21.11. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ВЫПАДАЮЩЕГО ГАЗА

Возражение 2 из разд. 21.6 утверждает, что нет эмпирического подтверждения гипотезы, по которой массы газа, падающего по направлению к центральному телу, имеют различный химический состав. В этом разделе мы рассмотрим теоретические условия, при которых могут произойти такая химическая дифференциация и фракционирование.

21.11.1. ОСНОВНАЯ МОДЕЛЬ

Вернемся к простой модели разд. 21.4, которая относится к струйному потоку, частично ионизованному или за счет излучения, или, что более важно, за счет магнитогидродинамических эффектов. Предположим, что облако-источник, которое содержит все элементы (например, их отношения обилий более близки к некоторому среднему «галактическому» составу, чем известные теперь для спутников и планет), частично ионизовано до такой степени, что все элементы с потенциалом ионизации, большим определенной величины являются нейтралами, а все элементы с потенциалом ионизации, меньшим ионизованы. Предположим, что ларморовские радиусы электронов и ионов всех элементов пренебрежимо малы, но все средние длины свободного пробега превышают размеры облака-источника. Так можно определить область, которую мы называем «облаком-источником». Все нейтральные атомы начнут падать по направлению к центральному телу.

Пусть медленно уменьшается со временем (например, из-за общего охлаждения плазмы за счет излучения или изменения тока, подобно тому, как описывал Де [125] для случая солнечных протуберанцев). Когда упадет ниже потенциала ионизации гелия, ионы гелия начнут рекомбинировать, образуя нейтральный газ, который падает по направлению к гравитирующему центральному телу. Гелий достигает своей критической скорости 3,44 -106 см/с при значении [которое, как мы теперь знаем, вспоминая (21.10.2), должно быть эквивалентно равном (верхняя область пояса I на рис. 21.11.1). В этой точке газ будет ионизоваться, образуя облако плазмы, которое назовем облаком А.

При дальнейшем уменьшении и переходе через потенциал ионизации водорода (который приблизительно равен потенциалам ионизации кислорода и азота) водород, кислород и азот начнут выпадать из облака-источника. Поскольку водород

несомненно является наиболее распространенным элементом, можно ожидать, что выпадающий газ должен вести себя подобно водороду и будет останавливаться при (нижняя область пояса I), создавая образование, которое мы будем называть облаком В. В газе, состоящем главным образом из водорода, элементы не затормозятся при их критических скоростях, обычно приводящих к ионизации в чистом кислороде или азоте, из-за оказываемого водородом эффекта тушения на ускорение электронов.

Далее последует выпадение преимущественно углерода, который останавливается при см/с и (пояс II), образуя облако наконец, более тяжелые элементы (главным образом кремний, магний и железо) будут выпадать вплоть до величины (пояс III), образуя облако со средней взвешенной критической скоростью см/с.