26.3.4. ВЫСВОБОЖДЕНИЕ ТЕПЛА И УЛЕТУЧИВАНИЕ ВОДЫ В ПРОЦЕССЕ АККРЕЦИИ

В разд. 12.6-12.9 детально рассмотрена эволюция во времени масс планет при аккреции. Фракционирование летучих и их окончательное распределение определяются в основном нагревом подвергшегося аккреции вещества, которое содержало в себе летучие, послужившие источником океана и атмосферы. Основное количество тепла в процессе аккреции выделялось за счет превращения кинетической энергии ударяющихся тел (планетезималей) в тепловую.

Когда планетезималь ударяется в зародыш (протопланету), ее скорость соударения равна

где скорость убегания для зародыша и и — начальная скорость планетезимали относительно зародыша. На поздней стадии аккреции и становится малым по сравнению с Следовательно, при каждом столкновении величина теряемой кинетической энергии лишь немного превышает где масса ударяющейся планетезимали. Доля у этой энергии будет преобразована в тепловую энергию расплава внутри планетезимали. Часть расплавленной массы а определяется соотношением

Здесь скрытая теплота плавления вещества ударяющегося тела. Если в качестве типичных твердых веществ в планетезималях взять железомагниевые силикаты, то скрытую теплоту

плавления можно принять порядка

Возьмем, например, зародыш, выросший до половины современного размера Земли. Полагая находим, что

Величина у зависит от структуры планетезималей. Если они представляют собой упругие твердые тела, то некоторое количество энергии будет переноситься ударными волнами и диссипировать при их прохождении через зародыш [261]. Если же планетезимали являются рыхлыми скоплениями, то значительная доля энергии будет диссипировать непосредственно в месте соударения. Даже если у составляет всего лишь 4%, соответствующего количества энергии достаточно, чтобы расплавить всю планетезималь. Вероятно, одновременно должен нагреваться и материал мишени. Следовательно, если не вся планетезималь, то во всяком случае ее значительная часть может быть расплавлена и (или) нагрета до достаточно высоких температур, при которых основная доля входящих в планетезималь летучих компонент будет выделяться в виде газа.

В какой степени водяной пар и другие летучие соединения сохраняются в виде атмосферы протопланеты, определяется балансом между тепловым ускользанием молекул и увеличивающимся в процессе роста массы гравитационным притяжением протопланеты. Таким образом, со временем будет происходить постепенное накопление водяного пара и при подходящих условиях возможна конденсация газовой фазы в жидкую.

Эти условия в значительной мере определяются температурой поверхности растущей протопланеты. Температура в свою очередь зависит от частоты соударений с планетезималями и высвобождения тепла при каждом столкновении. Поэтому, прежде чем перейти в разд. 26.4.3 к описанию процесса накопления воды, мы в общих чертах рассмотрим характеристики распределения тепла при аккреции.