Статья опубликована в №39 (ноябрь) 2016
Разделы: Астрономия, Физика
Размещена 18.10.2016. Последняя правка: 08.05.2018.
Просмотров - 2719

УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ДИСКООБРАЗНЫХ ФОРМ СКОПЛЕНИЙ КОСМИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ (ГИПОТЕЗА)

Утешев Игорь Петрович

Не работаю

На пенсии

УДК 52; 53

Актуальность статьи заключается в том, что в ней сделана попытка объяснить механизм формирования дискообразных форм скоплений космических объектов, включая планетарные системы и галактики.

Введение

Было бы очень странным, если кто-то из людей не задумался на каком-то этапе своей жизни о космическом пространстве, которое нас окружает. И совершенно не важно, какие мысли в этот момент рождаются в сознании. Наверняка их объединяет ощущение прикосновения к бесконечности. Это то, чего мы все лишены в обыденной нашей жизни.

Познание или просто наблюдение этой бесконечности не может оставить равнодушным. И прежде всего потому, что это пространство структурировано. Оно наполнено весьма разнообразными, но, по сути, повторяющимися формами объединений космической материи, которые человечество постепенно систематизировало, соединив их причинно-следственной связью.

И это все возникло из «хаоса», который якобы был рожден  первоначальным взрывом, что само по себе является, по меньшей мере, странным (частное оценка). Но чтобы не являлось первоначальной причиной «хаоса», поражает стремление ПРИРОДЫ придать всему, и скоплениям космических объектов в частности, формы существования, отдаленно напоминающие то, что определяется в живой материи как коллективное-бессознательное.

Для человека XXIвека привычно осознавать себя обитателем не только какой-то страны, города или поселка, но и человеком на планете Земля, которая движется вокруг Солнца, а Солнце является одной из звезд галактики под названием Млечный путь.

Более внимательный наблюдатель, который к тому же что-то сумел прочитать по Астрономии, Физике невольно обратит внимание на некоторые характерные скопления небесных тел, которые образуют дискообразную форму. Закон Всемирного тяготения определяет математическую взаимосвязь сил притяжения космических объектов и сам факт скопления космических объектов является естественным, но почему образуются дискообразные формы?

Современная наука дает ответ на этот вопрос в виде гипотезы формирования Солнечной системы, которая сводится к особенностям формирования звездных систем из вращающихся туманностей (облаков межзвездного вещества)[1, стр.355-357]. Данная гипотеза включает в себя  четыре основных этапа (изложено с некоторыми сокращениями):

1. Этап уплотнения облака межзвездного вещества, состоящего из молекул и пыли, которое произошло, вероятно, под действием ударной волны в результате взрыва сверхновой звезды;

2. Сжатие участков облака межзвездного вещества, с массами порядка звездных, которые достигают критических пределов и начинают сжиматься. Это явление называется гравитационным коллапсом. Облако распадается на фрагменты, один из которых впоследствии  порождает Солнце и Солнечную систему за счет сгущения пыли и газа в центре сжимающегося фрагмента, который является ядром аккреции;

3. Этап гравитационного сжатия Протосолнца. В течение этого периода уже существует дискообразная газопылевая протопланетная туманность (ППТ), центром которой является Протосолнце, вероятно, сформированное благодаря ротационной неустойчивости одновременно с самим Протосолнцем. Не исключено, что диск ППТ приобретает кольцевую структуру и вероятно на этой стадии во внешней его части начинается формирование планет гигантов и идет, в общем, по тому же пути, что и образование Протосолнца, включая образование дисков, из которых впоследствии формируются системы спутников;

4. На этом этапе продолжается гравитационное сжатие Протосолнца. Пылевое вещество ППТ все более концентрируется к некоторой средней плоскости. Происходит преимущественный рост больших тел за счет малых. Наконец формируются несколько особо крупных тел. Они становятся ядрами аккреции, вокруг которых происходит формирование планет земной группы.

Данную гипотезу необходимо рассматривать, как определенный консенсус в среде научного сообщества, так как существуют факты, объяснить которые в рамках этой гипотезы затруднительно. Например, в [2] говорится, что «Хотя теорию туманности принято брать за основу в изучении происхождения нашей Солнечной системы, все еще существуют проблемы с наличием твердых доказательств. Основным опровержением этой теории является наличие осевых наклонов планет системы. Согласно теории туманностей все планеты должны иметь один и тот же осевой наклон, однако это не так, и некоторые планеты имеют радикально различные осевые наклоны. Этот факт породил основу тому, чтобы в дальнейшем выдвинуть иную, более правдоподобную гипотезу и отказаться от теории туманностей. Астрономы до сих пор не нашли ответов на все насущные вопросы и нам остается только ждать…». 

В статье анализируются возможные частные случаи, способные объяснить существующую конфигурацию Солнечной системы. При этом автором ставилась задача исключить первоначальное наличие газопылевого облака, как первопричину одновременного формирования всех основных компонентов Солнечной системы.

Несколько возможных примеров взаимосвязи в планетарных системах

Пример №1.

Рассмотрим планетарную систему с множеством планет с близкими массами, плоскость вращения которых разнообразна, как разнообразны и их расстояния до центрального объекта, вокруг которого эти планеты вращаются.

Со стороны это будет выглядеть как некое подобие шара.

У такой планетарной системы фактически будет отсутствовать какое-либо установившееся состояние. Постоянные изменения траекторий движения, возможные столкновения делают эту систему динамически неустойчивой, но она стабильна в плане присущей ей энтропии.

Чем меньше планет в данной планетарной системе, тем энтропия системы меньше. Если останется только одна планета, энтропия системы придет к своему минимуму. Наступит стабильность и с формальной точки зрения эту планетарную систему можно рассматривать как дискообразную.

Пример №2.

Рассмотрим планетарную систему с двумя планетами – планета А и планета В, которые вращаются вокруг центра притяжения С рис.1. Планеты A и B имеют разные наклоны траекторий, отличающиеся на угол φ. Масса планеты А многократно превышает массу планеты В. Планета А расположена существенно дальше от центра притяжения С.

 

Если планета А находится в точке а1 а планета В находится в точке b1, то в этом случае движение планеты В будет тяготеть к плоскости орбиты планеты А.

Если планета А будет находиться в точке а1 а  планета В находится в точке b2, то в этом случае планета В будет тяготеть в сторону от плоскости орбиты планеты А. Сила отталкивания от плоскости орбиты планеты А будет меньше силы притяжения если бы планета В находилась в точке b1.

Это же можно наглядно представить через момент силы M_fb, сформированные как произведение  ортогональной компоненты силы притяжения Fab на проекцию полуоси орбиты планеты В на Yb

M_fb = Fzb * Yb.

Таким образом, плоскость орбиты планеты В будет стремиться к плоскости орбиты планеты А. Через определенное время плоскости орбит планет А и В будут близки.

На упрощенной математической модели было промоделировано движение двух планет из Солнечной системы, одна из которых была планета Юпитер а другой планетой была одна из оставшихся планет Солнечной системы. Планета Юпитер взята как планета с наибольшей массой. Очевидно, что чем больше масса планеты А, тем более динамичнее будет происходить сближение орбит планет. При моделировании были заложены реальные параметры планет (масса планеты, значение большой полуоси орбиты, орбитальная скорость), позаимствованные из [1, стр.500,501 ].

Упрощение математической модели заключалось в том, что плоскости орбит планет оставались неизменными, угол φ между орбитами планет составлял 10 градусов, орбиты планет являются круговыми.

Целью математического моделирования было показать, что сила притяжения между планетами А и В на протяжении многих циклов хотя и обеспечивает знакопеременный момент M_fb, тем не менеесуммарное его значение (интегральное) для каждой планеты Солнечной системы приводит к сближению орбит.

Для каждой пары планет процесс моделирования длился одинаково по времени, которое составляло период обращения планеты Нептун вокруг Солнца. В процессе моделирования для каждой пары планет определялись среднее значение момента  M_fbср и среднее значение углового ускорения φ⁽²⁾ .

На рис.2 изображена зависимость M_fbот  углового перемещения по орбите планеты Юпитер (планета А) и планеты Земля (планета В). Из данного рисунка видно, что суммарное действие момента M_fbпри полном обороте по орбите планеты Юпитер направлено на сближение плоскостей орбит двух планет.

 

 

В таблице №1приведены расчетные значения угловых ускорений φ⁽²⁾ для планет Солнечной системы при движении их совместно с планетой Юпитер. Из данной таблице видно, что интенсивность сближения зависит от места расположения планеты относительно планеты Юпитер, которая в данной конфигурации при моделировании является вторым (меньшим) центром притяжения.

 

Если планеты расположены между Солнцем и планетой Юпитер, то  угловые ускорение φ⁽²⁾ этих планет близки. Для планет, расположенных за планетой Юпитер угловые ускорения φ⁽²⁾ меньше и существенно уменьшаются с отдалением планеты от планеты Юпитер.

В силу принятых допущений данные расчеты не могут претендовать на точность (с количественной точки зрения) отражения природного явления, но могут рассматриваться как достоверно отражающие тенденцию изменений.

Из характера изменений углового ускорения φ⁽²⁾ для планет Солнечной системы, представленные в таблице №1 можно утверждать, что с существенным отдалением от планет Солнечной системы сближение с эклиптикой какого-либо космического тела, становится менее вероятны.

Уместно заметить, что аналогичные динамические взаимодействия можно распространить и на систему планета - спутник планеты - Солнце. Это объясняет плоскости орбит спутников планет.

Варианты формирования планетарной системы дискообразной формы без участия единого для всех ее элементов газопылевого облака

Прежде чем излагать гипотезу необходимо напомнить основные особенности рассматриваемой планетарной системы:

1. Все планеты Солнечной системы имеют небольшой угол между собственной плоскостью орбиты и эклиптикой (от ≈ 7 градусов до ≈ 0 градусов);

2. Все планеты имеют одинаковое направление вращения вокруг Солнца;

3. Большинство планет (за исключением Венеры) имеют одинаковый знак угловой скорости вокруг собственной оси;

4. Наклон экватора к плоскости орбиты имеет диапазон от ≈ 2градусов (планета Венера) до 82 градусов (планета Уран);

5. Ближайшие к Солнцу четыре планеты (планеты земной группы) имеют относительно высокую плотность вещества. Другие четыре планеты – газовые гиганты обладают существенно большей массой, превосходящие массу планет другой группы в десятки и сотни раз, но существенно меньшую плотность;

6. Химический состав атмосферы и поверхности, температурный режим исключительно индивидуален.

Вероятно, ранее упомянутая гипотеза формирования Солнечной системы из газопылевого облака ставила своей главной задачей объяснить так называемую «дискообразную» форму (п.1) и одинаковое направление вращения вокруг Солнца (п.2). Все остальные ранее приведенные позиции весьма уязвимы.

Эти трудности возникают по причине того, что принятая гипотеза предполагает рождение всей Солнечной системы  от начального до конечного (текущего) состояния из одного для всех газопылевого облака. Другими словами можно сказать, что все планеты сформированы из одной «плоти».

Почему данная гипотеза стала доминантой? Трудный вопрос! В таких историях очень много субъективного. Влияние различных школ, научных авторитетов. Но свято место пусто не бывает. Что-то обязательно должно быть. Главное, что бы это называлось гипотезой. Да еще хорошо было бы, если данная гипотеза могла что-то предвидеть – экстраполировать в будущее или просто не мешала бы  думать.

Если исключить из принятой гипотезы единую «плоть» - газопылевое облако и предположить, что Солнце и ее планеты имеют отличную друг от друга историю формирования, то необходимо предложить сценарий, по которому эволюция взаимодействия этих объектов может привести к текущему состоянию. Это может быть надуманным сценарием, а может быть и реальным.

Сценарий №1.

Все планеты Солнечной системы со временем под действием силы притяжения были объединены в группу. Движение этих планет, взаимные положения могут быть разнообразны, но могут быть каким-то образом и структурированы. Это не имеет значение. Главное, что они вместе. На каком-то этапе своего совместного движения мимо этой группы планет пролетает звезда, масса которой значительно превосходит суммарную массу данной группы планет. Пролетающая мимо звезда притягивает к себе эту группу планет, которая начинает двигаться вокруг звезды в одном направлении. В силу отличия по массе и скорости планеты располагаются вокруг звезды, и происходит структурирование уже планетарной системы.

Так как в планетарной системе присутствует еще один существенный центр притяжения (будущая планета Юпитер), со временем данная система примет дискообразную форму.

В данном сценарии вполне естественно, что все планеты отличаются друг от друга, как по характеру движения, так и по химическому составу.  

Сценарий №2.

В данном сценарии объединение планет первоначально произошло вокруг неизвестного нам объекта. Понятно, что данный объект имеет значительную массу, и он стал для планет «первым» центром притяжения.

Далее вступает в силу сценарий №1. В этом случае вокруг звезды вращаются не только планеты, но и  так называемый «первый» центр притяжения. Звезда, притянувшая динамическую систему, становится «основным» центром притяжения. Первоначально будут притянуты звездой планеты наиболее отдаленные от «первого» центра притяжения, так как их орбиты расположены ближе к звезде. Затем будут притянуты звездой остальные планеты. «Первый» центр притяжения будет расположен дальше всех остальных планет.

Все присоединенные звездой объекты будут двигаться в одном направлении.

Данный сценарий может объяснить появление структурированного движения Пояса Койпера, который располагается за планетой Нептун. Неизвестный нам объект, обозначенный в данной статье как «первый» (по времени) центр притяжения располагается между Поясом Койпера и Облаком Оорта вблизи от эклиптики. Этого достаточно, чтобы многочисленные объекты, расположенные между Солнцем и «первым» (по времени) центром притяжения были структурированы и приняли существующую форму.

Можно утверждать, что наличие двух центров притяжения обеспечивает дискообразную форму Солнечной системы. Также можно утверждать, что плоскость эклиптики определяется во многом именно этими двумя центрами притяжения. Вероятно, что обнаружение этого неизвестного объекта когда-то случится.

Ранее выдвигались гипотезы существования в Солнечной системе второго Солнца, которое располагалось над Облаком Оорта, имело значительные размеры и период обращения вокруг Солнца 32 миллиона лет. Ученые, выдвинувшие эту гипотезу в 1984г., полагали, «что массовое вымирание, такое, как например, вымирание динозавров, происходит на Земле с периодичностью раз в 32 миллиона лет. Более известная теория гибели динозавров от падения на Землю астероида или влияние пролетающей кометы, так или иначе, тоже требует наличия какого-то механизма, запускающего некую активность комет в Облаке Оорта каждые 32 миллиона лет» [2].

Если данная гипотеза о наличии в Солнечной системе второго Солнца верна, то в этом случае, влияние этого второго Солнца должно приводить к структурированию элементов Облака Оорта, изменению плоскости эклиптики. Однако, период обращения второго Солнца равного 32 миллионам лет, делает задачу обнаружения этого объекта или даже физических следов его влияния пока практически невозможной.

Форма галактик как отражение влияния доминирующих центров притяжения

На протяжении всей своей жизни каждый из нас может убедиться в том, что в окружающей природе имеются закономерности, пронизывающие всю нашу жизнь. Они формируют нашу манеру поведения, наши пристрастия и опасения и еще многое другое. Это происходит самопроизвольно и закладывается на всю жизнь. Во многом это определяет нашу житейскую мудрость.

Одной из таких закономерностей является величина – геометрические размеры. Очень ярко это иллюстрируется отношением взрослого человека и ребенка. Чем меньше ребенок, тем более заботливое или более участливое к нему отношение. Но если перед вами ребенок такого же возраста, но, например, в десять раз  больше ростом, то ваше мироощущение становится совершенно другим. Вы можете ощутить опасность и поведение ваше, если этот ребенок что-то намерен совершить непотребное, будет продиктовано исключительно вашей безопасностью.

Точно также космонавт, увидевший планету Земля из космоса, начинает испытывать к этой планете «сыновьи» чувства. Она ведь такая маленькая!

Точно также происходит среди животного и растительного мира. Большое, во многом, определяет жизнь малых форм.

Если с таких позиций заглянуть в космическое пространство, то и там крупные объекты, сконцентрировавшие большую массу, определяют конфигурацию существенно меньших по массе тел. И это должно отражаться на форме их скоплений.

Рассматривая более крупные формы скопления космических тел, такие как галактики, можно и на них перенести процессы самоорганизации при наличии центров притяжения.

Если галактика имеет преимущественно сферическую форму, то это может свидетельствовать, либо о единственном центре притяжения, либо о том, что данная галактика, имея, как минимум, два центра притяжения, находится еще в стадии формирования.

Если галактика имеет дискообразную форму, то это означает наличие, как минимум двух центров притяжения, один из которых меньше по массе и вращается вместе с галактикой, находясь на ее периферии. Этих центров притяжения может быть и больше.

Возвращаясь к рассмотрению Солнечной системы можно с высокой вероятностью предположить, что в Солнечной системе наблюдается влияние трех центров притяжения – Солнца, планеты Юпитер и пока необнаруженного центра притяжения, расположенного между Поясом Койпера и Облаком Оорта. Каждый из этих центров притяжения выполняет свои функции.

Солнце связывает с собой все свои спутники. Планета Юпитер организует упорядоченное движение планет земной группы. Пока необнаруженный центр притяжения организует упорядоченное движение планеты Юпитер, остальных газовых гигантов и Пояса Койпера. Это напоминает в социальной сфере вассальную структуру подчинения – вертикаль власти. Может и у колец Сатурна подобная иерархия?

Исходя из этого, можно предположить, что и в галактиках происходят аналогичные динамические процессы. Если это так, то центрами притяжения в галактиках должны быть:

- центральный центр притяжения, способный удержать вокруг себя все звездные системы;

- периферийные центры притяжения, расположенные внутри галактики и наиболее большой периферийный центр притяжения, расположенный на некотором отдалении от галактики, но являющийся ее неотъемлемой частью. Это похоже на хищников, окруживших свои жертвы.

Физическая природа этих центров притяжения, скорее всего, будет одинаковая.

На рис.3  изображена галактика, имеющая дискообразную форму[3].

 

 

Можно предположить, что в перспективе развития Вселенной аналогичные процессы будут происходить и с группами галактик.

Центрами притяжения для галактик могут быть Черные дыры.

Заключение

В статье сделана попытка  унифицировать процесс, связанный с укрупнением скоплений космических объектов, а также обозначить взаимосвязь их формы с наличием в этих объектах, так называемых центров притяжения.

Высказанная гипотеза позволяет объяснить существующую структуру Солнечной системы, а также данная гипотеза не связывает формирование Солнечной системы с изначальным газопылевым облаком.

Все или большинство планет могли формироваться исключительно индивидуально и волею случая оказались вместе.

На основе изложенного высказано предположение о существовании космического объекта значительной массы между Поясом Койпера и Облаком Оорта. Также данная гипотеза предполагает наличие в галактиках нескольких центров притяжения, помимо центрального. Если у галактики дискообразная форма, то высказанное предположение является обязательным условием.

1. Кононович Э.В., Мороз В.И. Общий курс астрономии: Учебное пособие / Под ред. В.В.Иванова. /Э.В.Кононович Э.В., В.И. Мороз. — 2–е изд. — М.: Едиториал УРСС, 2004. — 544 c.
2. Астрономия, астрология [Электронный ресурс] URL: http://v-kosmose.com/puteshestvie-po-solnechnoy-sisteme/kak-obrazovalas/
3. Портал «Kvant.Space» [Электронный ресурс] URL: http://kvant.space/galaktiki

Рецензии:

5.12.2016, 20:40 Ивлев Виктор Иванович
Рецензия: Гипотеза интересна. Статью рекомендую опубликовать. Но введение следует сократить, убрав чрезмерно длинную цитату.

Комментарии пользователей:

7.12.2016, 12:15 Ивлев Виктор Иванович Отзыв: В научных публикациях такие цитаты делать не принято. Это характерно лишь для научно-популярной литературы.

9.12.2016, 13:45 Утешев Игорь Петрович Отзыв: Уважаемый Виктор Иванович! С учетом Ваших замечаний обратился в данном конкретном случае к заслуживающим уважения в научной среде источникам. Не получилось позаимствовать краткую цитату (не нашел). Поэтому пришлось самостоятельно изложить материал в краткой форме, но с использованием отдельных фрагментов, иногда сформулированных иначе, но без потери смыслового содержания и с учетом основной темы, затронутой в статье. Конечно, сослался в статье на первоисточник. Надеюсь, что данная редакция будет принята Вами, возможно не бег оговорок. Здоровья Вам! Утешев И.П.

9.12.2016, 14:58 Ивлев Виктор Иванович Отзыв: Теперь нормально.

15.12.2016, 10:05 Утешев Игорь Петрович Отзыв: Уважаемый Виктор Иванович! Благодарю Вас! Здоровья Вам! Утешев И.П.

21.02.2018, 9:07 Нигматзянов Р. С. Отзыв: Уважаемый Игорь Петрович! Позвольте задать Вам несколько вопросов: Чем последствия сценария №1 могут отличаться от поочередного захвата Солнцем объектов, движущихся в попутном направлении? Не должен ли будет очередной захваченный объект "встраиваться" в уже существующую систему? Почему в качестве причины "структурирования" нельзя рассматривать наличие в центре Системы или Галактики двух сливающихся массивных (сверхмассивных) объектов? Например, если рассматривать Солнце как бывшую "сверхновую" в результате поглощения ближайшего спутника - небольшой звезды или массивной планеты?

21.02.2018, 19:14 Утешев Игорь Петрович Отзыв: Уважаемый господин Нигматзянов Р.С.! Благодарю Вас за прочтение статьи! Что касается сценария №1, то считаю его значительно более вероятным, чем предложенный Вами, хотя и Ваш вариант имеет право на существование, но при дополнительных ограничениях: 1 - объекты движутся в попутном направлении; 2 – ракурсы (взаимное положение) встречи этих планет с Солнцем близки. Второй вопрос меня несколько озадачил, так как приведенный Вами пример, в котором после слияния центральной звезды с предполагаемой массивной планетой только подтверждает идею статьи, так как дискообразная форма была сформирована до слияния. После слияния дискообразная форма может быть также устойчивой, так как второй массивный объект выполнил свое предназначение и его место может занять другой менее массивный объект или группа объектов, но это уже другая история. К сожалению, отличить эти две истории сложно без детального изучения всей системы. С уверенностью можно сказать, что Пояс Койпера, несмотря на свою раздробленность, имеет достаточно структурированную форму благодаря массивному объекту на границе Солнечной системы. Я почти уверен, что этот массивный объект и девятая планета, которую предсказывает К. Ю. Батыгин, один и тот же объект (Константин Юрьевич Батыгин - американский астроном русского происхождения, преподаватель планетологии в Калифорнийском технологическом институте. Автор гипотезы (вместе с Майклом Брауном) о девятой планете Солнечной системы) Здоровья Вам! Утешев И.П. P.S. Простите, что не сумел найти Ваше имя и отчество.

Оставить комментарий