их гравитация могла захватывать обильные газы.

Планеты земной группы, а также более крупные спутники и астероиды имеют сферические слои, которые образовались в результате плавления и дифференциации.Более тяжелые элементы оседали к центру, образуя богатые железом ядра. Более легкие материалы поднимались вверх, образуя внешние скальные слои.

планет за пределами нашей Солнечной системы

Планеты появляются из плотного газопылевого диска, окружающего молодые звезды. Кредит: НАСА

Пыль вокруг звезды имеет решающее значение для формирования небесных объектов вокруг нее.Пыль вокруг звезд содержит такие элементы, как углерод и железо, которые могут способствовать формированию планетных систем.

Когда звезда находится в формирующемся диске, также известном как фаза Т Тельца , она испускает чрезвычайно горячие ветры, в которых преобладают положительно заряженные частицы, называемые протонами, и нейтральные атомы гелия. Хотя большая часть материала с диска все еще падает на звезду, небольшие группы счастливых частиц пыли врезаются друг в друга, слипаясь в более крупные объекты.

Комки пыли становятся галькой, галька становится более крупными камнями, которые перетираются вместе, чтобы расшириться.Присутствие газа помогает частицам твердого материала слипаться. Одни распадаются, а другие держатся. Это строительные блоки планет, которые иногда называют «планетезималями».

Ученые считают, что планеты, в том числе и те, что находятся в нашей Солнечной системе, скорее всего, начинаются как пылинки размером меньше человеческого волоса. Они появляются из гигантского диска газа и пыли в форме пончика, который окружает молодые звезды. Гравитация и другие силы заставляют материал внутри диска сталкиваться.Если столкновение достаточно мягкое, материал сплавляется и растет, как катящийся снежный ком. Со временем частицы пыли объединяются в гальку, которая превращается в камни размером с милю. Когда эти планетезимали вращаются вокруг своей звезды, они убирают материал со своего пути, оставляя космические следы пустыми, за исключением мелкой пыли. В то же время звезда поглощает близлежащий газ и отталкивает более удаленный материал еще дальше. Через миллиарды лет диск полностью трансформируется, большая его часть теперь представлена ​​в виде новых миров.Посмотрите видео, чтобы увидеть, как разворачивается этот процесс.

Там, где диск холоднее, достаточно далеко от звезды, чтобы вода могла замерзнуть, крошечные фрагменты льда цепляются за пыль. Грязные снежки могут собираться в гигантские планетарные ядра. Эти более холодные регионы также позволяют молекулам газа замедляться настолько, чтобы их можно было притянуть к планете. Считается, что именно так образовались Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, газовые гиганты нашей Солнечной системы. Считается, что Юпитер и Сатурн сформировались первыми и быстро в течение первых 10 миллионов лет существования Солнечной системы.

В более теплых частях диска, ближе к звезде, начинают формироваться каменистые планеты. После образования ледяных гигантов планетам земной группы остается не так много газа, который мог бы аккрецироваться. Скалистые планеты, такие как Меркурий, Венера, Земля и Марс, могут сформироваться через десятки миллионов лет после рождения звезды. Детали того, где именно планеты предпочитают формироваться в дисках, до сих пор остаются загадкой и продолжаются исследованиями.

Когда планеты формируются вокруг звезды, они называются планетными системами, которые определяются как наборы гравитационно связанных объектов, вращающихся вокруг звезды.Они могут состоять из одной или нескольких планет, но также могут включать карликовые планеты, астероиды, естественные спутники, метеороиды и кометы. Солнце и его планеты, включая Землю, известны как Солнечная система. Термины «внесолнечная» система и «экзопланетная» система относятся к планетным системам, отличным от нашей собственной.

Формирование

планет? Это дрэг

Сделать планету непросто.

Вы начинаете с диска из газа и пыли, вращающегося вокруг новорожденной звезды. Зерна породы и минералы в диске каким-то образом слипаются и в конечном итоге вырастают в целый мир.Но то, как именно частицы пыли слипаются, долгое время озадачивало ученых. Электростатические силы будут создавать комки размером с гальку, подобно тому, как комки пыли образуются под диваном. Но этот процесс затухает в больших масштабах, когда более крупные объекты отскакивают или разбиваются, а не слипаются при столкновении. Что-то еще должно управлять ранним ростом планет, но что?

Потенциальный ответ на эту загадку появился около десяти лет назад, когда астрофизики Эндрю Юдин из Аризонского университета и Джереми Гудман из Принстонского университета обнаружили, что вращающиеся пылинки, тянущиеся за газом в диске, могут образовывать семена планет.Юдин и Гудман назвали предложенный ими механизм построения планет «потоковой нестабильностью».

Поведение пыли, по словам Юдина, похоже на то, как велосипедисты на гонке собираются вместе, чтобы минимизировать сопротивление. «Это один из лучших способов, которые у нас есть прямо сейчас, чтобы понять, как на самом деле происходит процесс формирования планеты», — говорит он. Это сопротивление — та самая сила, которая затрудняет движение против встречного ветра — уговаривает зерна собираться в скопления, которые затем быстро схлопываются в твердую форму под действием собственной гравитации, образуя большие куски, которые сливаются вместе, образуя полноразмерные планеты.«В последнее десятилетие было проведено много работы, потому что [потоковая нестабильность] потенциально представляет собой прорыв в нашем понимании того, как могут формироваться планеты», — говорит Филип Хопкинс, астрофизик из Калифорнийского технологического института.

Но теперь, возможно, это еще не все.

В серии недавних статей Хопкинс и его коллега из Калифорнийского технологического института Джонатан Сквайр описывают, как пыль, тянущаяся через газ, может иметь глубокие эффекты, которые выходят за пределы дисков, образующих планеты, и распространяются на Вселенную в целом.Газ в диске заставляет вращающиеся пылинки замедляться, позволяя другим частицам скапливаться позади них. Эти скопления частиц могут создавать следы в газе, привлекая другие близлежащие частицы, как веревка конга на танцевальной вечеринке. В зависимости от таких условий, как наличие или отсутствие электромагнитных полей, пыль может затем образовывать комки, слои, нити или другие структуры в самых разных масштабах.

Этот процесс, получивший название «резонансная неустойчивость сопротивления», представляет собой более широкий класс явлений, включающий потоковую неустойчивость.Все они основаны на одном и том же взаимодействии с силой сопротивления, но неустойчивость потока — это особый случай, происходящий в планетарном диске. Теоретически, однако, нестабильность сопротивления должна возникать везде, где есть пыль и газ, например, вокруг черных дыр и звезд и даже в глубинах межзвездного пространства. «Каждый раз, когда вы пытаетесь перемещать частицы через газ, возникает версия этой нестабильности», — говорит Хопкинс. Нестабильность может играть важную роль во всем: от того, как некоторые звезды стареют и умирают, сдуваемые порывами звездного ветра, до того, как вулканический пепел оседает в атмосфере планеты.

В частности, исследователи обнаружили новый тип нестабильности сопротивления, который также может возникать в диске, формирующем планету. В этом процессе, называемом «неустойчивостью оседания», пыль может слипаться в концентрические кольца по мере того, как она оседает внутри диска, потенциально усиливая неустойчивость потока и ускоряя быстрое формирование планет. «Общее ощущение, что должно быть что-то большее, чем просто нестабильность потоковой передачи», — говорит Хопкинс. «Беспокойство многих людей заключалось в том, что конкретные обстоятельства, при которых могла действовать эта конкретная нестабильность, были довольно узкими.«Потоковые нестабильности лучше всего работают в чрезвычайно запыленных средах, в которых только определенное подмножество размеров зерен оседает в виде тонкого диска внутри газа. Только часть дисков, формирующих планеты, может соответствовать этим критериям, однако статистика показывает, что планеты есть у всех звезд. Теоретически разницу могут компенсировать другие механизмы формирования планет, управляемые сопротивлением, очень похожие на предложение Хопкинса и Сквайра, например нестабильность оседания.

«Формирование планет — одна из величайших интеллектуальных диковин человечества», — говорит Константин Батыгин, астрофизик из Калифорнийского технологического института, не принимавший участия ни в одном из исследований группы.«Эта проблема, связанная с тем, как вы формируете строительные блоки, преследует эту область на протяжении десятилетий. Тот факт, что появилось понимание того, как формируются мельчайшие кусочки, я считаю действительно важным прорывом».

Другие не так уверены. Потоковая нестабильность уже довольно распространена и играет настолько большую роль, что кажется, что она не нуждается в большой помощи, если вообще в ней, говорит Джим Стоун, астрофизик из Принстона, изучающий газовую динамику, но не участвовавший ни в одной из работ. «Трудно представить что-то более важное, — говорит он.

Однако исследователи согласны с тем, что необходимо проделать дополнительную работу, чтобы изучить механизмы Хопкинса и Сквайра и их последствия. В частности, необходимы более совершенные компьютерные модели для моделирования того, как конкретные сценарии, такие как предложенная парой нестабильность образования колец, возникают и развиваются в более реалистичных, турбулентных и хаотических условиях. По словам Хопкинса, такие симуляции уже проводятся. Кроме того, новые наблюдения с помощью радиотелескопов, которые позволяют заглянуть в темные центры дисков, формирующих планеты, также могут предоставить больше доказательств за или против таких процессов, как нестабильность оседания, говорит Юдин.

«Что действительно интересно в этой работе, так это то, что они объединили математику», — говорит Стоун, показывая, что нестабильность сопротивления, в том числе нестабильность потока, в основном одинаковы. Что может быть самым захватывающим, отмечает он, так это то, что эти явления могут происходить по всей Вселенной.

Они могут происходить даже здесь, на Земле. Хопкинс говорит, что он и Сквайр слышали отчеты вулканологов, которые подозревают, что они были свидетелями нестабильности сопротивления, происходящей в вулканическом пепле, проходящем через атмосферу Земли.Чем больше пепла слипается при падении, тем меньше солнечного света он блокирует, уменьшая его охлаждающее воздействие на планету; понимание того, как нестабильность сопротивления влияет на извержения вулканов, может оказаться важным для улучшения моделей изменения климата.

Тем не менее, на данный момент бурно развивающееся исследование неустойчивости сопротивления еще не разрешило окончательно ни одной загадки. «Я вижу это как нечто, что не закрывает вопросы, — говорит Юдин, — но действительно открывает новые возможности для изучения».

Как образовалась Солнечная система?

Формирование Солнечной системы началось примерно 4.5 миллиардов лет назад, когда гравитация стянула облако пыли и газа вместе, чтобы сформировать нашу Солнечную систему.

Ученые не могут напрямую изучить, как сформировалась наша Солнечная система, но объединение наблюдений за молодыми звездными системами в диапазоне длин волн с компьютерным моделированием привело к моделированию того, что могло произойти много лет назад.

Как образовалось солнце?

Художественное изображение газа и пыли, окружающих молодую звезду. (Изображение предоставлено НАСА)

Солнечная система опирается на наше Солнце.

Еще до появления Солнечной системы огромная концентрация межзвездного газа и пыли создала молекулярное облако, которое стало местом рождения Солнца. Низкие температуры заставляли газ слипаться, становясь все более плотным. Самые плотные части облака начали разрушаться под действием собственной гравитации, возможно, из-за взрыва соседней звезды, образуя множество молодых звездных объектов, известных как протозвезды.

Гравитация продолжала обрушивать материал на новорожденную солнечную систему, создавая звезду и диск из материала, из которого должны были сформироваться планеты.В конце концов, по данным НАСА, новорожденное солнце охватило более 99% массы Солнечной системы. Когда давление внутри звезды стало настолько сильным, что начался синтез, превращающий водород в гелий, звезда начала извергать звездный ветер, который помог убрать обломки и предотвратить их падение внутрь.

Хотя газ и пыль покрывают молодые звезды в видимом диапазоне длин волн, инфракрасные телескопы исследовали множество облаков в галактике Млечный Путь, чтобы изучить окружение других новорожденных звезд.Ученые применили то, что они видели в других системах, к нашей собственной звезде.

Как образовались планеты?

Планеты, луны, астероиды и все остальное в Солнечной системе образовались из небольшой части материала в регионе, который не был включен в молодое солнце. Этот материал сформировал массивный диск вокруг молодой звезды, который окружал ее около 100 миллионов лет — мгновение ока по астрономическим меркам.

За это время из диска сформировались планеты и луны.Ученые утверждают, что среди планет Юпитер, вероятно, сформировался первым, возможно, уже через миллион лет жизни Солнечной системы.

Ученые разработали три разные модели, чтобы объяснить, как могли формироваться планеты в Солнечной системе и за ее пределами. Первая и наиболее широко принятая модель, аккреция ядра, хорошо работает с образованием каменистых планет земной группы, но имеет проблемы с планетами-гигантами. Второй, аккреция гальки, может позволить планетам быстро формироваться из мельчайших материалов.Третий, метод нестабильности диска, может объяснить создание планет-гигантов.

Модель аккреции ядра

Приблизительно 4,6 миллиарда лет назад Солнечная система представляла собой облако пыли и газа, известное как солнечная туманность. Гравитация разрушила материал сам по себе, когда он начал вращаться, образуя солнце в центре туманности.

С восходом солнца оставшийся материал начал слипаться. Согласно модели аккреции ядра, мелкие частицы стягивались вместе, связанные силой гравитации, в более крупные частицы.Солнечный ветер унес более легкие элементы, такие как водород и гелий, из близлежащих регионов, оставив только тяжелые каменистые материалы для создания земных миров. Но дальше солнечные ветры оказывали меньшее влияние на более легкие элементы, позволяя им сливаться в газовых гигантов. Таким образом были созданы астероиды, кометы, планеты и луны.

Некоторые наблюдения за экзопланетами подтверждают, что аккреция ядра является доминирующим процессом формирования. Звезды с большим количеством «металлов» — термин, который астрономы используют для обозначения элементов, отличных от водорода и гелия, — имеют в своих ядрах больше планет-гигантов, чем их бедные металлами собратья.Согласно НАСА, аккреция ядра предполагает, что маленькие каменистые миры должны быть более распространены, чем большие газовые гиганты.

Открытие в 2005 году планеты-гиганта с массивным ядром, вращающейся вокруг солнцеподобной звезды HD 149026, является примером экзопланеты, которая помогла укрепить аргументы в пользу аккреции ядра. Ученые обнаружили, что ядро ​​планеты примерно в 70 раз массивнее Земли; они считают, что он слишком велик, чтобы образоваться из коллапсирующего облака, согласно заявлению НАСА об исследовании.

Аккреция гальки

Самая большая проблема для аккреции ядра — это время — строительство массивных газовых гигантов достаточно быстро, чтобы захватить более легкие компоненты их атмосферы. В исследовании, опубликованном в 2015 году, изучалось, как более мелкие объекты размером с гальку сливаются вместе, создавая планеты-гиганты в 1000 раз быстрее, чем предыдущие исследования.

«Это первая известная нам модель, в которой вы начинаете с довольно простой структуры солнечной туманности, из которой формируются планеты, и заканчиваете системой планет-гигантов, которую мы видим», — ведущий автор исследования Гарольд Левисон. астроном из SwRI, сказал Space.ком в то время.

В 2012 году исследователи Михиль Ламбрехтс и Андерс Йохансен из Лундского университета в Швеции предположили, что крошечные обломки, однажды списанные, содержат ключ к быстрому строительству гигантских планет. «Они показали, что оставшиеся от этого процесса формирования камешки, которые ранее считались неважными, на самом деле могут стать огромным решением проблемы формирования планет», — сказал Левисон.

В симуляциях, разработанных Левисоном и его командой, более крупные объекты действовали как хулиганы, выхватывая камешки из масс среднего размера, чтобы расти гораздо быстрее.«Более крупный парень в основном запугивает меньшего, поэтому они могут сами съесть всю гальку, и они могут продолжать расти, формируя ядра планет-гигантов», — сказала Space.com соавтор исследования Кэтрин Кретке, также из SwRI. .

Модель нестабильности диска

Другие модели пытаются объяснить образование газовых гигантов. Согласно моделям аккреции ядра, этот процесс занял бы несколько миллионов лет, дольше, чем легкие газы были доступны в ранней Солнечной системе.

«Планеты-гиганты формируются очень быстро, за несколько миллионов лет», — сказал Space.com Кевин Уолш, исследователь из Юго-Западного исследовательского института (SwRI) в Боулдере, штат Колорадо. «Это создает ограничение по времени, потому что газовый диск вокруг Солнца существует всего от 4 до 5 миллионов лет».

Эта проблема решается относительно новой теорией нестабильности диска. В модели нестабильности диска формирования планет сгустки пыли и газа связаны вместе на ранних этапах жизни Солнечной системы. Со временем эти глыбы медленно сжимаются в гигантскую планету.

Планеты могут формироваться таким образом всего за 1000 лет, предполагают модели, что позволяет им улавливать быстро исчезающие более легкие газы. Они также быстро достигают массы, стабилизирующей орбиту, которая удерживает их от смертельного марша к солнцу.

По мере того, как ученые продолжают изучать планеты внутри Солнечной системы, а также вокруг других звезд, они будут лучше понимать, как образовались газовые гиганты.

Планеты в движении

Первоначально ученые думали, что планеты формируются в их нынешних местах в Солнечной системе.Но открытие экзопланет всколыхнуло ситуацию, показав, что по крайней мере некоторые из самых массивных миров могут мигрировать через свои окрестности.

В 2005 году в журнале Nature было опубликовано три статьи, в которых излагалась идея, которую исследователи назвали моделью Ниццы, в честь города во Франции, где они впервые ее обсудили. Эта модель предполагает, что в первые дни существования Солнечной системы планеты-гиганты вращались по почти круговым орбитам, гораздо более компактным, чем сегодня. Их окружал большой диск из камней и льдов, простирающийся примерно в 35 раз больше, чем расстояние от Земли до Солнца, сразу за нынешней орбитой Нептуна.

Когда планеты взаимодействовали с меньшими телами, они рассеивали большую часть этих объектов по направлению к солнцу. Этот процесс заставил массивные планеты обмениваться энергией с более мелкими объектами, отправив Сатурн, Нептун и Уран дальше в Солнечную систему. В конце концов маленькие объекты достигли Юпитера, что отправило их на край Солнечной системы или полностью за ее пределы.

Движение между Юпитером и Сатурном заставило Уран и Нептун выйти на еще более эксцентричные орбиты, отправив пару через оставшийся ледяной диск.Часть материала была отброшена внутрь, где он врезался в планеты земной группы во время поздней тяжелой бомбардировки. Другой материал был выброшен наружу, создавая пояс Койпера.

Медленно продвигаясь наружу, Нептун и Уран поменялись местами. В конце концов, взаимодействие с оставшимися обломками привело к тому, что пара стала двигаться по более круговым траекториям, когда они достигли своего нынешнего расстояния от солнца.

По пути наша солнечная система могла потерять членов: возможно, что одна или даже две другие планеты-гиганты были выбиты из окрестностей всем этим движением.Астроном Дэвид Несворни из SwRI смоделировал раннюю Солнечную систему в поисках подсказок, которые могли бы привести к пониманию ее ранней истории.

«Раньше Солнечная система была совсем другой, с большим количеством планет, возможно, таких же массивных, как Нептун, формирующихся и разбросанных по разным местам», — сказал Несворни Space.com 

Где вода?

Даже после того, как сформировались планеты, сама Солнечная система была не совсем узнаваема. Земля выделяется среди планет из-за высокого содержания воды, что, как подозревают многие ученые, способствовало эволюции жизни.

Но нынешнее местоположение планеты было слишком теплым, чтобы на ней могла собираться вода в ранней Солнечной системе, что позволяет предположить, что живительная жидкость могла быть доставлена ​​после формирования Земли.

Одна загвоздка: ученые до сих пор не знают, откуда могла взяться эта вода. Первоначально исследователи подозревали, что его принесли на Землю кометы, но несколько миссий, в том числе шесть миссий, пролетевших с кометой Галлея в 1980-х годах, и более поздний космический корабль Европейского космического агентства «Розетта», показали, что состав ледяного материала с окраин Солнечной системы не изменился. не совсем соответствуют земным.

Пояс астероидов — еще один потенциальный источник воды. Несколько метеоритов продемонстрировали признаки изменения, изменения, произошедшие в начале их жизни, которые намекают на то, что вода в той или иной форме взаимодействовала с их поверхностью. Удары метеоритов могут стать еще одним источником воды для планеты.

В последнее время некоторые ученые даже оспаривают представление о том, что ранняя Земля была слишком горячей для сбора воды. Они утверждают, что если бы планета сформировалась достаточно быстро, она могла бы собрать необходимую воду из ледяных крупинок до того, как они испарились.

Какой бы процесс ни принес воду на Землю, скорее всего, это произошло и с Венерой и Марсом. Но повышение температуры на Венере и истончение атмосферы на Марсе не позволили этим мирам сохранить свою воду, что привело к появлению сухих планет, которые мы знаем сегодня.

Дополнительные ресурсы

  • Прочитайте описание НАСА о том, как образовалась Солнечная система, или посмотрите анимацию на эту тему.
  • Прочтите описание того, как формируются звезды и планеты, от ALMA, который специализируется на наблюдении за дисками, из которых рождаются планеты.
  • Ученые узнали о формировании планет, сравнив миры в нашей Солнечной системе с экзопланетами.

Следуйте за нами в Twitter @ Spacedotcom и на Facebook .  

Как образуются планеты?

Концепция этого художника показывает только что образовавшуюся звезду, окруженную вращающимся протопланетным диском из пыли и газа.Предоставлено: Копенгагенский университет/Ларс Буххейв.

Как появились планеты Солнечной системы? Ведущей теорией является нечто, известное как «гипотеза протопланеты», которая, по сути, утверждает, что очень маленькие объекты прилипали друг к другу и становились все больше и больше — достаточно большими, чтобы даже образовать газовых гигантов, таких как Юпитер.

Но как, черт возьми, это произошло? Подробнее ниже.

Рождение Солнца

Примерно 4,6 миллиарда лет назад, согласно теории, на месте нынешней Солнечной системы было не более чем рыхлое скопление газа и пыли — то, что мы называем туманностью. (Туманность Ориона — один из самых известных примеров, которые можно увидеть в ночном небе.)

Затем произошло нечто, вызвавшее изменение давления в центре облака, говорят ученые. Возможно, это была сверхновая, взорвавшаяся неподалеку, или проходящая звезда, изменившая гравитацию.Однако, по данным НАСА, каким бы ни было изменение, облако разрушилось и образовало диск из материала.

В центре этого диска наблюдалось сильное увеличение давления, которое в конечном итоге стало настолько мощным, что свободно плавающие в облаке атомы водорода начали вступать в контакт. В конце концов, они слились и произвели гелий, положив начало формированию Солнца.

Солнце было голодным юношей — оно съело 99% того, что вращалось вокруг, по словам НАСА, — но при этом оставался 1% диска, доступного для других целей.И здесь началось формирование планет.

Туманность Ориона. 1 кредит

Время хаоса

В то время Солнечная система была очень грязным местом, где плавали газ, пыль и мусор. Но формирование планет, похоже, произошло относительно быстро. Маленькие частицы пыли и газа начали слипаться. Молодое Солнце вытолкнуло большую часть газа во внешнюю Солнечную систему, и его тепло испарило весь лед, который был поблизости.

Со временем более твердые планеты оказались ближе к Солнцу, а газовые гиганты — дальше. Но около четырех миллиардов лет назад произошло событие, названное «поздней тяжелой бомбардировкой», в результате которого небольшие тела забросали более крупных членов Солнечной системы. Согласно теории, мы чуть не потеряли Землю, когда в нее врезался объект размером с Марс.

Что вызвало это, все еще исследуется, но некоторые ученые считают, что это произошло из-за того, что газовые гиганты двигались и возмущали более мелкие тела на окраине Солнечной системы.Во всяком случае, говоря простым языком, слипшиеся вместе протопланеты (планеты в процессе формирования) в конечном итоге образовали планеты.

Мы все еще можем видеть остатки этого процесса повсюду в Солнечной системе. Между Марсом и Юпитером есть пояс астероидов, который, возможно, слился бы в планету, если бы гравитация Юпитера не была такой сильной. У нас также есть кометы и астероиды, которые иногда называют «кирпичиками» нашей Солнечной системы.

Мы подробно описали, что произошло в нашей собственной Солнечной системе, но важно сделать вывод, что многие из этих процессов происходят и в других местах.Поэтому, когда мы говорим об экзопланетных системах — планетах за пределами нашей Солнечной системы — считается, что имела место аналогичная последовательность событий. Но насколько похожим еще предстоит научиться.

Эти изображения — одни из первых, сделанных во время теплой миссии Спитцера — новой фазы, начавшейся после того, как в телескопе, проработавшем более пяти с половиной лет, закончился жидкий хладагент. Они показывают область звездообразования (DR22 в Лебеде), DR22 в созвездии Лебедя Лебедя.Предоставлено: НАСА / Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт.

Изготовление корпуса

Одной из основных проблем этой теории, конечно же, является то, что никто (насколько нам известно!) не записывал раннюю историю Солнечной системы. Это потому, что Земля еще даже не сформировалась, поэтому ни одна жизнь — не говоря уже о разумной жизни — не может отслеживать, что происходит с планетами вокруг нас.

Астрономы решают эту проблему двумя основными способами. Первый — простое наблюдение.Используя мощные телескопы, такие как Атакамская большая миллиметровая/субмиллиметровая решетка (ALMA), астрономы могут фактически наблюдать пыльные диски вокруг молодых планет. Итак, у нас есть многочисленные примеры звезд, вокруг которых рождаются планеты.

Художественное представление объекта размером с Марс, врезавшегося в Землю, запустив процесс, который в конечном итоге создал нашу Луну. Кредит: Джо Туччароне

Второй использует моделирование. Чтобы проверить свои наблюдательные гипотезы, астрономы запускают компьютерное моделирование, чтобы увидеть, работают ли (математически) идеи.Часто они пытаются использовать разные условия во время моделирования, например, прохождение звезды, вызывающее изменения в пылевом облаке. Если модель сохраняется после многих прогонов и при нескольких условиях, она, скорее всего, верна.

Тем не менее, есть некоторые сложности. Мы пока не можем использовать моделирование, чтобы точно предсказать, как планеты Солнечной системы оказались там, где они были. Кроме того, в мельчайших деталях наша Солнечная система представляет собой запутанное место с такими явлениями, как астероиды с лунами.

И нам нужно лучше понимать внешние факторы, которые могут повлиять на формирование планет, такие как сверхновые (взрывы старых, массивных звезд). Но гипотеза о протопланетах — лучшее, что у нас есть — по крайней мере, на данный момент.

  • Впечатление художника от Солнечной туманности. Кредит: НАСА
  • Эта анимация, созданная из отдельных радиолокационных изображений, ясно показывает грубые очертания BL86 2004 года и его недавно обнаруженного спутника.Авторы и права: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт.

Моделирование Солнечной системы раскрывает планетарную тайну

Цитата : Как образуются планеты? (2015, 30 января) получено 22 марта 2022 г. с https://физ.org/news/2015-01-planets.html

Этот документ защищен авторским правом. Помимо любой добросовестной сделки с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в ознакомительных целях.

Внешние планеты: как формируются планеты



Описание: Планеты земной группы сформировались близко к Солнцу, где температуры хорошо подходили для конденсации камней и металлов.Юпитерианские планеты образовались за пределами так называемой линии замерзания, где температура была достаточно низкой для конденсации льда.

Обзор

В предыдущем разделе мы обсуждали образование звезды в результате коллапса большого облака газа. Стоит отметить, что восемь планет в нашей Солнечной системе составляют две разные группы; четыре планеты, ближайшие к Солнцу, составляют каменистые планеты земной группы, а четыре планеты, наиболее удаленные от Солнца, составляют газообразные планеты-юпитеры.Почему объекты, образовавшиеся из одного и того же газового облака, имеют разный состав? Ответ заключается в том, где эти объекты образовались по отношению к родительской звезде, нашему Солнцу.

После коллапса солнечной туманности, в результате которого образовалось наше Солнце, вокруг новой звезды образовался диск из материала. Температура на этом протопланетном диске не была однородной. Поскольку разные материалы конденсируются при разных температурах, наша Солнечная система сформировала разные типы планет. Линия, разделяющая разные планеты в нашей Солнечной системе, называется линией мороза.В приведенной ниже симуляции обратите внимание, где в солнечной туманности конденсируются водород и гелий.

Формирование планеты земной группы



Схема линии замерзания
(нажмите, чтобы увеличить)

Соединения водорода, такие как вода и метан, обычно конденсируются при низких температурах и остаются газообразными внутри линии замерзания, где температура выше. Более тяжелые скальные и металлические материалы лучше подходят для конденсации при более высоких температурах. Таким образом, внутренние планеты почти полностью состоят из камня и металла и образуют группу, известную как планеты земной группы.

Как образовались планеты земной группы?

После того, как более тяжелые элементы и минералы сконденсировались в твердые куски породы, все они вращались вокруг Солнца примерно с одинаковой скоростью. Как вы понимаете, столкновения объектов, движущихся с одинаковой скоростью, менее разрушительны, чем столкновения объектов, движущихся с разными скоростями. Таким образом, когда камни, вращающиеся вокруг Солнца, движутся близко друг к другу, они чаще слипаются, чем разрушают друг друга. Эти части постепенно увеличиваются в размере в процессе, называемом аккрецией.Как только они становятся достаточно большими, гравитация заставляет их принимать сферическую форму.


Формирование планеты Юпитера



Материалы в солнечной туманности
(нажмите, чтобы увеличить)

За пределами линии замерзания температура ниже, и соединения водорода могут конденсироваться в лед. Камень и металл все еще присутствуют во внешней Солнечной системе, но водородные соединения превосходят их по численности и весу. Таким образом, планетезимали, сформировавшиеся во внешней части Солнечной системы, состоят в основном из соединений водорода со следами горных пород и металлов.Водород и гелий не конденсируются в солнечной туманности, и их довольно много на больших орбитах объектов во внешней Солнечной системе. По мере того, как внешние планетезимали продолжали расти, сила их гравитации становилась все сильнее. Окружающий материал, прежде всего водород и гелий, все больше и больше притягивает планетезимали по мере того, как они увеличиваются в размерах, а планетезимали все больше и больше срастаются.


Солнечная туманность

Как образовались планеты Юпитера?

Юпитерианские планетезимали вскоре превратились в ледяные плотные ядра, которые мы видим сегодня, окруженные огромными облаками аккрецированного газа.Подобно коллапсу солнечной туманности, эти газовые шары могут стать достаточно большими, чтобы вызвать гравитационный коллапс. Вспомните из раздела о звездообразовании, что гравитационный коллапс включает нагревание, сплющивание и ускорение вращения. Возможно, что по мере коллапса юпитерианских протопланет более мелкие частицы в окружающем диске образовали некоторые из спутников, которые сейчас вращаются вокруг отдельных внешних планет. Это имеет смысл, поскольку у всех внешних планет есть много спутников и колец, которые вращаются в одной плоскости, точно так же, как планеты в нашей Солнечной системе вращаются вокруг Солнца в одной плоскости.

Симулятор орбиты

Симулятор орбиты показывает движение планет и других объектов вокруг Солнца.
Симулятор орбиты
(нажмите для запуска)




Вернуться к началу

Формирование планет – обзор

9.02.7 Динамика формирования планет

В общих чертах, скорость аккреции планет из дисков зависит от массы самих дисков. Если во время аккреции присутствует значительное количество туманного газа, темпы выше (т.г., Хаяши и др., 1985). Если газ присутствует, то важно знать, что делает Юпитер во время аккреции планет земной группы. В настоящее время это недостаточно ограничено и зависит от модели. Отсутствие небулярного газа, по расчетам, также приводит к эксцентричным орбитам (Agnor and Ward, 2002). Однако недавно было показано, что аккреция в присутствии роев планетезималей также уменьшает эксцентриситет (O’Brien et al., 2006).

Наиболее широко распространенной моделью формирования земных планет является планетезимальная теория (Chambers, 2004).Проще говоря, аккреция планет земной группы рассматривается как протекающая в четыре этапа:

1.

Оседание околозвездной пыли к средней плоскости диска

2.

Рост планетезималей до ~ 1 км по размеру

3.
3.

Runaway Рост планетарных эмбрионов до ~ 10 3 км размером

4.

Стохастический рост более крупных объектов через столкновения позднего этапа

этап 1 происходит в течение тысяч лет, если нет турбулентности, но гораздо дольше в противном случае.Это обеспечивает относительно плотную плоскость материала, из которого растут планеты. Второй этап плохо изучен, но он необходим для создания объектов достаточной массы, чтобы гравитация могла играть важную роль. Планетезимали должны быть размером около километра, чтобы запустилась третья ступень, управляемая гравитацией. Хотя мы не знаем, как происходит стадия 2, каким-то образом это должно быть возможно. В лаборатории были созданы пушистые агрегаты пыли, но обычно они имеют размер менее сантиметра (Blum, 2000).Большие объекты более проблематичны. Одно очевидное предположение состоит в том, что был задействован какой-то клей. Однако летучие вещества не сконденсировались бы внутри Солнечной системы. Мало того, что давление было слишком низким, но и температура, вероятно, была высокой из-за нагревания материала, выброшенного на Солнце (Boss, 1990). Органический материал или капли расплава, такие как хондры (Wiechert and Halliday, 2007), возможно, сыграли важную роль в склеивании материала. Долгое время рассматривалась альтернатива клею (Ward, 2000), заключающаяся в том, что внутри диска из пыли и газа происходит локальное разделение и комкование материала по мере его перемещения.Это приводит к гравитационной нестабильности, при которой весь участок диска имеет относительно высокую гравитацию и скапливается в зоне концентрированной массы (Goldreich and Ward, 1973; Weidenschilling, 2006). Это похоже на некоторые модели, предложенные некоторыми для формирования Юпитера (Boss, 1997).

После того, как произошла стадия 2, неконтролируемый рост превращает объекты размером 1 км в объекты размером 1000 км. Этот механизм использует тот факт, что (1) более крупные объекты проявляют более сильные гравитационные силы, (2) дисперсия скоростей мала, поэтому поперечное сечение для столкновения может быть намного больше, чем физическое поперечное сечение для самых больших тел в рое, (3) столкновения, приводящие к росту, благоприятны, если материал не находится на наклонной орбите, и (4) более крупные объекты, как правило, не движутся по наклонной орбите.Конечным результатом является то, что чем больше объект, тем больше он становится до тех пор, пока весь материал, доступный в пределах данной зоны питания или гелиоцентрического расстояния, не будет включен в планетарные зародыши. Считается, что это произойдет в течение нескольких сотен тысяч лет (Chambers, 2004; Kortenkamp and Wetherill, 2000; Kortenkamp et al., 2000; Lissauer, 1987, 1993). Окончательный размер зависит от количества доступного материала. Используя модели плотности солнечной туманности, возможно, что тело размером с Марс (~ 0.1 M E ) может возникнуть таким образом на его нынешнем гелиоцентрическом расстоянии. Однако в непосредственной близости от Земли максимальный размер объекта будет равен размеру Луны (~ 0,01 M E ) или, возможно, даже меньше.

Считается, что для создания объектов размером с Землю требуется более продолжительная история столкновений между зародышами планет размером в 1000 км (Wetherill, 1986). Это стохастический процесс, который трудно точно предсказать.Русский теоретик Сафронов (1954) предположил, что в отсутствие туманности рост планет земной группы будет определяться такой историей столкновений планет. Wetherill (1980, 1986) взял эту модель и выполнил моделирование методом Монте-Карло роста земных планет. Он показал, что действительно некоторые прогоны генерировали планеты правильного размера и распределения, соответствующие Меркурию, Венере, Земле и Марсу. Он отслеживал временные рамки этих «успешных» прогонов и обнаружил, что большая часть массы была аккрецирована в первые 10 млн лет, но эта значительная аккреция продолжалась гораздо дольше.Уэтерилл также проследил происхождение материала, из которого построены планеты земной группы, и показал, что, в отличие от неконтролируемого роста, концепция зоны питания ошибочна. Планетезимали и планетарные зародыши, которые построили Землю, прибыли с расстояний, простирающихся более чем на 2 а.е. Более поздние расчеты формирования Солнечной системы дали аналогичные результаты (Canup and Agnor, 2000).

Последние модели аккреции Солнечной системы «Гранд Тэк» предполагают, что все планет земной группы и астероидов формируются внутри 1 а.е. в относительно ограниченной зоне (Hansen, 2009).Это помогает объяснить небольшой размер Марса. Новая стандартная модель внутренней Солнечной системы состоит в том, что планетарные зародыши, такие как родительские тела железных метеоритов, аккрецировались близко к Солнцу, но затем впоследствии мигрировали наружу (Bottke et al. (2006). Граница аккреции планет земной группы в 1 а.е. была установлена Юпитер, мигрирующий внутрь, который очищал или аккрецировал все на своем пути. Однако затем Юпитер замедлился и впоследствии отступил из-за роста Сатурна. Планеты земной группы и пояс астероидов распространились по внутреннему диску, когда эти две планеты-гиганты мигрировали обратно наружу ( Хансен, 2009; Уолш и др., 2011).

Столкновения планет, которые привели к росту планет земной группы, были бы катастрофическими. Высвободившейся энергии хватило бы, чтобы поднять температуру Земли на тысячи градусов. Наиболее широко распространенная теория образования Луны состоит в том, что произошло такое катастрофическое столкновение между планетой размером с Марс и протоземлей, когда она составляла примерно 90% ее нынешней массы. Предполагаемая ударная планета, которую иногда называют «Тейя» (мать «Селены», которая была богиней Луны), ударила протоземлю скользящим ударом, создав угловой момент системы Земля-Луна.

Эти динамические модели могут быть проверены с помощью геохимии и петрологии, которые предоставляют 6 основных видов информации, относящейся к самой ранней истории Земли: компонентов, из которых построены Земля и Луна.

2.

Временные рамки аккреции, потери летучих веществ и образования ядра можно определить по системам с коротким и долгоживущим распадом (рис. 1).

3.

Условия образования ядра можно определить по поведению характерных «сидерофильных» элементов при распределении металл-силикат.

4.

Интегрированные по времени отношения родительских/дочерних элементов можно определить по изотопному составу дочерних элементов, что дает представление о (палео)химии материалов-предшественников.

5.

Массозависимое фракционирование стабильных изотопов накладывает ограничения на преобладающие процессы и условия.

6.

Геохимия и петрология обеспечивают наши основные ограничения на состояние Земли в конце аккреции.

Они представляют собой огромную область науки и постоянно развивающийся ландшафт, поскольку новые и улучшенные методы применяются к метеоритам и лунным образцам.

Leave a Reply

Ваш адрес email не будет опубликован.