Публикация научных статей.
Вход на сайт
E-mail:
Пароль:
Запомнить
Регистрация/
Забыли пароль?
Международный научно-исследовательский журнал публикации ВАК
Научные направления
Поделиться:
Разделы: Астрономия
Размещена 28.08.2017. Последняя правка: 12.09.2017.

КРИТЕРИЙ ФОРМИРОВАНИЯ ДИФФУЗНЫХ ОБЪЕКТОВ

Сахненко Виктор Григорьевич

нет

Одесский национальный университет имени И. И. Мечникова

с.н.с.

Аннотация:
На основании известных классических физических законов выдвигается гипотеза формирования диффузных объектов звезд и планет диффузного типа. Устанавливается критерий формирования планет диффузного типа. Этот критерий подтверждается на примерах Солнца планет и их спутников.


Abstract:
It is a hypothesis at forming of planets of giants. The criterion of forming of planets of giants is found. This criterion is confirmed on the examples of the sunny system.


Ключевые слова:
центр галактики; Солнечная система; планеты; диффузные планеты; протопланетное газовое облако.

Keywords:
center of galaxy; Sunny system; planets; planets are giants.


УДК 524  

Цель статьи:

На основании законов классической механики  показать природу образования диффузных планет в Солнечной системе, и предлагается качественная и количественная оценка этому явлению.

Формирование диффузных (гигантских) планет — одна из загадок планетологии [1]. Вместе с тем она может иметь достаточно простое объяснение на основании классических законов физики.

Космические объекты  можно разделить на два типа: объекты, имеющие твердую поверхность (планеты земной группы, планета Плутон, спутники планет и метеориты). И объекты  диффузного типа (звезды, планеты-гиганты и кометы).  Предлагается критерий, позволяющий по косвенным, параметрам объекта определить к какому  типу относится объект.

        Для понимания сути предлагаемого критерия введем понятие центрального тела и обращающегося вокруг него орбитального тела. Понятия эти относительные. Например, в Галактике центральным телом является ее центр, а орбитальным Солнце. В свою очередь для Солнца как центрального тела орбитальными будут планеты. Наконец, для каждой планеты - центрального тела орбитальными будут спутники этой планеты.

Согласно предлагаемому критерию возможны следующие случаи.

1. Если центральное тело имеет твердую поверхность, то и его окружающие орбитальные тела, имеют твердую поверхность. Например, спутник Земли – Луна, спутники Марса – Фобос и Деймос, либо спутник Плутона – Харон.

     2. Если центральное тело – диффузное, то  состояние его орбитальных тел             определяются критерием S – равным отношению гравитационного потенциала на поверхности Up   орбитального тела и гравитационного потенциала на его орбите Uo, создаваемого центральным телом

                              S = k.U p  /Uo = k . Mp . Lo / (Rp. Mo),                                     (1)

      где kнекоторый коэффициент пропорциональности, зависящий от динамики движения планеты, химического состава поверхности тела, его температуры нагрева и т.д.  В первом приближении k = 1.

           Mp  и Mo – массы орбитального и центрального тела соответственно,

          Rp и  Lo – радиус планеты и ее орбиты соответственно.

Если S  > 1- то орбитальное тело – диффузное. При S < 1 орбитальное тело имеет твердую поверхность.

Например. Центр Галактики подобен диффузному телу. Из него  извергаются потоки звёзд и газово-пылевых комплексов. Именно они и непрерывно пополняют межзвездное пространство газом. В пределах  Галактики количество молекулярного газа составляет менее одного процента объёма межзвёздной среды. В то же время это самая плотная её составляющая, включающая примерно половину всей газовой массы в пределах галактической орбиты Солнца. Большая часть молекулярного газа содержится в молекулярном кольце между 3,5 и 7,5 килопарсек от центра Галактики.

      Гравитационный потенциал на орбите Солнца можно определить по его орбитальной скорости около 200 км./с.   Для Солнца S > 1. Соответственно Солнце – диффузное орбитальное тело. И, как известно, представляет собой газовый шар.  Аналогично и для остальных планет Солнечной системы (Таб.1).

Таблица 1. Критерий формирования диффузных объектов в Солнечной системе. 

 

    Солнечная

      система

Критерий

S

Граничные орбиты Lg(а.е.)

 1

Солнце

4.79

 

2

Меркурий

3.94.10-3

310

 3

Венера

4.58.10-2

52

 4

Земля

7.04.10-2

45

 5

Марс

2.16.10-2

223

 6

Юпитер

10.5

1.57

 7

Сатурн

6.76

4.43

8

Уран

4.92

12.3

9

Нептун

9.55

9.08

10

Плутон

2.53.10-2

4963

 

Значение S < 1 планет Меркурия, Венеры, Земли, Марса, Плутона. Тогда как для планет гигантов S > 1 так для Юпитера, Сатурна, Урана, Нептуна.

У спутников планет-гигантов S < 1. Т.е спутники имеют твердую поверхность.

   Логика предложенного критерия достаточно проста. Диффузные тела образуются вследствие вероятно динамически уравновешенного  и потому длительного и в настоящее время происходящего процесса. В этом процессе с одной стороны тело притягивает к себе из окружающего его пространства газы, различные частицы, более мелкие тела. А с другой стороны само диффузное тело в результате   механических  возмущений его поверхности и тепловых процессов  рассеивает в пространство вещество. Орбитальное тело в этом случае при Up > Uo увлекает часть взвешенного вещества и само становится диффузным. Его радиус увеличивается, а внутри сохраняется твердое ядро. Критерий S фактически показывает во сколько раз радиус пространства охватывающего диффузный объект, из которого он извлекает на себя вещество больше самого объекта (рис. 1). 



1
            Рис. 1. Формирование диф
фузных планет Солнечной системы.

Rs – радиус Солнца,   Rp–радиус планеты с твердой поверхностью, Rd– радиус диффузной планеты, Rc– радиус ядра, Lt – радиус орбиты планеты с твердой поверхностью, Lg граничное расстояние, Ld – радиус орбиты диффузной планеты,  Loo – расстояние от Солнца до облака Оорта, S –эквипотенциальные поверхности для Солнца и планет при Up= Uo.

На рисунке показана эволюция гипотетической планеты с начальной твердой поверхностью в диффузную планету. При удалении от центрального тела (Солнца), за граничное расстояние (S> 1), на поверхность планеты осаждается газопылевое вещество окружающее планету и вокруг планеты образуется мощное газообразное покрытие. Уплотненное газопылевое вещество и превращает ее в диффузную планету, а начальная планета с твердой поверхностью становится  ядром. Очевидно, что этот процесс может идти и в обратном направлении. Диффузная планета при приближении к Солнцу и по мере уменьшения значения ее критерия (S < 1), будет терять свою оболочку и свою массу  до размеров своего ядра. И диффузная планета в конечном случае превратится в планету с твердой поверхностью. Очевидно, что изменение граничного расстояния может происходить и по возможному изменению масс как центрального, так и орбитального тел. 

      Заметим, что если бы,  для Солнца критерий S ≤ 1, то диффузные планеты в Солнечной ситеме исключались, и все планеты имели бы твердую  поверхность. Более того, само Солнце, если исключить его внутренние термоядерные процессы  могло превратиться из звезды в планету с твердым покрытием. Можно полагать, что на ряду, со звездами  имеется множество систем подобных Солнечной системе, центральным телом которых является космическое тело с твердой поверхностью. Тогда все ее планеты также будут иметь твердую поверхность. 

          Если предположить, что Солнце приближается к центру Галактики, то его критерий S, будет уменьшаться.  И  в ситуации при S< 1 Солнце начнет интенсивно разрушаться и уменьшаться масса Солнца.  Критерий S ныне диффузных планет также будет уменьшаться и они будут перестраиваться в планеты с твердой поверхностью. А поскольку ядро Солнца – газовый  шар, то при нарушении баланса давлений в недрах Солнца возможен даже взрыв. Солнечная система распадется на отдельные планеты, планеты.

Используя плотность Q объекта, и приняв S = 1, можно определить расстояние Lg  от Солнцана котором уже может  формироваться космическое тело радиуса Rp диффузного типа:

                          Lg = 3 k Mo / (4 p Q Rp2),                                                  (2)

            где   p = 3.1415... .

     Из этой формулы следует, что планеты земной группы, могли бы формироваться как диффузные только на расстоянии большем 44 а.е., т.е. за орбитой Плутона, а орбиты диффузных планет в 1.5 – 3 раза превышают граничные орбиты.

Можно решить и обратную задачу. На расстоянии L от Солнца при заданной плотности Q, радиус Rp космического  тела диффузного типа равен

Rp  >   (3 Mo / 4 QL)1/2.                                        (3)

      Например, уже за орбитой Плутона на расстоянии  L > 1×1013 м, может формироваться планета диффузного типа со средней плотностью  Q = 1400 кг/м3 размером Rp  = 1×107 м  т.е.  в полтора раза больше радиуса Земли.

Кометы формируются  в  облаке Оорта [2] на расстоянии (50000 – 150000 А.Е.).   По нашим расчетам на этих расстояниях, при средней плотности  ядер комет 1000 кг/м3, минимальные   радиусы диффузных планет должны быть более (2 - 4.5) 105 м, а их масса более (5 - 36) 1019 кг. Для пяти  наблюдаемых  наиболее крупных комет оценки их масс дали до 6×1019 кг. Таким образом, согласно с рассматриваемым критерием, в облаке Оорта действительно могут формироваться диффузные планеты по массе близкие массе комет. Их периоды обращения около 10 млн. лет. Очевидно, это минимальные размеры диффузных объектов в Солнечной системе.  Так как облако Оорта, определяет границы Солнечной системы и за его пределами начинает сказываться влияние других звезд.

     Что касается ныне доминирующей гипотезы  образования Солнечной системы из газопылевого облака — небулярная гипотеза — первоначально  предложенная еще в XVIII веке Эммануилом Сведенборгом, Иммануилом Кантом и Пьером-Симоном Лапласом, то она с позиции предложенного критерия сомнительна. Для образования непосредственно из газопылевых облаков  жидких либо твердых структур необходим минимальный гравитационный потенциал центрального тела и высокие давления вещества. Поэтому такие процессы могут происходить только в ядрах галактик, недрах звезд, планет. Затем, при их случайном столкновении, либо при достижении некой критической массы,  либо разогрева вещества в недрах космических тел и последующего взрыва, происходило их разрушение, на отдельные фрагменты. И уже эти фрагменты из твердого либо жидкого вещества образовывали центры будущих галактик, звезд, планет, комет. При S> 1 новообразования  наращивают свою массу  за счет окружающих их газопылевых облаков. И, таким образом, могли превращаться в  новые диффузные ядра галактик, звезды, диффузные планеты. А при S < 1 происходило уменьшение массы новообразованных тел за счет взвешенных на их поверхности частиц, до центральных жидких и твердых структур. Таким образом, планеты с твердой поверхностью, их спутники это некогда сжатые до твердого либо жидкого вещества бывшие ядра диффузных планет, звезд, …   

     По современным представлениям, на больших расстояниях от Солнца, кометы представляют собой глыбы твердого вещества – льда. При приближении к Солнцу лед начинает испаряться и образуется оболочка – кома, а солнечный ветер, сдувая частицы газа, образует хвост кометы. Предлагаемый критерий позволяет этот процесс дополнить следующим. Кометы, двигаясь по очень вытянутым орбитам, по мере удаления от Солнца попадают в пространство, где    S  > 1. На них осаждается космическая пыль и газ. Затем, по мере возвращения к Солнцу, в пространстве, где S < 1, космическая пыль и газ начинают относительно центра кометы радиально рассеиваться. Пылевые и газовые облака, приобретают сфероидную форму,  образуя голову кометы.  Затем комета удаляется от Солнца и процесс повторяется.  Таким образом, кометы могут собирать в облаках Оорта  вещество и переносить его в центр Солнечной системы. Если количество вещества накапливаемого кометой меньше рассеиваемого, то ее критерий S неуклонно уменьшается и комета в конечном итоге разрушается. 

Предлагаемый критерий автор впредь предлагает называть Сави критерий  формирования диффузных объектов.

Выводы

Предлагаемый критерий существенно дополняет космологические модели эволюции звезд и планет. Согласно этому критерию планеты не могут непосредственно образовываться из протопланетного газового облака некогда окружающего Солнце как принято ныне. Планеты с твердой поверхностью могли быть ядрами бывших планет гигантов. Если планеты с твердой поверхностью будут удаляться за свои граничные орбиты, то они могут превратиться  в диффузные планеты.
  

Библиографический список:

1. Wurchterl, G. (2004), "Planet Formation Towards Estimating Galactic Habitability", in P. Ehrenfreund, Astrobiology:Future Perspectives, Kluwer Academic Publishers, pp. 67–96
2. Harold F. Levison, Luke Donnes. Comet Populations and Cometary Dynamics // Encyclopedia of the Solar System / Edited by Lucy Ann Adams McFadden, Lucy-Ann Adams, Paul Robert Weissman, Torrence V. Johnson. — 2nd ed. — Amsterdam; Boston: Academic Press, 2007. — P. 575—588.




Рецензии:

29.08.2017, 9:03 Долбня Николай Владимирович
Рецензия: Долбня Николай Владимирович. По моему мнению все планеты Солнечной системы родились по одному сценарию (Труды Международного клуба учёных: Конгресс-2016,Долбня Н.В."Разгадка тайн рождения Солнечной системы") с той лишь разницей, что с ближайших к Солнцу планет земной группы значительно более мощным ветром дрейфа были сорваны газовые оболочки. Предложенный автором коэффициент не учитывает всех условий формирования планет, поэтому универсальным он быть не может (так, для Луны S=3, то есть она должна быть диффузным спутником?). Считаю, что в дискуссионном порядке статью можно опубликовать после устранения следующих замечаний: 1. Тщательно отредактировать. 2. Объяснить несоответствие критерия по Луне и др. 3. В выводах изъять утверждение, что тип планеты преобразуется лишь при изменении её орбиты(ведь в межпланетном пространстве уже нет вещества для создания новой газовой оболочки).

29.08.2017 19:19 Ответ на рецензию автора Сахненко Виктор Григорьевич:
Уважаемый Николай Владимирович! Мне приятно, что Вы прочли мою статью и хотите уточнить некоторые моменты. Предполагается, что процесс образования диффузных объектов не эпизодический как, например, связанный с образованием Галактики, Солнечной системы и т.д, а длительный и в настоящее время находится в неком динамическом равновесии. Начальные процессы в Галактике, развиваются в центре, в ее раскаленном ядре. Раскаленные частицы газа, с высокой кинетической энергией выбрасываются из центра Галактики. По мере удаления от центра Галактики они в поле тяжести Галактики теряют свою кинетическую энергию. Затем под действием гравитации возвращаются обратно к ядру Галактики. Таким образом, вокруг ядра Галактики непрерывно радиально циркулируют частички газа, пыли и т.д. Подобные процессы мы наблюдаем и на Земле. Когда воды нагретая Солнцем испаряется, поднимается ввысь, ее кинетическая энергия паров переходит в потенциальную. Охлаждается и снова, в виде дождя, снега возвращается на поверхность Земли. Если в эту циркуляцию частиц, попадает объект (Солнце) с гравитационным потенциалом на своей поверхности большим чем гравитационный потенциал от Галактики, то по законам физики, циркулирующие частички увлекаются таким объектом. И начинают циркулировать вокруг него. Образуется новый центр циркуляции частиц ( Солнце). Подобные процессы происходят и с планетами. Планеты, у которых потенциал выше гравитационного потенциала на их орбите увлекают частицы, циркулирующие вокруг Солнца. Частично эти частички осаждаются на ядро диффузной планеты, остальные остаются во взвешенном состоянии с достаточной для этого кинетической энергией. Таким образом, масса диффузных планет непрерывно возрастает за счет газового облака циркулирующего вокруг Солнца. Планеты, у которых гравитационный потенциал меньше чем на орбите не могут увлечь частицы, циркулирующие вокруг Солнца. По этой причине взвешенные частички над землей и атмосфера Земли непрерывно рассеивается в Солнечную систему. То есть масса планет с твердой поверхностью в этом процессе непрерывно уменьшается. Понятно, что масса спутника планеты всегда меньше массы планеты. Поэтому еще меньший поверхностный гравитационный потенциал у спутников планет с твердой поверхность и нет шансов захватить частицы. Поскольку Земля не может быть диффузной, то все ее спутники независимо от их массы не могут быть диффузными. Даже если бы Луна по массе равна была массе Земли, то и тогда это исключено. Поэтому критерий и имеет первый пункт. Таким образом все решает соотношение потенциалов на орбите и на поверхности планеты. Очевидно (Рис.1), что гипотетически, удаляя планету от Солнца и при ее попадании в область меньшего гравитационного потенциала (по приведенным выше рассуждениям), мы будем наблюдать образование вокруг планеты газового облака и превращение ее в диффузную планету. Критерий в такой форме предлагается для астронома. Если астроном наблюдает звезду, диффузную планету, то есть смысл проверить, диффузны ли ее спутники. Если же она с твердым покрытием, то искать диффузные спутники нецелесообразно. Я старался ответить на Ваши вопросы и искренне надеюсь на Вашу поддержку в публикации этой статьи. С уважением В. Сахненко

4.09.2017, 9:22 Долбня Николай Владимирович
Рецензия: Долбня Н. Виктор Григорьевич! Вы настаиваете, что планета, например, Земля, перемещённая за свою граничную орбиту, пусть 50 а.е.,станет газовой планетой. То есть планета обретёт газовую оболочку массой, сравнимой с её нынешней массой. Но откуда появится материал? Ведь он уже использован в "эпизодическом" рождении Солнечной системы. Поэтому, для такого утверждения необходим численный пример. Причём, не забудьте учесть в этих расчётах орбитальную скорость планеты и скорость Солнечной системы в галактике. Напомню, что в 40-х годах прошлого века английские астрономы Бонди, Хойл и Литтлтон рассмотрели процесс аккреции вещества (только для пыли) окружающей среды на звезду, вызванную её тяготением. Вы знаете, там, для условий нашей Системы, массовое накопление оказалось мизерным.Не знаю как будет с газовой составляющей.
04.09.2017 14:14 Ответ на рецензию автора Сахненко Виктор Григорьевич:
Уважаемый Николай Владимирович! по настоящему критерию невозможно судить, где и сколько находится вещества. У него возможности скромнее. В нем используется общепринятое утверждение классической физики, согласно которому взвешенная частица, находясь между двумя источниками гравитационного поля, будет в большей мере увлекаться источником имеющий для нее больший потенциал. Поскольку гравитационный потенциал на поверхности Земли меньше гравитационного потенциала чем на ее орбите, то, взвешенные частицы не могут увлекаться Землей, а увлекаются Солнцем. Если же Землю гипотетически удалить на расстояние дальше ее граничной орбиты, где потенциал на поверхности Земли будет больше чем на ее новой орбите, то взвешенные частицы, находящиеся на этих орбитах, будут увлекаться уже Землей. И Земля будет превращаться в диффузную планету. Таким образом, критерий устанавливает лишь условия образования диффузных планет. Сколько же там находится взвешенного вещества, кто и как это решил, и как долго этот процесс будет продолжаться, это уже совершенно другие вопросы и не имеют никакого отношения к данному критерию. Я надеюсь, что ответил на Ваши вопросы, и искренне надеюсь на Вашу поддержку публикации настоящей статьи. С уважением В.Сахненко.



Комментарии пользователей:

7.09.2017, 20:39 Гуртовой Николай Владимирович
Отзыв: Статья актуальна, поскольку в наше время идет активное изучение доступных для наблюдения звездных систем. Полученные результаты имеют весомое значение для формирования современных представлений о космических объектах, в частности для выявления планет, на которых может существовать жизнь. Требования к оформлению материалов статьи выдержаны. Положение о критерии существования диффузных объектов подтверждаются данными Солнечной системы. К сожалению, рецензент Долбни Н.В. невнимательно читал статью, поэтому дал некорректные рецензии. Замечание по поводу Луны в первой рецензии беспочвенно, потому что в соответствии с первым пунктом выдвинутой автором гипотезы если центральное тело Земля имеет твердую поверхность, то окружающее ее тело – Луна при любом значении критерия S тоже имеет твердую поверхность. Во второй рецензии претензии рецензента надуманы, поскольку предложенный критерий лишь показывает условия формирования диффузных планет. Литературный стиль изложения материала корректный и четкий. Предложенный критерий отличается оригинальностью, статья в целом производит приятное впечатление. Я рекомендую опубликовать статью в журнале в представленном виде


8.09.2017, 15:52 Сахненко Виктор Григорьевич
Отзыв: Уважаемый Гуртовой Николай Владимирович! Я Вам искренне благодарен за рекомендацию публикации настоящей статьи. С уважением В.Сахненко.


9.09.2017, 7:55 Долбня Николай Владимирович
Отзыв: Рецензенту Гуртовому Н.В. Можно только сожалеть, что Гуртовому Н.В."приятно" утверждение автора: "Если планеты с твердой поверхностью будут удаляться за свои граничные орбиты, то они могут превратиться в диффузные планеты". Кроме того, он перепутал обязанности и способности "рецензента" с обязанностями и возможностями "цензора рецензентов". Это уже перебор.


9.09.2017, 15:35 Сахненко Виктор Григорьевич
Отзыв: Уважаемый Долбня Николай Владимирович. В современной планетологии еще не сложилась окончательная математическая модель формирования планет, тем более диффузных (читайте начало статьи 1 ссылка). Поэтому среди физиков и астрономов и ведется поиск факторов и аналитическая взаимосвязь между ними. Если Вы что-то знаете существенное в этой области, никому невиданное, то, пожалуйста, сообщите это. А пока еще раз должен заметить, что проблема природы образования диффузных планет автором сведена к типичной физической задаче. И решается эта задача по известным правилам. И современная наука широко использует эти приемы. Поскольку получены раннее неизвестные результаты. Поэтому любые предшествующие гипотезы и теории корректируются либо исключаются. В данном случае ни Вы, ни я не двигали планеты и не наблюдали следствие этого. Но, если на основании общепризнанных физических законов получены конкретные результаты, подтвержденные всеми наблюдаемыми объектами Солнечной системы, то с этим нужно соглашаться даже самым авторитетным ученным. С уважением В. Сахненко


12.09.2017, 9:32 Долбня Николай Владимирович
Отзыв: Долбня Н.В. Вы, Сахненко В.Г., тоже ведь специалист по половой жизни среди животных и людей (смотри статью в этом же журнале), а пишите по астрономической тематике. Тем не менее, я дал на неё положительную рецензию. А что касается доц. Мирмовича Э.Г.,то он составил на мою статью не рецензию, а поклёп, потому, что этот "профессиональный эксперт" не смог опровергнуть ни одного моего предложения. А, впрочем, причём здесь Вы?


12.09.2017, 11:58 Сахненко Виктор Григорьевич
Отзыв: Уважаемый господин Долбня Н.В. ! К сожалению, Ваше заключение не было сделано по установленной форме и потому не выглядело конкретно. Его нужно переписать с конкретной формулировкой. Мою статью по продолжительности жизни…. поддержал профессиональный эксперт! Остальное я написал Вам в своем отзыве . См. свою статью. Более того я думаю мы все понялия и нам нет смысла продолжать в этом русле. Поэтому предлагаю на этом закончить детали наших обсуждений для широкой публики и сделать следующее. Вы по форме Журнала в своей рецензии конкретно подтверждаете - Статья рекомендована для публикации в Научном Журнале SCI-ARTICLE. И дальше мы взаимно снимаем наши лишние отзывы по материалам наших статей. Я думаю, здесь нет шантажа, а путь к взаимопониманию между нормальными людьми. С уважением В.Сахненко.


13.09.2017, 17:31 Сахненко Виктор Григорьевич
Отзыв: Уважаемая Редакция! Обращаю Ваше внимание на следующее: 1. Рецензент Вашей Редакции Гуртовой Николай Владимирович, доктор технических наук, профессор профессиональный эксперт в области физических наук в своем отзыве от 7.09.2017, 20:39 на мою статью рекомендует опубликовать ее в журнале SCI-ARTICLE в представленном виде! 2. Рецензент Долбня Николай Владимирович доктор экономических наук, профессор в своем отзыве от 9.2017, 7:55 подтверждает, что дал положительную рецензию. Я считаю это достаточным для публикации моей статьи в Вашем журнале. С искренним уважением В. Сахненко.


Оставить комментарий


 
 

Вверх