15.6. НЕКОТОРЫЕ СУЩЕСТВУЮЩИЕ ТЕОРИИ

Как было подчеркнуто вначале, в этой работе мы не рассматриваем теории, которые не объясняют сходство общего строения четырех хорошо развитых гетегонных систем в пределах нашей Солнечной системы. Однако здесь имеет смысл кратко упомянуть некоторые из существующих теорий происхождения планетной системы, но только те из них, которые нашли отклик в литературе за последние три десятилетия. До некоторой степени произвольно выбранный перечень включает работы Вейцзекера [424], Берлаге [61—65], Койпера [250], Камерона [97—99], Хойла [221, 222], Хойла и Викрамасингха [223], Мак-Крея [283], Шмидта [364— 369] и тер Хаара [200]. Подробные обзоры работ некоторых из указанных авторов можно найти у тер Хаара [202].

Большинство теорий начинается постулированием свойств первичного Солнца, о котором имеется мало наблюдательных данных. Следовательно, основные предположения этих теорий весьма

Рис. 15.6.1. Схематическая иллюстрация теории Хойла. Согласно Хойлу [221], вращение первичного Солнца приводит к возникновению сильно закрученных магнитных силовых линий как на Солнце, так и в окружающей его среде. На рисунке показано только пять витков, но теория Хойла требует витков, в которых запасена энергия Хойл утвержает, что эта магнитная энергия приводит к расширению протопланетного диска и образованию планетной системы. Если механизм Хойла был бы физически возможен, он имел бы важные технические применения. Но, как показали теоретически Лундквист [274] и экспериментально Линдберг и др. [269] (см. также рис. 15.3.3), такая конфигурация неустойчива и никогда не может быть получена.

умозрительны. Кроме того, магнитогидродинамические и плазменные эффекты обычно не учитываются, из-за чего эти теории (см. разд. 15.1) интересны главным образом лишь с исторической точки зрения.

Важность электромагнитных процессов в исходном солнечном облаке признают тер Хаар [201], Хойл [221,222], а также Хойл и Викрамасингх [223], хотя Хойл вводит эти процессы весьма неправдоподобным образом. Его теория магнитогидродинамического переноса момента количества движения от Солнца основана на концепции «вмороженных» магнитных силовых линий, которая применима в космосе только в исключительных условиях. Отличительной чертой этой теории является наличие сильно закрученного по спирали магнитного поля, означающее, что в тороидальном магнитном поле запасена большая магнитная энергия (рис. 15.6.1). Однако, как показал Лундквист [274], такая конфигурация неустойчива. Поэтому не удивительно, что это явление никогда не наблюдалось ни в космическом пространстве, ни в лаборатории. Процесс, который предотвращает это явление, продемонстрировали экспериментально Линдберг и др. [267, 269] (подробнее см. разд. 15.3.3 и рис. 15.3.3). Они показали, что если тороидальная составляющая магнитного поля становится слишком большой по

сравнению с нолоидальной, то возникает неустойчивость, которая переносит энергию от тороидального поля к полоидальному. (В солнечном ветре на больших расстояниях от Солнца тороидальное поле, вероятно, должно быть больше полоидального, но оно не обязательно создает подобную неустойчивость, так как магнитная энергия гораздо меньше кинетической.)

Если мы забудем на время проблему магнитогидродинамических процессов, то теорией, имеющей некоторые особенно интересные элементы, является теория Шмидта [364—369]. Это по существу планетезимальная теория аккреции, в некоторых отношениях подобная тому, что было описано в части Б. В ней предполагается, что Солнце захватывает сгустки малых частиц и тел из межзвездных облаков. Теория Шмидта, развитая далее Левиным, Сафроновым и Рускол, представляет значительный интерес как теория образования спутников, в частности Луны.

В гл. 24 показано, что вопрос об образовании Луны не имеет отношения к рассмотрению образования спутников вокруг планет. Однако непосредственно не очевидно, что теорию Шмидта нельзя применить к регулярным системам спутников. Согласно этой теории, вещество, теперь образующее спутники, инжектировалось в окрестности центрального тела на параболические или гиперболические орбиты, которые за счет эффектов вязкости (взаимные соударения) преобразовались в современные почти круговые орбиты. Следовательно, картина подобна рассмотренным нами условиям [3, 4, 6] до образования струйных потоков. Но основное различие состоит в том, что рассматриваемые нами зерна приобретают свои моменты количества движения от плазмы, из которой они конденсируются или в которую они захватываются электромагнитными силами. В теории Шмидта момент количества движения обусловлен асимметричной инжекцией пылевых зерен «извне».

Против этого процесса можно выдвинуть ряд возражений.

1. Асимметричная инжекция является специально введенным предположением. Не удалось показать, что какое-либо приемлемое динамическое распределение зерен в космическом пространстве может привести к такой асимметрии.

2. Собираемые системой зерна должны сообщить центральному телу определенный момент количества движения на единицу массы и в то же самое время сообщить спутникам удельные моменты количества движения, которые на два или три порядка больше (см. рис. 2.3.1-2.3.4). Трудно представить, как этого можно достичь с помощью предложенного механизма.

3. Ось вращения Урана наклонена на 98°. (В разд. 13.5-13.6 мы приписали это статистической аккреции, которая сообщает планетам их осевые вращения.) Система спутников Урана, возможно, наиболее регулярная и невозмущенная из всех систем;

она обладает тем замечательным свойством, что спутники движутся в экваториальной плоскости Урана по круговым орбитам с пренебрежимо малыми эксцентриситетами и наклонениями. Моменты количества движения, переносимые механизмом Шмидта, должны были бы приводить к образованию спутников, движущихся в орбитальной плоскости планеты.

4. Облако пыли, которое захватывет инжектируемую пыль, должно простираться далеко за пределы существующих орбит спутников. Предположим, что облако радиуса захватывает зерна из «бесконечности». Из разд. 13.5 следует, что величина в уравнениях вероятно, не должна превышать примерно 10%. Это означает, что количество движения, которое приобретает облако, недостаточно для удержания окончательных орбит на расстоянии, большем Для наиболее удаленного спутника Сатурна Япета Следовательно, облако должно простираться на расстояние т. е. значительно дальше точки либрации, или точки Лагранжа, которую можно использовать в качестве внешнего предела области гравитационного влияния Сатурна.

Представляется, что эти возражения против теории Шмидта об образовании спутников можно разрешить, только если ввести слишком много специальных (ad hoc) предположений. С другой стороны, струйные потоки, в которых образуются спутники, должны, согласно нашей модели, обязательно захватывать некоторые зерна планетарного струйного потока, в котором происходит аккреция центрального тела. Поэтому механизм Шмидта заслуживает дальнейшего внимания. Например, спутник может аккрецировать значительное число зерен, которые могли бы столкнуться с планетой, если бы не были захвачены спутником.