18.10. ОБРАЗОВАНИЕ СПУТНИКОВ И ПЛАНЕТ

Эволюция подобной астероидам совокупности тел будет приводить к общему уменьшению наклонений и эксцентриситетов орбит и в конечном счете к аккреции в более крупные тела. Поскольку пространственная плотность в современном поясе астероидов очень мала, характерное время развития процессов в этой области весьма велико. В областях, где аккумуляция исходной конденсирующейся плазмы была намного интенсивней, чем в астероидной области, происходило более быстрое развитие. Оно привело к образованию групп плотно заселенных струйных потоков зерен, внутри которых сформировались спутники или планеты.

18.10.1. ГРУППЫ ВТОРИЧНЫХ ТЕЛ

В гл. 2 мы установили, что регулярные тела в Солнечной системе образуют несколько групп, состоящих из ряда подобных тел с регулярными расстояниями между орбитами (см. табл. 2.1.1, 2.1.2 и 2.5.1). Примерами таких четко различимых групп являются:

1) Четыре галилеевых спутника Юпитера.

2) Пять спутников Урана.

3) Планеты-гиганты.

Идентификация других групп менее четкая. Это следующие группы (4-6):

4) В системе спутников Сатурна все внутренние спутники до Реи имеют орбиты, расстояния между которыми приблизительно пропорциональны расстояниям спутников от планеты, и размеры этих тел увеличиваются с расстоянием довольно регулярным образом. Эти спутники образуют непрерывную последовательность вторичных тел от внешней границы системы колец до Реи, и ее можно рассматривать как единую группу.

5) Следующий за Реей внешний спутник Титан отстоит от нее на очень большом расстоянии и значительно отличается от нее по массе. Таким образом, возможно, что Титан вместе с двумя другими внешними спутниками Гиперионом и Япетом образует внешнюю группу, которая не так регулярна, как внутренняя.

6) Еще одна нерегулярная группа состоит из VI, VII и X спутников Юпитера.

Имеются еще несколько спутников с прямым движением. Одним из них является пятый спутник Юпитера Амальтея. Вследствие значительного удаления от галилеевых спутников и гораздо меньшей массы его нельзя рассматривать как член галилеевой группы. Если мы хотим классифицировать все спутники, то Амальтею следует рассматривать в качестве единственного известного члена отдельной группы. Остатком ранней группы регулярных спутников, разрушенной при захвате Тритона [19, 281], может быть спутник Нептуна Нереида, движущийся по сильно эксцентрической орбите. Наконец, в качестве группы регулярных спутников можно рассматривать очень маленькие спутники Марса.

Поскольку зерна после конденсации первоначально движутся по орбитам , отношение между их расстояниями до апоцентра и перицентра равно 2. Следовательно, если относительные промежутки между орбитами тел меньше 2, можно быть уверенным, что рано или поздно зерна будут захвачены одним из этих тел. Внутри группы относительные промежутки обычно не превышают 2 (для пары Уран — Сатурн он составляет 2,01). Это означает, что зерна могли возникать во всей области пространства, занятой имеющимися группами тел, и теперь вся их масса должна находиться в этих телах.

Однако промежутки между группами, как мы их определили, всегда превышают 2. Для пары Юпитер — Марс отношение между их радиусами орбит равно 3,42; для пары Титан - Рея - 2,32; для пары Ио - Амальтея — 2,33, для VI спутника Юпитера — Каллисто — 6,09. Это означает, что в промежутках между группами имеются области, где зерна, если они образуются, не могут захватываться каким-либо телом. Отсюда мы делаем вывод, что между группами должны существовать области, где не происходит заметной конденсации. Другими словами, облака плазмы, из которых образовались имеющиеся группы тел, были четко разделены областями с очень низкой плотностью.

Одна такая область находится между Юпитером и Марсом. Из исследования астероидов мы знаем, что плотность в этой области была на несколько порядков меньше, чем в областях планет-гигантов и планет земной группы. Подобные промежуточные области, где плазма должна была иметь чрезвычайно низкую плотность, обнаружены между Титаном и Реей, Ио и Амальтеей, VI спутником Юпитера и Каллисто. Возможно, что в этих областях имеется ряд очень малых тел, подобных астероидам. То же самое можно сказать и про область между группой спутников Урана и самой планетой, а также про область за орбитой Оберона.

В теориях типа теории Лапласа постулируется, что вторичные тела образуются вокруг центрального тела из однородного диска. Мы установили, что распределение массы как в планетной системе, так и в системах спутников очень далеко от подобной однородности. Масса аккумулируется на определенных расстояниях, где образуются группы тел, но между группами имеются промежутки, практически лишенные вещества. На рис. 18.10.1 схематически показано образование групп тел.

Согласно теориям типа теории Лапласа, наличие области низкой плотности между Марсом и Юпитером объясняется тем, что вследствие большой массы Юпитера конденсация внутри его орбиты должна испытывать возмущение. Это весьма маловероятно. Расстояние астероидов до Солнца составляет приблизительно половину расстояния Юпитера от Солнца Поскольку масса Юпитера равна массы Солнца, в поясе астероидов сила тяготения, обусловленная Юпитером, не может быть больше, чем силы тяготения Солнца. Конечно, это приводит к возмущению гравитационного поля, вызывая прецессию перигелия и узловых точек тел, движущихся по орбитам в этой области. Следовательно, может произойти разрушение струйных потоков. Однако разрушительное влияние Юпитера

Рис. 18.10.1. Диаграмма образования группы тел. Выпадающий газ останавливается и ионизуется на различных расстояниях от центрального тела. В две области, изображенные на рисунке, плазма может поступать одновременно или в различные эпохи. В течение всего периода выпадения плазма быстро конденсируется. Сконденсированные зерна собираются в струйные потоки, увеличивая их массу в течение всего периода выпадения. Зерна накапливаются в струйных потоках в виде отдельных частиц и зародышей (часто в течение длительного периода времени) до тех пор, пока они наконец не аккрецируют на зародыш наибольших размеров. В каждой области поступления плазмы образуются 3—5 тел.

на струйные потоки, действующее в период образования Сатурна, должно было быть приблизительно таким же, и подобный эффект, создаваемый Сатурном в период аккреции Юпитера, должен был иметь тот же самый порядок величины. Следовательно, теория, приписывающая отсутствие крупных тел в астероидной области большому размеру Юпитера, будет находиться на грани риска, так как не учитывает влияние либо Сатурна, либо Юпитера на струйные потоки.