11.2.1. ВОЗРАЖЕНИЯ ПРОТИВ ГРАВИТАЦИОННОГО КОЛЛАПСА КАК МЕХАНИЗМА ОБРАЗОВАНИЯ ПЛАНЕТ И СПУТНИКОВ

11.2.1.1. Недостаточная гравитация. Если для оценок по порядку величины допустить, что при образовании планет и спутников то получим

где

Из одного этого рассмотрения видно, что для самых больших планет с массами радиус см, и, следовательно, Юпитер и Сатурн могли образоваться путем гравитационного сжатия. В то же время для планет с массами порядка масс Урана и Нептуна мы сталкиваемся с трудностями, поскольку гравитационные эффекты несущественны до тех пор, пока каким-либо способом, отличным от гравитационного сжатия, облако не достигнет размера см. Последний же составляет менее от расстояния между данными планетами. Переходя к системам спутников или гипотетическому телу, заключающему в себе все вещество пояса астероидов, легко видеть, что в этом случае гравитационное сжатие не играет роли. Для типичной массы спутника (скажем, ) получаем см (т. е. размер газового облака должен быть сравним с размером тела). Таким образом, гравитационное сжатие газовых облаков не

является универсальной моделью образования тел Солнечной системы.

В качестве другого примера, который показывает, сколь мала роль тяготения в образовании системы спутников, рассмотрим внутреннюю часть системы спутников Сатурна. Эта система вторичных тел, несомненно, является одной из наиболее регулярных в отношении пространственного расположения и малости наклонений и эксцентриситетов орбит. Массы Мимаса и Энцелада порядка массы Сатурна. На промежуточном между орбитами Мимаса и Энцелада расстоянии сила тяготения, обусловленная этими спутниками, составляет менее силы тяготения Сатурна образования спутников вещество, входящее ныне в их состав, было, вероятно, рассеяно по всей орбите, что уменьшает приведенную цифру еще на один или более порядков).

К тому же самому возражению против гравитационного коллапса можно прийти и другим путем. Расстояние

до внутренней и/или внешней точек Лагранжа дает характерный масштаб гравитационного поля для вторичного тела массы движущегося по круговой орбите радиуса вокруг центрального тела массы Гравитационный коллапс возможен, только если первоначальный размер газового облака массы меньше В табл. 11.2.1 даны расстояния до точек Лагранжа для планет. На рис. 11.2.1 показаны максимально возможные размеры газовых облаков, коллапс которых способен приводить к образованию тел, подобных Мимасу, Энцеладу и планетам земной группы. Видно, что область, где существенно поле тяготения, слишком мала, и поэтому идею гравитационного коллапса трудно считать плодотворной для теории происхождения планет.

Кумар [252] показал, что для Юпитера вследствие относительно небольшого расстояния до точек Лагранжа гравитационному коллапсу облака, из которого могла возникнуть планета, препятствовали бы приливные силы Солнца. Значит, гравитационный коллапс может быть исключен как теория происхождения Юпитера. Но тогда он, несомненно, должен быть исключен и для всех остальных вторичных тел Солнечной системы.

Гипотеза Лапласа остается неприемлемой и в том случае, если предположить, что некогда спутники имели значительно большие размеры («протопланеты» и «протоспутники» в теории Койпера [250]). Как показано выше, в такой теории нужно преодолевать несоответствие в несколько порядков величины.

Следовательно, мы приходим к выводу, что самогравитация облака во многих случаях слишком мала, чтобы произошел гравитационный коллапс. Значительно более важным фактором,

Таблица 11.2.1 (см. скан) Расстояния до точек Лагранжа для планет и некоторых спутников, указывающие сферу преобладания гравитации

чем самогравитация, является «кажущееся притяжение», возникающее, согласно изложенному в разд. 6.4, за счет возмущения кеплеровского движения вязкостью. «Кажущееся притяжение» приводит к образованию струйных потоков как промежуточной стадии в аккреции небесных тел.

11.2.1.2. Гравитационное сжатие и момент количества движения. Теория образования планет и спутников при гравитационном сжатии газового облака сталкивается с той же трудностью в отношении момента количества движения, что и теория происхождения звезд. Если газовое облако размера вращается периодом его средний момент количества движения на единицу массы имеет порядок При сжатии эта величина остается неизменной. Пусть масса, которую в настоящее время имеет, скажем, Юпитер, некогда заполняла объем с характерным размером, в раз большим радиуса Юпитера. Тогда период собственного вращения должен был быть равен где

Рис. 11.2 1. Вниву — внутренняя область системы спутников Сатурна; зачерненными кружками показаны области, внутри которых преобладают поля тяготения Мимаса и Энцелада. Вверху — области преобладания гравитации для планет земной группы. Из рисунка видно, что гравитационный коллапс не является приемлемым механизмом образования данных тел вследствие крайне малой протяженности их полей тяготения. Тот же вывод справедлив для всех спутников и планет, исключая, возможно, Юпитер.

наблюдаемый ныне период вращения Юпитера. Наибольшее значение определяется периодом орбитального движения. Последний же для Юпитера примерно в раз больше периода осевого вращения. Следовательно, т. е. облако, в результате сжатия которого образовался Юпитер, должно было иметь радиус меньше 1012 см. Это составляет всего лишь 1—2% от половины расстояния между Юпитером и Сатурном (данный масштаб приближенно характеризует положение границы, разделявшей газ, из которого образовался Юпитер, и газ, из которого образовался Сатурн). Важным может быть также то обстоятельство, что оцененный размер облака составляет только 10% расстояния

до точки либрации, или точки Лагранжа. Следовательно, в рамках теории происхождения Юпитера путем сжатия газового облака для объяснения наблюдаемого периода вращения нужно привлекать некоторый механизм торможения. Однако такой механизм должен обеспечивать изохронность вращений (см. разд. 9.7) и в настоящее время неизвестен.