авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 |
-- [ Страница 1 ] --

ДИНАМИКА ФОРМИРОВАНИЯ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ.

(МОНОГРАФИЯ)

Глава 1. Иерархические структуры Вселенной.

Глава 2. Факторы формирования туманности.

Глава 3.

Факторы развития туманности.

3.1. Фаза обособления туманности.

3.2. Фаза развития системы вихрей.

Глава 4. Процесс формирования Солнечной системы.

4.1. Механизм формирования эллиптичности – уплощения

в туманности при образовании Солнечной системы.

4.2. Дифференциация компонентов туманности.

Глава 5. Процесс развития туманности в звезду.

5.1. Процессы в ядре туманности.

5.2. Процессы в звездах.

Глава 6. Закономерности в Солнечной системе.

6.1. Модель обращения и вращения планет 6.2. Закономерности распределению планет вокруг Солнца.

6.3. Динамика формирования Земли и планет земной группы.

6.4. Дифференциация вещества в газопылевой туманности.

6.5. Эксцентриситет орбит планет.

Глава 7. Взаимосвязи между объектами Солнечной системы 7.1. Взаимосвязи между объектами Солнечной системы.

7.2. Формирование двойной системы Земля - Луна.

7.3. Генезис магнитного поля Земли.

ЛИТЕРАТУРА.

ПРЕДИСЛОВИЕ.

В монографии рассмотрены вопросы, связанные с формированием Солнечной системы:

- определено место Солнечной системе в общей иерархии Вселенной;

- рассмотрены механизмы и процессы, связанные с динамикой развития туманности в звездную систему;

- рассмотрена динамика формирования и закономерности распределения планет Солнечной системы и взаимосвязь между объектами Солнечной системы. Акцент сделан на генезисе двойной системы Земля – Луна.

В работе для рисунков, таблиц и формул принята нумерация по главам.

Глава 1. Иерархические структуры Вселенной.

Только в нашей галактике, к настоящему времени, обнаружено несколько сотен экзопланет у других звёзд, причем у ряда звезд обнаружены многопланетные системы подобные Солнечной системе. По мере развития техники и методов регистрации экзопланет, это позволит ответить не только на вопросы о генезисе таких планетных систем, но и найти экзопланеты пригодные для жизни, подобные Земле.

Целесообразно вначале определить место Солнечной системы в общей иерархической структуре Вселенной.

У бесконечной Вселенной не может быть центра массы, и она должна быть изотропной по плотности, при исследовании крупномасштабных структур. Это не исключает, и более того предполагает, наличие в ней неоднородностей и флуктуаций плотности локального характера.

У конечной, анизотропной по плотности, Вселенной должен проявлять центр массы или ядро Вселенной, в силу её конечности и бесконечного радиуса действия силы гравитации. Для конечной Вселенной поведение галактик и скоплений галактик в поле тяготения ядра Вселенной должно быть аналогично поведению звезд в поле тяготения ядра галактики или ядра шарового скопления. В этом случае Вселенная выступит как наивысший иерархический уровень, тогда галактики и скопления галактик выступят как элементы этой системы, следующего более низкого уровня иерархии. Поведение таких систем должно быть аналогично движению идеального газа в поле сил тяжести центра масс (ядра) и будет описываться барометрической формулой по распределению Больцмана.

Как известно, сила гравитационного взаимодействия не ограничена расстоянием, но она убывает обратно пропорционально квадрату расстояния между взаимодействующими объектами. В силу этого, будет наблюдаться определенная иерархия по силе взаимодействия между различными объектами в зависимости от массы и расстояния между объектами.

В общем случае, величина силы гравитационного воздействия – F на тело массой – m, является суперпозицией от всех других i объектов во Вселенной, что можно представить в векторном виде:

r r Gm Ri i Fg = (1.1), 3 i r где Ri - радиус вектор i объекта массой Мi со средней плотностью i в пределах r скалярной величины – Ri радиус вектора - Ri.

Для простоты мы будем рассматривать взаимодействие между объектами по иерархической лестнице, поскольку любой объект входит в ту или иную иерархическую r структуру Вселенной. В самом простом виде скалярная величина Fп равна сумме Fi, а r скалярная величина Ri равна расстоянию между объектами. Для четырёх уровней иерархии Вселенной, в которые поочередно входит объект массой – m, как например звезда, представим величину Fg в виде:

mG (R ВС ВС + RССГ ССГ + R Гал Гал + R ШЗС ШЗС ) Fg = (1.2), где средняя плотность Вселенной - ВС в пределах радиуса Вселенной - RВС, средняя плотность Сверхскопления галактик (ССГ) - ССГ в пределах от центра ССГ до объекта массой – m, равное RССГ, средняя плотность галактики - Гал в пределах от центра галактики до объекта массой – m, равное RГал, средняя плотность шарового звездного скопления (ШЗС) - ШЗС в пределах от центра ШЗС до объекта массой – m, равное RШЗС.

В таблице № 1.1. сведены параметры различных уровней иерархии во Вселенной. Как видно из таблицы № 1.1. и следует из уравнения (1.2) основным элементом в формировании структуры Вселенной являются системы: звезда в ССГ и галактика в ССГ.

У этих систем наибольший параметр 2 R12, несмотря на то, что на систему звезда в ССГ приходится минимум силы - F1 – В тоже время, общую структуру Вселенной определяют силы F1 – 2 связывающие систему ССГ и ССГ, а так же систему ССГ и Вселенную. То есть фактически ССГ формируют пространственную решетку Вселенной на подобии кристаллической. Это, в определенной мере, обусловлено и находит отражение в потенциальной энергии - П1 – таких систем, что ясно видно из таблицы № 1.1.

Таблица № 1.1.

Система М1, М2, П1 – 2, R1 – 2, Ri1, F1 – 2, 2, 2 R кг кг м м Н Н.м.

кг/ м Звезда в 5,5х 2х1030 2х1036 5х1017 3,8х10-18 5х1014 1,1х1027 х ШЗС 1, Звезда в 1,08х 2х1030 2х1041 2,5х1020 3,1х10-21 7,9х1014 4,3х1020 х галакти- 0, ке Звезда в 4,44х 2х1030 2х1045 6х1023 2,2х10-21 1,3х103 1,9х1016 7,4х1018 х ССГ Галакти- 4,44х 2х1041 2х1045 6х1023 2,2х10-21 1,3х103 6х1021 7,4х1029 х ка в ССГ ССГ и 6,8х 45 45 24 -29 -4 24 х ССГ 2х10 2х10 4х10 1,5х10 6х10 2х10 1,7х ССГ во 6,8х 2х1045 2х1054 4х1027 7,5х10-30 3х10-2 1,3х1023 1,7х1034 х Вселен ной В таблице № 1. 2. приведены оценочные значения силы гравитационного взаимодействия (по доминирующей силе) на основных уровнях иерархии во Вселенной и для сравнения значения силы взаимодействия между одноуровневыми объектами (например, Солнца с ближайшей звездой). В таблицы № 1. 2. выделены и наглядно видны различные уровни иерархической системы и взаимоотношения между объектами различных уровней иерархии.

Так первым иерархическим уровнем организации во Вселенной среди макрообъектов являются планеты. На примере планеты Юпитер наглядно видно, что сила взаимодействия его, как лидера иерархической системы, с его спутниками более чем на два порядка выше, чем сила взаимодействия между спутниками Юпитера или его спутниками и лидером более высокого уровня иерархии.

На втором уровне иерархии, лидерами выступают звезды. На примере Солнечной системы также видно, что на данном уровне определяющей гравитационной силой является Солнце. На планеты Солнечной системы ни другие звезды, ни вся галактика Млечный путь, не оказывают, практически, ни какого влияния.

В свою очередь на Солнце оказывает влияние лишь центр массы Галактики Млечный Путь, и не оказывают ни какого влияния, ни другие галактики, ни близь лежащие звезды.

В свою очередь на галактику оказывает влияние лишь центр масс Местной группы галактик, а Местная группа галактик в свою очередь, ведет себя как единое целое по отношению к центру масс Скопления Галактик ( СГ ) или Сверхскопления галактик (ССГ) в которое эта галактика входит.

Следует отметить, что на шестом уровне иерархической структуры Вселенной постепенно сглаживаются различия в силе гравитационного взаимодействия между объектами. Поскольку центры масс СГ и ССГ ведет себя как единое целое по отношению друг к другу, то образуется своеобразная пространственная структура во Вселенной наподобие кристаллической решётки.

Таблица № 1. 2. Оценочные значения силы гравитационного взаимодействия Fg на различных уровнях иерархии во Вселенной Fg, Н. Fg - доминирующее Fg – взаимодействия Fg – воздействие Уровень взаимодействие в между объектами более высокого Иерархии;

иерархии одного уровня уровня иерархии.

Объекты.

4,5х1019 Н. - между 1,9х1019,Н. – между 1 – уровень;

5х1021,Н.(для «Ио» Планеты спутниками «Ио» и спутником «Ио» и (для Юпитера) спутника Юпитера) Солнцем.

«Европа».

3,6х1028,Н. (для 1,9х1024, Н. 1014,Н. – между 2 – уровень;

Звезды Земли). - между планетами Юпитером и 4,2х1029,Н. (для (для Солнца) Земля и Юпитер. ближайшей звездой Юпитера). при R = 5 свет. лет.

2,7х1019,Н. – между 6,7х1017,Н. 7х1016,Н. – между 3 – уровень;

Рассеянные звездой в РЗС и РЗС - между звездами в звездой и соседней звездные при = 10 свет.лет. РЗС при R = 2cв.лет. галактикой при R = 2,2х106 св.лет.

скопления – «РЗС»

6,7х1021,Н. – между 6,7х1019,Н. - между 4 – уровень;

2,7х1022,Н. - между Шаровые звездой в ШЗС и звездами в ШЗС при ШЗС и CCГ при звездные ШЗС при R = 0,2 свет.лет.

R = 15 Мпк.

скопления – «ШЗС» R = 20 свет.лет.

7,4х1025,Н. – между 7,4х1016,Н. – между 5 – уровень;

5,9х1017,Н – между Галактика (типа звездой и галактикой звездами при звездой и ССГ при 7,4х1031,Н. – между Млечный путь.) R = 6 свет.лет.

R = 10 Мпк 7,4х1026,Н. – между ШЗС и галактикой при R = 60 свет.лет. ШЗС и ШЗС при R = 60 свет.лет.

5,9х1027,Н. – между 4х1027,Н. - между 3,3х1028,.- между 6 – уровень;

Скопление – «СГ» и галактикой и СГ. галактиками при ССГ и ССГ при 5,9х1028,Н. – между R = 106 свет.лет.

сверхскопление R = 60 Мпк.

галактик – «ССГ». галактикой и ССГ при R = 10 Мпк.

7 – уровень;

1031, Н – между галактикой и Вселенной при R = 1010 cвет.лет., Для анизотропной и Мвс = 1052 кг.

Вселенная.

7 – уровень;

Для изотропной 10 28, Н – между галактикой и Вселенной при МВс = 1052 кг.

Вселенной Следует отметить, что благодаря воздействию гравитационного поля и инерционности системы происходит упорядочение и структурирование объектов в системе даже в случае значительных воздействий на систему. Иерархическая структура Вселенной обеспечивает её стабильность и взаимосвязь различных процессов по их иерархической значимости. Для каждого уровня иерархической системы существует свой порядок и структура организации объектов входящих в этот уровень.

Структурная симметрия по одному параметру, дополненная структурной асимметрией по другому параметру (в согласии с принципом дополнительности Бора) позволяет создавать иерархические структуры более высокого порядка, которые обеспечивают стабильность иерархических систем. Так из симметричных структур электрон - позитрон или протон – антипротон не возможно создание стабильной иерархической структуры с сохранением исходных частиц. Если же мы возьмем протон и электрон, которые имеют симметрию по заряду, но асимметрию по массе, то из них можно создать стабильную иерархическую структуру высшего порядка в виде атома водорода, где протон доминирует над электроном по массе.

Аналогично, из двух протонов или двух нейтронов невозможно создать иерархическую структуру, однако из протона и нейтрона возможно создание иерархической структуры. В данном примере образуется ядро атома дейтерия, то есть иерархическая структура более высокого порядка, чем протон или нейтрон в отдельности.

Образцами иерархических структур в микромире являются все химические элементы.

Вся Вселенная от микромира до макромира, включая мир живой природы, построена на основе иерархических систем, которые обеспечивают гармонию и целостность такой системы на всех уровнях (1).

Глава 2. Факторы формирования туманности.

Формирование из газопылевой туманности объектов различных иерархических уровней обусловлено рядом механизмов (процессов и факторов). Ниже мы рассмотрим некоторые из них.

Первый механизм формирования туманности.

Рассмотрим туманность как обособленный объект. Для этого проанализируем некоторые особенности открытых систем во Вселенной, имея в виду, что большинство таких систем представлено в виде объектов, в основном имеющие газовую природу, с ультранизкой концентрацией газа.

На рисунке № 2.1 для примера, представлена схема модели газовая туманность (1) окруженная космическим пространством с более разряженной газовой средой (2). Газовая туманность имеет параметры: Р1 – давление газа в туманности и Т1 – температура газа в туманности. Газовая среда, окружающая туманность, имеет следующие параметры: Р2 – давление газа вне туманности и Т2 – температура газа вне туманности.

В качестве однотипной модели можно рассматривать и другие объекты с ультранизкой концентрацией газа, например параметры газа в галактике и параметры газа вне галактики, либо например параметры газа в солнечной системе на периферии в гелиопаузе и параметры газа вне солнечной системы. Во всех таких системах газ находится в ультраразреженном состоянии.

Система, представленная на рисунке № 2.1 будет, находится в стационарном состоянии, а точнее в динамически равновесном состоянии, если поток частиц (атомов или молекул) из системы будет равен притоку частиц в систему. Все частицы мы считаем однотипными. Для такой системы, должны быть справедливы условия, что потоки частиц движутся без сопротивления, и частицы не сталкиваются друг с другом. Такие условия вполне допустимы для ультраразреженного газа. В этом случае, для такой системы, справедливо равенство:

п1 1 = п 2 2 (2. 1 ), где п1 - и п2 - концентрация частиц, соответственно, в туманности и вне её, 1 - и - средняя скорость частиц, соответственно, в туманности и вне её.

На основании общеизвестной молекулярно-кинетической теории идеального газа и закона Максвелла описывающего распределение частиц по скоростям, можно представить значения п и, соответственно, в виде:

= 8kT m, п = р(kТ ) и где k - постоянная Больцмана, p - давление газа в туманности или вне её, m0 - масса одной частицы (атома или молекулы, основного компонента системы).

В этом случае, исходя из условия ( 1 ) получим уравнение описывающее состояние системы представленной на рисунке № 1, в виде р = Т1 (2.2 ).

Т р Рисунок № 2.1. Модель газовой туманности – 1 окруженная космическим пространством – 2 с более разряженной газовой средой.

Из уравнения (2.2) видно, что в условиях высокого вакуума, который характерен для рассматриваемого объекта, а также для многих других объектов по Вселенной, в стационарном состоянии (или при условии динамического равновесия) не будет происходить выравнивание давления в туманности с давлением во внешней зоне.

Представим перепад давления и перепад температуры между туманностью и внешней зоной в виде:

и р = р1 р 2 Т = Т 1 Т 2 (2.3).

В этом случае, уравнение (2.2) можно представить в следующих видах:

Т р = р 2 1 (2.4), Т 2 р Т = Т 2 1 1 (2.5), р 2 р р 2 + Т = Т 2 (2.6).

р р2 Для рассмотренной модели возможен целый ряд упрощений.

Во-первых, поскольку параметры внешней среды, для любой модели, можно принять постоянными и не зависимыми от параметров основного объекта, то формула (2.5) приводится к виду Т Т = 2 2 р 2 (2.7), р где Т 2 2 = const - константа внешней среды.

р В этом случае Т будет пропорционально р 2 или п 2. Фактически мы получим, что температура в газовой туманности будет пропорциональна концентрации газа в туманности в квадрате.

Во-вторых, поскольку параметры основного объекта, как правило, во много раз превосходят параметры окружающей среды, то есть справедливо условие р много больше р 2, в этом случае, из формулы (2.6) получим Т Т 2 р р (2.8).

Мы рассмотрели упрощенную модель газовой туманности, типичного объекта во Вселенной. Эта модель вполне подходит для такой системы, как галактика и межгалактическое пространство, а также для более крупных и более мелких объектов. Эта модель реализуется, например, в Солнечной короне, в которой температура и концентрация газа существенно выше, чем в окружающей внешней среде.

Аналогичный механизм реализуется, в определенной мере, и в земной атмосфере между зонами термосферы и экзосферы, где длинна свободного пробега атомов и молекул очень высокая и где отмечается скачек температуры.

Для нас важным и существенным является то, что при поднятии температуры в основном объекте, например газовой туманности, то для обеспечения динамического равновесия по параметру давление, будет происходить приток частиц в туманность.

Фактически туманность, как «пылесос» будет засасывать газ из окружающей внешней среды, обедняя её, и одновременно увеличивая концентрацию газа в туманности, что приведет к увеличению массы туманности.

С другой стороны, этот механизм способствует выделению и отделению туманности.

Таким образом, возникшие флуктуации, по определенным параметрам и при определенных условиях, имеют свойство разрастаться, а не ослабевать, не распадаться. В этом случае, рассмотренный процесс является эволюционным, то есть возникшая флуктуация становится более упорядоченной, причем она имеет свойство разрастаться и структурироваться, при этом её энтропия уменьшается.

Аналогичные процессы идут и в галактиках, которые постепенно захватывают газ из межгалактического пространства, тем самым наращивают свою массу и одновременно среднюю термодинамическую температуру, при этом их структура становится более упорядоченной, а значит, уменьшается и энтропия системы.

Рассмотренные модели описывают основные процессы, ведущие к формированию во Вселенной иерархических структур.

Второй механизм формирования туманности.

Известно, что планеты газового типа Солнечной системы имеют очень высокую скорость вращения. Высокая скорость вращения планет газового типа обусловлено, в частности, тем, что основной импульс каждая планета получила на прямую, через своё газопылевое окружение в период своего формирования.

По мере поглощения протопланетой (за счет гравитационного притяжения) своего газопылевого окружения, вращательный момент от последнего передается на планету и поэтому, чем «старше» планета, чем больше она поглотила окружающей материи, тем выше становится угловая скорость её вращения. Увеличение угловой скорости системы при слиянии можно оценить исходя из закона сохранения энергии и импульса системы при слиянии тел, то есть в виде:

( Твр )mi + ( Твр )M = ( Твр )M+mi ( 2.9 ), где (Твр )mi - кинетическая энергия вращения тела массой m i, с угловой скоростью ш, на расстоянии ri от центрального тела с массой М, ( Твр )M - кинетическая энергия вращения центрального тела радиусом r0 и с угловой скоростью вращения 0, ( Твр )M+mi - кинетическая энергия вращения объединенной массы ( М + mi ) после слияния.

Уравнение (2. 9 ) можно представить в виде m1 r12 1 + M r02 0 = ( M + m1 ) r02 2 ( 2.10 ).

1 Представим 2 = 0 +, и пренебрегая членом, и представляя =, 2r 1 m1 получим: = 1 + ( ) (2. 11 ), r0 4( M + m1 ) где 1 - скорость вращения тела m1 в начальном состоянии до слияния. Из формулы (2.11) видно, что при начальных условиях m1 0 и 1 0, то в случае дальнейшего слияния системы, она увеличит угловую скорость вращения.

Это положение справедливо в любой вращающейся системе, а точнее в системе, где элементы этой системы, двигаются друг относительно друга, и между ними также действует сила гравитационного притяжения, способная консолидировать эти отдельные элементы. Данная модель лежит в основании не только формирования Солнечной системы, или систем более низкого иерархического уровня, но и систем более высокого иерархического уровня как галактики или скопления галактик, а также системы Вселенной в целом.

Глава 3. Факторы развития туманности.

3.1. Фаза обособления туманности.

В любой газопылевой туманности возникают флуктуации плотности, которые могут стать центром гравитационного притяжения, а значит привести к формированию на них вихря под действием силы гравитации, переводя, энергия хаотического, теплового движения молекул имеющих шесть степеней свободы, в более упорядоченное движение, энергетически более выгодное, когда одно направление движения становится доминирующим.

При сжатии туманности в целом, уменьшается ее радиус, а это приводит к возникновению и формированию вихря (крутящего момента в системе туманности в целом). Возникший вихрь в туманности начнет разрастаться, захватывая всё новые и новые порции газопылевой туманности, что увеличивает плотность вихря и скорость его вращения, при этом на периферии вихря, на границе его с остальной туманностью возникает разряжение. Это, приводит к тому, что вихрь захватывает новые порции газа.

Этот процесс развития вихря продолжается пока вихрь не создаст вокруг себя обширную зону с обедненной, низкой концентрацией газа и пыли и тем самым произойдет отделение или выделение данного вихря в туманности в самостоятельный объект с повышенной концентрацией газа и пыли. Это становится также и первой стадией упорядоченья и кооперативного движения вещества в туманности или в отдельном её фрагменте вокруг вихря, с некоторой угловой скоростью вращения. Модель этого процесса мы рассмотрели выше.

По мере сжатия и уплощения туманности из сферической в эллипсоидальную, с увеличением плотности материи в туманности, всё более будут набирать силу, процессы дифференциации и разделения компонентов туманности, за счет сил которые модельно представлены ниже в уравнении ( 3.1 ).

На молекулы газа, также как и на другие объекты в туманности будет воздействовать ряд сил F описываемых уравнением равновесного состояния:

Fg = Fn + FA + Fy + FL + FE ( 3.1 ), где Fg - сила гравитации, определяемая законом всемирного тяготения Ньютона, Fn -сила обусловленная нормальной составляющей ускорения, FA - сила обусловленная законом Архимеда, Fy - сила обусловленная давлением света на материальные объекты, FL -сила Лоренца, FE - сила электростатического взаимодействия по закону Кулона.

Начальное, исходное состояние туманности опишем простой моделью, приравняв кинетическую энергию молекул газа стремящихся покинуть туманность и потенциальную энергию гравитационного поля туманности. Запишем эту модель в виде 3kTkl Gmi M = ( 3.2 ), 2 R где k - постоянная Больцмана, Тkl – температура в градусах Кельвина, G гравитационная постоянная, mi -масса i объекта, в нашем случае протона (атома водорода), R -радиус кривизны системы или радиус орбиты по которой движется i объект, вокруг центра массы системы и М – масса системы (туманности) в целом.

Тогда условие обособление туманности или любого другого объекта имеющего массу – М (или плотность - ), температуру - Т и радиус - R, можно выразить на основе уравнения (3.2). После не сложных преобразований уравнения (3.2) получим условие сжатия туманности с последующим образованием звездного объекта в этой туманности в виде:

Gm p TR = Кm = сопst M k R = К = сопst (3.3).

T Для туманности, из которой образовалась Солнечная система, получим значение констант: Кm = сопst = 1,625х10-14 кг-1.м. 0К. и К = сопst = 1,47х1013 кг./ м 0К.

По формулам (3.3) сделаем оценки условий сжатия туманности, из которых сформировались такие известные объекты, как шаровые звездные скопления. Шаровые звездные скопления, которых только в нашей галактике выделено около 200 скоплений, являются наиболее распространенной ассоциацией звезд во Вселенной. Они входят, как отдельные элементы, в более крупные иерархические структуры, сохраняя при этом свою структуру, что говорит о высокой стабильности шаровых скоплений и их устойчивости к возмущениям внешних гравитационных полей.

Наиболее вероятно, что формирование каждого шарового звездного скопления, как единого, цельного объекта, происходило из одной исходной газопылевой туманности, в которой практически одновременно произошло формирование всех звезд этого шарового звездного скопления. Для исходной газопылевой туманности, из которой в дальнейшем образовалось шаровое скопление звезд, можно принять следующие параметры:

- радиус равный Rш = 200св.лет = 2х1018 м., и массу Мш = 106 звезд = 2х1036 кг.

В этом случае получим, что для обособления и начала формирования туманности, как самостоятельного объекта (в результате эволюции которой сформируется шаровое скопление), необходимо, чтобы её средняя температура удовлетворяла условию:

Т 1,6х104 0К.

В этом случае, плотность газопылевой туманности составит 5,9х10-20 кг / м3 = 35 протонов / см3.

Полученные условия вполне возможны.

Условия для формирования звезд из такой газопылевой туманности и механизм формирования звезд из газопылевой туманности и процессы в звездах мы рассмотрим на примере образования звезды типа нашего Солнца. Для туманности, из которой возможно образование звездного объекта, можно принять исходные условия:

- массу в пределах 1 – 3 массы Солнца или (2 – 6)х1030 кг.;

- температуру в двух крайних пределах 3,5 0К и 1,6х104, 0К.

Тогда получим следующие пределы для значений R и, для обособления туманности, из которой возможно образование звезды.

При Т = 3,5 0К и М = 2х1030 кг условием сжатия туманности, из которой в дальнейшем образуется звезда, является выполнение неравенств:

- R 0,928х1016 м = 1 св. год;

и - 6х10-19 кг / м3.

При Т = 1,6х104 0К и М = 2х1030 кг, аналогично, получим необходимые условия:

- R 2,03х1012 м ;

и 2,7х10-15 кг/ м3.

При Т = 1,6х104, 0К и М = 6х1030 кг, аналогично, получим необходимые условия:

- R 6,1х1012 м ;

и 6,3х10-9 кг/м3.

Рассмотренные условия вполне приемлемы для случая, если звезда образуется в шаровом скоплении. Если мы учтем, что в шаровых скоплениях, очень высокая концентрация звезд, по сравнению с галактиками, то рассмотренные условия тем более выполнимы в галактиках, где влиянием других звезд на сжатие туманности можно пренебречь.

Рассмотренная модель применима к объектам, масса которых не претерпевает существенного изменения в процессе сжатия, а происходит перераспределение массы в объекте. В случае, например, нашей спиральной галактики Млечный путь, рассмотренная модель даст завышенные параметры. Например, приняв массу галактики равной солнечных масс и радиус 2х105 световых лет, мы получим значение Т 1,6х106, 0К.

Если наоборот, мы зададим исходную температуру галактики в 5 0К, при той же массе, то получим запредельный радиус исходной туманности в 65 млрд. световых лет.

Если мы зададим температуры в туманности Т = 3000 0К, которая соответствует условию, когда в газе могут образовываться атомы из электронов и протонов, то получим исходный радиус туманности, из которой могла образоваться галактика типа Млечный путь, равный R = 108 млн. световых лет, что больше среднего расстояния между галактиками. В целом, это говорит о том, что галактики образовывались из мелких звездных ассоциаций, из шаровых звездных скоплений и из отдельных звезд. То есть, масса и размеры галактики росли постепенно, а значит, галактики есть продукт эволюции иерархической системы, когда количество переходит в качество, а именно, формируется более высокий иерархический уровень – галактика.

После формирования протоядра галактики, оно как вихрь, постепенно разрастаясь, сформирует вокруг себя новую, более высокую иерархическую систему – галактику с определенной структурой (спиральную, линзообразную или эллиптическую, то есть правильную форму). Тот факт, что во Вселенной около 96% всех галактик имеют правильную форму, говорит о высокой упорядоченности и стабильности структурных элементов системы, а в целом, о гармонии во Вселенной.

С другой стороны, на примере Солнечной системы, мы можем наглядно наблюдать, как более высокий иерархический уровень, управляет и формирует структуру подчиненных уровней. Здесь следует только отметить, что для планет солнечной системы и их спутников, при использовании рассмотренной модели (по формулам (3.2) и (3.3)) и модели которую мы рассмотрим ниже, необходимо учитывать, что масса всех планет и их спутников постепенно возрастала, по мере формирования протозвезды Солнца. Более того, динамика формирования планет земной группы существенно отличалась от динамики формирования планет газового типа. Кроме того, основной этап формирования планет газового типа начался фактически после завершения формирования планет земной группы.

Возникший в Солнечной туманности, на начальном этапе центральный вихрь с правой спиральностью, который определяется спиральностью галактики, создал затем благоприятные условия для предпочтительного образования в туманности вихрей правой спиральности. Поэтому вихри с правой спиральностью стали доминировать в иерархической структуре формирующейся Солнечной системы в целом.

В качестве примера рассмотрим некоторые особенности динамику сжатия туманности, из которой образовалась Солнечная система, из уравнения (3.2) получим:

2GMmi = (КRT ) = 1,078*1016 м.0К. = const Тkl*R = ( 3.4 ), 3k В предельном случае, когда потенциальная энергия гравитационного поля равна энергии одной степени свободы поступательного движения объекта ( 0,5 k Тkl ), что эквивалентно, второй космической скорости для данной туманности массой М, аналогично получим:

2GMmi = ( КRT )опт. = З,234*1016 м.0К. = сonst Тkl*R = ( 3.5 ).

k При Т = 3,5 0К. равновесный радиус туманности по формулам ( 3.4 ) и ( 3.5 ) будет в пределах: от R = 3,08*1015 м = 2*104 АЕ до R = 9,24*1015 м = 6*104 АЕ.

Отметим, что величина ( 2 6 )*104 АЕ значительно меньше среднего расстояния между звездами в нашей Галактике, в области Солнечной системы, приблизительно, равного: 6 световых лет = 6*1016 м = 4*105 АЕ.

Из этого следует, что влияние соседних звезд на туманность (из которой образовалось Солнечная система) было пренебрежимо мало. Для того, чтобы в такой туманности началось сжатие (коллапс) необходимо выполнение условия:

1,078х1016 3,234 x ) ( 3.6 ).

R( Tkl Tkl Пределы обусловлены выше определенными начальными условиями. Условие сжатия 3М такой туманности можно выразить и через её плотность =, в виде:

4R R = ( КRT ) = соnst = ( 4,44 1,43 )*1013 кг./м 0К ( 3.7 ).

Tkl Плотность и радиус туманности взаимосвязаны по уравнению:

R3 = ( КRT )опт х ( КRT ) = 4,754*1029 кг. = const ( 3.8 ).

Ниже приведены оценочные значения равновесной термодинамической температуры (Т) и плотности ( ), рассчитанные по формулам (3.7) и (3.8), по мере сжатия туманности, то есть уменьшения радиуса ( R ) туманности, из которой образовалось Солнечная система:

- при R = 6*1012 м (радиус орбиты Плутона), получим значение Т = 1,8*103,0К, а плотность = 2,2*10-9 кг/м3 ;

- при R = 7,8*1011 м (радиус орбиты Юпитера), получим значение Т = 1,38*104,0К, а плотность – = 10-6 кг/м3 ;

- при R = 1,5*1011 м (радиус орбиты Земли), получим значение Т = 7,19*104, 0К, а плотность – = 1,41*10-4 кг/м3 ;

- при R = 1,07*1011 м (радиус орбиты Венеры), получим значение – Т = 105, 0К, а плотность - = 3,87*10-4 кг/м3 ;

- при R = 6,96*108 м (современный радиус Солнца), получим значение – Т = 15, 5*106, 0К, а плотность равна - = 1,41*103 кг/м3.

Отметим, что современные параметры Солнца, согласуются с полученными расчетными значениями Т и.

Гравитационное ускорение при коллапсе Солнца шло также по нарастающей, по мере сжатия и уменьшения радиуса ядра туманности:

- при R = 2,0х1010 м, значение g = G М / R2 = 0,33 м./с2 ;

- при R = 1010 м -- g = 1,3 м./ с2 ;

g = 5,3 м./ с2 ;

- при R = 5х10 м - g = 67 м./с2.

- при R = 1,4х10 м - При этом скорость сжатия (схлопывания) протозвезды Солнца при R = 1,4х109 м составила около 1000 км/с., что сформировало внутри формируемой протозвезды кумулятивную ударную волну гравитационного сжатия, а это подняло температуру на фронте ударной волны выше критической температуры начала полномасштабной реакции термоядерного синтеза внутри Солнца.

Радиационное давление, возникшее в результате термоядерного синтеза, остановило процесс сжатия звезды. Солнце, пройдя через ряд затухающих колебаний, связанных с изменения диаметра звезды, вышла на стационарный режим термоядерного горения, при R = 1,4х109 м., который мы и наблюдаем сегодня.

Однако отраженные ударные волны сбросили с ядра протозвезды Солнца остатки переходной зоны туманности, произвели предварительную очистку от газа и пыли области Солнечной системы вплоть до орбиты Юпитера. Это был своеобразный Солнечный, но не ветер, а ураган, который потерял силу за счет расширения в зоне от орбиты Юпитера до орбиты Плутона, то есть в зоне планет газового типа.

3.2. Фаза развития системы вихрей.

Второй этап в развитии вихрей зарождается по мере развития первого этапа, как обособление туманности, на его фоне, как флуктуации плотности второго уровня.

Характерной особенностью данного этапа является то, что у обособленной туманности будет проявляться центр массы или ядро туманности, где плотность вещества будет выше, чем средняя плотность туманности.

Это ведет к тому, что в силу закона всемирного тяготения, туманность начнет сжиматься к ядру туманности. Механизм сжатия туманности мы рассмотрели ниже, он описывается уравнениями (4.15) и (4.16), в зависимости от плотности, радиуса и термодинамической температуры туманности.

Время сжатия туманности, из которой сформировалась Солнечная система, которое мы оценили по упрощенной схеме составляет, порядка одного миллиона лет ( ).

На самом деле, процесс падения любой частицы или любого объекта в туманности к её ядру осуществляется по спирали. Скорость и время падения определяется исходя из соотношения нормальной - ан и тангенциальной (касательной) - а составляющей ускорения, по известным соотношениям:

2 (R) d (R) d а = = R и aн = = 2R, =R = dt dt R R где - угловая скорость, - угловое ускорение, R - радиус вращения.

В процессе развития туманности, из которой в дальнейшем сформировалась Солнечная система, существовали вихри четырех уровней:

- во-первых, центральный вихрь, в котором шло формирование ядра туманности, что привело к образованию из него Солнца;

- во-вторых, вихри второго уровня или вихри пастухи, которые контролировали каждый свою подзону в центральном вихре, участвуя в общем движении центрального вихря, как его элемент, причем из вихрей пастухов сформировались, в дальнейшем, планеты Солнечной системы;

- в-третьих, вихри третьего уровня, которые являлись элементами вихрей второго уровня, причем из вихрей третьего уровня сформировались в дальнейшем спутники планет Солнечной системы;

- в-четвертых, вихри четвертого уровня, которые являлись элементами вихрей первого, второго и третьего уровней, служа как бы «строительным» материалом для вихрей более высокого порядка, причем их вихрей четвертого уровня могли образовываться астероиды, кометы и другие более мелкие объекты.

Вихри четвертого уровня играли огромную роль в динамике системы, как в целом, так и на подуровнях. Они выполняли «черновую работу» собирая (аккумулируя) газ и микрочастицы пыли из туманности в конгломераты, которые затем либо сливались с вихрями своего уровня, образуя более крупные вихри четвертого уровня, либо поглощались вихрями более высокого порядка. Кольца, у планет газового типа, в Солнечной системе фактически состоят из остатков ядер, от вихрей четвертого уровня.

Фактически вихри четвертого уровня движутся в трех вращающихся системах отсчета. Когда частица со скоростью попадает в локальный вихрь, на орбиту с радиусом R и со скоростью, то вступает в действие и кориолисова сила инерции действующая на тело, которое определяется ускорением ak, в виде:

[ ].

ak = 2 [ ] = R В поле тяготения, создаваемого центром массы (ядром) туманности с массой М, на объект массой m будет действовать сила гравитации Fg и ей противостоящая сила инерции Fин - системы, в виде:

Fg = Fин = F + FH + FK = m a + m a H + m a K ( 3.9 ).

В зоне прилегающей к ядру центрального вихря туманности с положительной спиральностью, будет прилегать область повышенной концентрации вещества, где будут возникать локальные вихри преимущественно также положительной спиральности, которые, разрастаясь, будут притягиваться и захватываться вихрем ядра. Возникающие вихри левой спиральности (ВЛС) будут аннигилировать – распадаться от взаимодействия с вихрями правой спиральности (ВПС).

Поскольку концентрация ВПС в зоне ядра туманности много выше ВЛС, то последние не будут иметь возможность развиваться из-за малого времени их жизни в зоне, где доминируют ВПС, однако по мере удаления от зоны ядра туманности, в так называемой переходной зоне, ситуация будет иной, там начнется процесс расслоения зоны на подзоны.

Ядро туманности (также как и ядра вихрей, более низкого порядка), захватывая ВПС, будет увеличивать свою массу и угловую скорость вращения. По мере увеличения массы ядра туманности количество вещества вне ядра будет уменьшаться, но в переходной зоне концентрация вещества будет увеличиваться, за счет уменьшения объема туманности.

Схематически на рисунке № 3.1 показано качественное распределение концентрации вещества в туманности по мере сжатия туманности, когда её радиус уменьшается.

На рисунке № 3.1 переходная зона лежит между R Я, i и RТ i, где ВЗi.

При достижении туманностью радиуса RT3, это наиболее вероятно в зоне между современными орбитами Плутона и Нептуна, в центре ядра туманности (имеющего радиус RЯ, приблизительно, на порядок меньше, чем RT ) температура поднялась до величины порядка 105 0К.

Рисунок № 3.1. Распределение концентрации вещества в туманности по мере сжатия туманности от радиуса R TI (кривая 1), к RT2 (кривая 2) и затем к RT3 (кривая 3), при этом ядро туманности также сжимается с RЯ1 к RЯ2 и Rяз, соответственно При соответственно.

плотности рвз возникают благоприятные условия для зарождения вихрей а при вихрей, плотности рвс идет интенсивный процесс слияния вихрей В этом случае, ядро туманности имеющее радиус порядка 1011 м, начало интенсивно туманности, излучать свет, став наподобие звезд – красных гигантов, но в окружении газопылевой «рубашки», в виде переходной зоны туманности. По мнению автора, по крайней мере, автора часть так называемых красных гигантов есть протозвезды в стадии сжатия (коллапса) туманности. По мере сжатия, они переходят на диаграмме Герцшпрунга – Рессела из сжатия области красных гигантов на главную последовательность, а не наоборот как принято наоборот, считать. По рассмотренной модели, состояние красных гигантов, это не «предсмертный модели « крик» умирающей звезды, а «крик новорожденной» звезды, особенно, если у нее есть « газопылевое гало, а в окружающей области много газа.

Поскольку в состоянии красного гиганта, протозвезда будет находиться порядка мил. лет, а среднее время жизни звезды составляет порядка 10 млрд. лет, то это позволяет оценить концентрацию красных гигантов, как один объект на 10 тысяч обычных звезд и крас более, учитывая низкую светимость красных гигантов.

Самые интересные для нас процессы начинаются на этой стадии в переходной зоне.

Выше мы уже рассматривали модельное описание вихря, система в целом описывается уравнением ( 3.15 ), и каждый из вихрей в переходной зоне также описывается этим же уравнением, но только в качестве Мя i выступает ядро вихря. Распределение самих вихрей в переходной зоне подчиняется, вероятно, барометрической формуле распределения концентрации газа и пыли в гравитационном поле ядра туманности.

В переходной зоне к этому времени, по мере её продвижения (сжатия) всё ближе к центру ядра туманности, то есть от RB3,1 к RB3,2 и затем к RB3,3, наряду с увеличением концентрации вихрей шел и процесс их укрупнения, с увеличением их массы.

В переходной зоне, на различных расстояниях от ядра – протозвезды (поскольку ядро начало излучать свет), начался более интенсивно процесс расслоения, или формирования подзон (слоев) с различными параметрами. В каждой такой подзоне сформировались доминирующие вихри (пастухи) - протопланеты, и в частности, протопланета Земля, а также другие протопланеты земной группы, а также Луна.

В это время, состояние на протопланете Земля, можно очень образно описать, так как её нам сообщает Библия, через слово Божье:

«Земля же была безвидна и пуста и тьма над бездной и Дух Божий (возможный перевод также - могучий ветер) носился над водой» (Быт.1.2).

Глава 4. Процесс формирования Солнечной системы.

4.1. Механизм формирования эллиптичности – уплощения в туманности при образовании Солнечной системы.

Механизм формирования эллиптичности (уплощения) туманности при формировании Солнечной системы, как впрочем, и галактик или планет газового типа с их системами спутников (типа системы Юпитера), можно описать известным уравнением эллипсоида вращения:

x2 y2 z + + =1 ( 4.1 ), a2 b2 c где в нашем случае полуоси эллипсоида a = b = k R1 = R2, и полуось эллипсоида вращения c = R1 (рисунок № 4.1). То есть деформация сжатия по оси z, и растяжения по осям a и b, k - коэффициент эллиптичности.

Это уравнение в нашем случае приводится к виду:

k2 x 2 = k 2 R12 ( 4.2 ) z 2 откуда получим:

k R12 z х= 1, Поверхность эллипсоида вращения, есть эквипотенциальная поверхность. Так наш земной шар, по геодезическим данным, есть эллипсоид вращения с полуосями:

a = b = 6378 км. и c = 6356км.

Обратим внимание, что разница ( a - c ) = 22км. Этот вопрос мы рассмотрим ниже, в сравнении с планетами газового типа.

Эквипотенциальную поверхность можно описать уравнением для точек Б и А (рисунок № 4.2) в виде:

mM mM ( Fg )Б = ( Fg )A + ( FH )A ;

или G 2 1 = G 2 2 + m 2 R2 ( 4.3 ), R1 R где G – гравитационная постоянная, - угловая скорость и положим R2 = k R1 ;

и М k M 1 при k 2 или М2 М1 в случай k 2, М1 = R13, где = 1, плотность объекта. Тогда относительно k получим уравнение:

G 1 G k2 -- 4,23 k +3 =0 ( 4.4 ).

G = B. Как частный случай, при дискриминанте Д = (4,23 В )2 – 12В Обозначим получим при Д = 0, значения k = 2,11B и B = 0,67.

Если Д 0, то корнями уравнения ( 4.4 ) будет k1,2 = -- 2,11 B ± 0,5 (17,9 В 2 12 В ) ( 4.5 ) Рисунок № 4.1. Эллипсоид вращения.

Механизм ведущий к уплощению (формированию эллиптичности) в туманности или в галактике, или в каком либо другом вращающемся вокруг своей оси (центра масс) центра объекте, связан с разностью давления Р в точке Д по сравнению с точк точкой Б (рисунок № 4.2), величина которого равна равна:

Р = Р1 -- Р2, где Р2 = Р1 -- m 2 R1 ( 4.6 ) m Откуда Р = m 2 R1 = (4. 7 ), R то есть сжатие-уплощение происходит за счет центробежной силы.

уплощение Газ и пыль из точек Б и Б падают за счет разности давления Р в сторону точки Д лежащей в плоскости вращения объекта, формируя кольцо или тор вокруг центра О.

Поскольку молекулы газа, за счет столкновений распределяются на всем отрезке от А до Д, то часть силы обусловленной Р переходит не только в нормальную составляющую m силы FH =, но и в тангенциальную (касательную) составляющую силы Fг = m aг, R что ускоряет вращение тора вокруг оси z. Более подробно этот механизм мы рассмотрим на примере формирования планет газового типа Солнечной системы.

Поскольку для космических объектов измеряемыми параметрами являются R, k и kM, а расчетным параметром является – М, то для случая: М2 = (4.8), 1, получим из уравнения ( 4.5 ) при больших значениях k :

1,41k 2 R2 М= ( 4.9 ).

(1,41k 1) G Для случая М2 М1, при малых значениях k :

1,41 R2 М= (4.10 ) (k ) 1 G = 0,337 ( 4.11 ) ( ) R2 G k 2 = R2 3 G (k 2 1) ( 4.12 ) Рисунок № 4.2. Схема формирования зоны устойчивого динамического равновесия (УДР) в виде тора (бублик уплощенный в плоскости эклиптики Солнца (плоскость ХУ) бублик уплощенный) и схема выноса в зону устойчивого динамического равновесия - УДР газопылевых компонент из переходной зоны вокруг Солнца (зона точки О).

Первый случай соответствует объектам с малой плотностью типа газопылевые туманности и галактики, а второй случай соответствует объектам с высокой плотностью типа звезды и планеты.

В таблице № 4.1. даны сравнительные данные, рассчитанные и наблюдаемые параметры по ряду объектов. Из таблицы № 4.1. видно, что для газовых планет Юпитера и Сатурна, расчетные значения М и согласуются с известными данными по этим планетам. Это говорит о том, что рассмотренная выше простая модель их описывает.

Таблица № 4.1. Расчетные значения массы объекта М расч. и его скорости Vрасч. в зависимости от коэффициента эллиптичности- Кэл. объекта.

R1, м. R2, м. Kэл Объект.

6,356х106 6,378х Земля 1, 6,735х107 7,15х Юпитер 1, 5,4х107 6,0х Сатурн 1, 9,4х1016 37,6х Галактика - 4, Млечный путь. (10 свет.лет) (40 свет.лет) Продолжение таблицы № 4.1.

Mфакт. Mрасч. Vфакт., Vрасч., м.с-1 м.с- Объект кг. кг.

5,976х1024 4,39х1024 4,64х102 5,45х Земля 1,90х1027 1,91х1027 1,268х104 1,301х Юпитер 5,7х1026 5,68х1026 1,024х104 1,078х Сатурн 2х1041 6,6х1041 3х Галактика (1011 масс (3,3х1011 масс Млечный путь.

Солнца.) Солнца) Однако для Земли и Галактики отмечаются значительные расхождения. Для галактики Млечный путь, расчетное значение массы галактики более высокое. Кроме того, для галактики Млечный путь приемлемо принять параметры R1 = 5х1015м, а R2 = 5х1017м, в этом случае получим k = 100, что даст ещё большее значение Мрасч. = 3,5х1042кг.

Это может быть связано, как с темной материей, так и относительно высокой плотностью газа и пыли в межзвездной среде, как фактор молодости нашей галактики, а также с тем, что наша Галактика формируется постепенно, и она еще не достигла своих расчетных параметров.

Для Земли, расчетные значения массы ниже в 1,36 раза, тогда как расчетная скорость вращения оказалась в 1,17 раза выше. Это можно объяснить тремя причинами.

Во-первых, Земля до захвата Луны практически сформировалась и имела массу около 6х1024 кг и скорость вращения 5,42х102 м/с. После захвата Землей Луны, за счет передачи ей импульса вращения, Земля потеряла скорость вращения и этот процесс продолжается и сейчас.

Во-вторых, в результате отделения от Земли первородной газопылевой оболочки, как описано ниже, и последующего удаления этой оболочки от Земли за счет солнечного излучения, Земля также потеряла значительный момент вращения.

В-третьих, при формировании земной коры с меньшей плотностью, радиус Земли увеличился приблизительно на 5 км, что также привело к значительной потери скорости вращения Земли. Эти причины связаны с вторичными процессами, после завершения основных этапов формирования Земли, как планеты.

Рассмотренный механизм формирования эллиптичности (уплощения) реализуется также и при формировании, например солнечной короны и при формировании структуры в зоне термосферы и экзосферы на Земле. Но наиболее ярко он проявился при формировании планет Солнечной системы, а также при формировании систем спутников у каждой из газовых планет Солнечной системы.

4.2. Дифференциация компонентов туманности.

По мере сжатия и уплощения туманности из сферической в эллипсоидальную, с увеличением плотности материи в туманности, всё более будут набирать силу, процессы дифференциации и разделения компонентов туманности, за счет сил которые модельно рассмотрены выше в формуле ( 3.1 ).

При равномерном движении любого объекта, в том числе молекул газа (связанным с тепловым или броуновским движением), изменение скорости во времени раскладывается на тангенциальную и нормальную составляющую ускорения an.. Вектор an направлен к центру системы, по нормали к траектории, и имеет значение an = 2 / R.

Соответствующая сила Fn равна:

Fn = mi an = mi ( 4.13 ), R где mi -масса i объекта, - скорость i объекта, R -радиус кривизны системы или радиус орбиты по которой движется i объект, вокруг центра массы системы.

Величина Fg определяется законом Ньютона:

mM Fg = G i 2 ( 4.14 ), R где G -гравитационная постоянная и М – масса системы в целом.

Для газа туманности величина FA = 0. Для других объектов в туманности пока пренебрегаем этой силой. На первом, начальном этапе, когда в туманности нет источника излучения, то есть протозвезда еще не образовалась, то можно пренебречь также и силами Fy и FL. В этом случае, система описывается, в соответствии со вторым законом Ньютона, уравнением:

m mM или G i2 = i Fg = FH, ( 4.15 ).

R R 2 2 Величина aH = 2 R =, то получим 2 = ( ) или поскольку =, R T R где -угловая скорость, а Т – период обращения i объекта вокруг центра масс 2R системы, тогда получим = и уравнение (4.10) будет в виде:

Т 4 2 R G M R-1 = 2 G M R-1 =, или ( 4.16 ) T откуда получим закон Кеплера в виде:

R3 = Корб. Т2 ( 4.17 ), GM = const = 3,37*1018 м3 с-2 для Солнечной системы.

где Корб = 4 Из уравнения (4.17) видно, что R и Т не зависят от массы движущегося объекта, или это атом, или комета, или планета, закон один и един, если нет других действующих сил.

Поэтому когда в некоторых модельных расчетах полагают, что например Солнечная система летит, со скоростью 250 км/сек, через практически неподвижную межзвездную среду (или эфир) и формирует на фронте ударную волну, то это не совсем так. Солнце, как и окружающий Солнце газ межзвездного пространства (или например эфир), двигаются в нескольких системах вращения по иерархии. Это и движение в рукове Ориона и движение в местном скоплении звезд. Аналогичную иерархию мы наблюдаем и в Солнечной системе.


Поскольку, с помощью приборов, наиболее точно можно для i объекта измерить скорость i - и период обращения Тi этого объекта в Солнечной системе, то уравнение (4.17) целесообразно привести к виду:

2GM i 3 = ( 4.18 ).

Ti В таблице № 4.2. представлены известные экспериментальные значения параметров i - и Тi, а также приведены расчетные значения параметра i3 по формуле (4.18).

Таблица № 4.2. Экспериментальные значения параметров планет Солнечной системы i, Ti и i3 и расчетное значение i3 по формуле (4.18).

Планеты i х10 3 м / с Ti х10 6 с. Ri х1010 м. м3 м3 м i3 х1010 i3 х1010 i3 х Солнечной с3 с3 с Системы. (расчет) Меркурий 47,87 7,603 5,79 10969,6 10966,7 2, Венера 35,03 19,410 10,74 4298,5 4295,7 2, Земля 29,79 31,570 14,96 2643,7 2641,1 2, Марс 24,14 59,357 22,79 1406,7 1404,7 2, Юпитер 13,06 374,40 77,83 222,7 222,7 0, Сатурн 9,64 930,07 142,7 89,58 89,65 -0, Уран 6,80 2650,0 289,66 31,44 31,46 -0, Нептун 5,43 5200,0 449,66 16,01 16,03 -0, Плутон 4,74 7820,0 590,0 10,65 10,66 -0, Из таблицы № 4.2. видно, хорошее согласие экспериментальных и модельных расчетов. Незначительное увеличение параметра i3 экспериментального по сравнению с расчетным значением, для планет Земной группы обусловлено влиянием сил Fy и Fq непосредственно на эти планеты. Для планет газового типа, влияние сил Fy и Fq привело также к формированию у них мощных плазменных хвостов, особенно у Юпитера, которые сдуваются Солнечным ветром с внешней оболочки у этих планет.

Воздействие силы Fyi на объекты в туманности началось, как только ядро туманности начало излучать свет в результате поднятия в нем температуры (под воздействием гравитационного сжатия), а затем и термоядерного синтеза, избавляясь от избыточной энергии. В таблице № 4.3. даны значения для силы Fy для планет солнечной системы, расчет проводился по формуле:

W r r ( 1 + Ki ) ( i )2 = 5,1*1017 ( i ) Fyi = ( 4.19 ), 4С Ri Ri W ( 1 + Ki ) = 5,1*1017 Н.

при значении 4C Величина ускорения планеты - ayi под действием силы Fyi определялась по формуле:

ayi = Fyi mi-1.

Воздействие Fyi становятся существенными при больших значениях времени, когда t больше 106 лет. Например, что бы Земля под воздействием силы Fу прошла путь R = 1,2*1011 м., потребуется время 2,6*106 лет, если бы не действовали никакие другие силы.

Таблица № 4.3. Значения Fyi и ayi для планет Солнечной системы.

ri х10 6, м. Riх1011, м. Fyi х108, Н. mi х1024, кг. ayi х10-17,м.с- Планеты, i Меркурий 2,44 0,58 1,8 0,33 55, Венера 6,05 1,07 3,1 5,1 6, Земля 6,38 1,47 2,1 6,0 3, Марс 3,39 2,28 0,2 0,65 3, 8,4х103 1,9х Юпитер 715,0 7,78 44, 1,76х103 5,7х Сатурн 600,0 14,3 30, Уран 25,6 29,0 0,8 87,0 0, 3х10- Нептун 24,8 45,0 0,3 100, 4х10-4 4х10- Плутон 1,2 59,0 0, Для сложной, взаимосвязанной системы, как например Земля и Луна, её следует рассматривать как единое целое, то есть сложить площади и сложить массы в члене ( i / mi ). В таких системах возникает интересная ситуация, поскольку у спутников планет плоскости их орбит имеют наклон к плоскости вращения планеты, то они являются своеобразным парусом для планеты. Они создают не только нормальную составляющую силы под действием солнечного ветра или солнечного света, но и тангенциальную составляющую ускорения планеты.

Сила Fy играла главенствующую роль (наряду с солнечным ветром, из заряженных частиц, идущих от Солнца) на молекулы газа, частицы пыли и на образование и развитие газопылевых вихрей в туманности. Включение фактора света, приведет к дифференциации вещества туманности. Микрообъекты будут выталкиваться на периферию туманности, что очистит, как верхний слой ядра туманности, так и переходную зону возле ядра туманности, от микрочастиц. Естественно, это несколько замедлит процесс сжатия туманности. Если теперь мы учтем, что до включения света сила Fg в значительной мере была скомпенсирована силами Fn по формуле ( 4.15 ), то под действием дополнительной силы Fy из переходной зоны будут выталкиваться и более крупные и более плотные объекты, но с меньшим ускорением. По мере сжатия и нарастания мощности светового излучения протосолнца - W, будет расти и сила Fy.

На рисунке № 4.3 представлены кривые качественного перераспределения плотности в туманности под действием силы Fy, а так же FL -силы Лоренца, FE - силы электростатического взаимодействия по закону Кулона. Кривые 1 и 2 отражают первый и второй этапы, соответственно, по выносу микрочастиц и газопылевых вихрей из переходной зоны вокруг ядра туманности (где идёт резкий экспоненциальныё спад плотности газопылевой туманности), в зону устойчивого динамического равновесия (УДР). Зона ядра туманности – протосолнца имеет радиус RЯ1 - и RЯ2 – соответственно для кривых 1 и 2, по мере сжатия ядра.

В зоне устойчивого динамического равновесия происходит поступление и аккумуляция микрочастиц и газопылевых вихрей из переходной зоны вокруг протозвезды.

В зоне УДР с ростом плотности выше р вз началось формирование планет газового типа.

Поскольку концентрация газа в зоне УДР ниже, чем в переходной зоне (месте зарождения вихрей и микрочастиц в «рубашке»), то у вихрей и микрочастиц в «рубашке» происходит частичная потеря ими газовой компоненты при выходе в зону УДР. Это уменьшает силу Fy, поэтому они будут вновь притягиваться к ядру, формируя зону УДР уже в плоскости эклиптики в форме тора. По мере сжатия ядра туманности и увеличения интенсивности излучения, процесс выноса газопылевых компонент будет все более нарастать, пока не уменьшится концентрация микрочастиц и газопылевых вихрей в переходной зоне вокруг ядра туманности – протозвезды. Следует особо отметить, что формирование планет земной группы происходило именно в переходной зоне вокруг ядра туманности по мере им туманности, ее сжатия.

Рисунок № 4.3. Кривые 1 и 2 отражают качественную динамику 3.

перераспределения плотности в туманности под действием излучения Солнца которое Солнца, происходит за счет выноса компонент туманности из переходной зоны в зону УДР устойчивого динамического равновесия.

Отличие в генезисе газовых планет заключается в том, что их образование происходило в зоне УДР, фактически уже после завершения основных этапов УДР формирования протозвезды – Солнца, а также планет земной группы.

Аналогичный механизм реализуется на Солнце и в настоящее время, что приводит к, формированию солнечной короны, так же своеобразной зоны УДР. По сути короны сути, аналогичный механизм реализуется и в атмосфере Земли в зоне термосферы и экзосферы, которые, по сути, являются также зоной УДР.

Зона УДР сформировалась вокруг Солнца в виде тора в период его становления куда становления, стекались газопылевые компоненты от протозвезды из переходной зоны, под действием рассмотренных выше сил. Каждая из газовых планет наращивала свою массу постепенно по мере выноса газопылевых компонент из переходной зоны вокруг протозв протозвезды и последующего их поступления в зону УДР. Рост газовых планет шел, за счет поглощения шел более мелких объектов в своей подзоне в торе – зоне УДР. При этом происходило постепенное увеличение массы зоны УДР за счет притока материала из переходной зоны вокруг Солнца. Рассмотрим этот вопрос несколько подробнее.

В зоне УДР - устойчивого динамического равновесия (рисунки № 4.2 и № 4.3) в плоскости вращения сформировалось тороидальное кольцо, поскольку в него стекались газ и пыль со всей сферы окружающей центральное ядро - Солнце. Точка «Б» на рисунке № 4.2 соответствует радиусу сферы, выше которой идет сбор газопылевой компоненты в зону УДР, начиная с точки «Д», от которой формируется газопылевой тор.

После начала полномасштабных термоядерных реакций на Солнце, под действием ниже рассмотренных процессов и сил (глава 5), основная масса газопылевого компоненты переходной зоны вокруг Солнца была выброшена за пределы сферы далее радиуса «ОБ», в мезосферу Солнца, между точками «Б» и «К». Затем под действием силы Р (согласно уравнений (4.3), (4.7) и (4.8)), будет происходить сбор газопылевых компонент в плоскость эклиптики Солнца. Схематично, это показано на рисунке № 4.2, где частица из переходной зоны вокруг Солнца (от точки «А»), выталкивается в мезозону Солнца между сферами радиусами «ОБ» и «ОК». Затем частица условно достигшая точки « Б » под действием силы Р падает в точку « Д » лежащую в плоскости эклиптики Солнечной системы, где формируется мезозона УДР в виде тороидального кольца вокруг Солнца в плоскости эклиптики. На рисунке № 4.2 показано условное сечение тора, где произошло формирование планет газового типа с их системами спутников. По мере формирования газовых планет и аккумуляция ими материи из тора, тор будет уплощаться до диска за счет слияния вихрей, комет и астероидов. К настоящему времени, остатки зоны УДР сохранились лишь в зоне орбиты Плутона в виде пояса Койпера, который еще сохранил форму тора. В этом поясе Койпера идет формирование, вероятно на базе двойной системы Плутон - Тритон, последней (или последних) газовой планеты Солнечной системы.

Следует отметить, что в торе ионизированный газ и частицы пыли, несущие на себе заряд, создадут за счет вращения тора, кольцевой электрический ток. Магнитное поле, которого будет взаимодействовать с протонами солнечного ветра и под действием силы Лоренца, возникнет дополнительный вращающий момент, а также будет происходить подпитка энергией газопылевых вихрей в самом торе и сжатие тора.

Глава 5. Процесс развития туманности в звезду.

5.1. Процессы в ядре туманности.

По мере сжатия и уплощения туманности из сферической в эллипсоидальную, с увеличением плотности материи в туманности, всё более будут набирать силу, процессы дифференциации и разделения компонентов туманности, за счет излучения протозвезды Солнца, где в результате гравитационного сжатия поднялась термодинамическая температура. Однако возможно, что уже на начальной стадии сжатия туманности, в ядре туманности начались процессы термоядерного синтеза.


Когда радиус ядра туманности, как протозвезды Солнца находился в зоне между современными радиусами орбит Земли и Венеры, а равновесная термодинамическая температура оцененная по формуле ( 3.5 ) составляла порядка 105,0К, на процесс гравитационного сжатия такой протозвезды стали влиять дополнительные факторы. В ядре такой протозвезды, уже могут начаться вялотекущие ядерные реакции синтеза ядер атомов дейтерия, трития и гелия. Этот процесс также мог являться источником тепла и радиации. Рассмотрим этот вопрос несколько подробней, поскольку, по мнению автора, он играл большую роль, особенно, на начальной стадии формирования Солнечной системы, а также он имеет место на планетах газового типа.

Известно, что время жизни свободного нейтрона (п) составляет, всего около 103 сек, а ядра всех химических элементов состоят из протонов (р) и нейтронов, следовательно, должен реализовываться в широком температурном интервале процесс объединения протонов и нейтронов, что бы обеспечить, с одной стороны, сохранность нейтронов, а с другой - эффективный механизм воспроизводства нейтронов.

Простейшее ядро, состоящее из протона и нейтрона, является ядро атома дейтерия (21Н). Синтез более тяжелых химических элементов требует участия в реакции уже большего количества частиц. Так при синтезе трития (31Н), необходимо, при прямой реакции соединение, участие уже трех частиц (протона и двух нейтронов), а для синтеза ядра атома гелия уже необходимо участие четырех нуклонов.

Когда рассматривают источник энергии в звездах и, в частности, на Солнце, то рассматривают либо водородный цикл (протон – протонный цикл), либо углеродно– азотный цикл термоядерных реакций. Чтобы началась, как первая, так и вторая реакция термоядерного синтеза, протону необходимо преодолеть барьер потенциальной энергии электростатического отталкивания, чтобы сблизиться на расстояние порядка (1-2)х10-15 м, где сила ядерного взаимодействия между нуклонами становится больше силы электростатического взаимодействия. Согласна закона Кулона, энергия отталкивания протона от протона будет равна е ЕОТ = = 0,7 МэВ., ( ) 4 0 r при радиусе r = 2х10-15 м.

Для слияния двух протонов, при встречном движении и лобовом столкновении, каждый из протонов должен иметь энергию 0,35 МэВ. Если принять эту энергию, за среднюю энергию теплового движения, то это соответствует термодинамической температуре порядка 2,6х109,0К.

Для углеродного цикла, чтобы преодолеть потенциальный барьер потребуется ещё более высокая температура, из-за большего заряда ядер углерода и азота.

В тоже время, по оценкам, средняя температура в ядре Солнца около 1,3х107,0К.

Следовательно, средняя температура в ядре звезды в 100 раз ниже, температуры необходимой даже для протекания даже водородного цикла термоядерной реакции.

Для идеального газа, при высоких температурах применимо распределение Максвелла-Больцмана. Из этого распределения следует, что часть протонов имели энергии значительно отличающуюся от среднего значения, и могли преодолевать барьер, что делает реакцию водородного цикла ( р + р) возможной по хорошо известной схеме:

1 1 2 0 1 p + 1 p 1 H + +1 e + 0 e H +1 p 23 He + He+ 23He 2 He + 21 p 4 В результате этой реакции из четырех протонов синтезируется ядро гелия и выделяется энергия 26,7 МэВ. Однако, вероятность протекания этого цикла мала, из-за большой величины потенциального барьера электростатического отталкивания.

В живой и не живой природе, для многих процессов, чаще всего реализуется и/или доминирует оптимальный вариант из спектра возможных. Поэтому, более вероятно, что протекает реакции синтеза по схеме: протон плюс нейтрон.

В этой схеме нет потенциального барьера для сближения этих нуклонов на расстояние - 10 м., где начинают доминировать ядерные силы. Для ядерных сил характерна их зарядовая независимость, то есть ядерная сила действующая между парами ( р + р ), ( р + п ) или ( п + п ) – одинаковая. Поэтому вместо пары ( р + р ) в водородном цикле, который мы рассмотрели, вероятно предпочтительней выглядят реакции синтеза в парах ( р + п ) и ( п + п ), по схеме:

+1 р + 0 п 1 Н, ( Q = 2,2 МэВ) – синтез дейтерия;

1 Н+ Н 1 Н + 1р, ( Q = 4,0 МэВ.) – синтез трития;

2 2 1 1 Н+ Н Не + 1 п, ( Q = 3,3 МэВ.) – синтез гелия;

2 1 1 Н + Н Не + п, ( Q = 17,6 МэВ) – синтез гелия, 2 3 4 1 1 2 где Q – энерговыделение или энергия связи нуклонов ядра ( Еcb ) равная [ ] – Еcb = Z mp + ( A Z ) mn m я с2, где с – скорость, Zmp - число протонов в ядре с массой покоя mp, А – число нуклонов в ядре или ( А - Z ) – число нейтронов в ядре с массой покоя mn и mя - масса ядра. Член в квадратных скобках называют дефектом массы ядра, которая преобразуется в энергию термоядерного синтеза. Энергия связи в ядре в миллион раз больше, чем энергия связи валентных электронов в атоме ( 10 эВ ) – определяющая химические свойства атомов.

Аналогично, возможна и начало реакции синтеза дейтерия через пару ( п + п ), по схеме:

0~ с ( Q = 1,4 МэВ ), и далее как рассмотрено выше.

1 1 2 0 n + 0 n 1 H + 1 e + 0 e, Принципиальных ограничений нет для протекания этих реакций, синтеза дейтерия, а, следовательно, они возможны и реально идут в широком интервале температур, то есть как с быстрыми, так и с медленными нейтронами. Поэтому не удивительно, что на Земле в обычной воде в океане содержится около 4х1013 тонн дейтерия. Потенциально, это во много раз больше всех других мировых запасов источников энергии на Земле вместе взятых. Энергия, которая выделилась только при синтезе этого дейтерия составляет порядка 4*1027 Дж. Для сравнения, мощность излучения Солнца падающего на Землю определенная через Солнечную постоянную, равна 1,37*103 Вт/м2 и, следовательно, Солнцу понадобится 3000 лет, что бы такая энергия в 4*1027 Дж, была получена Землей. С учетом количества дейтерия в целом на Земле, это время увеличится до 107 лет, а выделенная энергия увеличится в пределе до 1,6*1031 Дж.

Для осуществления дальнейшего протекания реакций по рассмотренным выше схемам, где осуществляется синтез ядер трития и гелия, уже требуется преодоление энергии кулоновского отталкивания между ядрами дейтерия и трития, порядка 0,7 МэВ.

на пару ядер. Это накладывает серьезные ограничения на дальнейшее развитие реакции синтеза, где выделяется наибольшая часть энергии. Однако, в интересующем нас случае, мы должны учесть четыре фактора, которые способствуют дальнейшему протеканию реакции:

- во-первых, за счет гравитационного сжатия температура в ядре звезды типа Солнца поднимется до 106 oК, к которой следует добавить прирост температуры за счет синтеза ядер дейтерия;

- во-вторых, при синтезе ядра дейтерия выделяется энергия 2,2 МэВ, то есть вновь синтезированное ядро 2 Н будет иметь энергию достаточную для преодоления потенциального кулоновского барьера, чтобы слиться с другим ядром 2 Н ;

- в-третьих, в ядре звезды типа Солнца, плотность вещества составляет порядка 100г/см3, что увеличивает вероятность столкновения «горячего» ядра 2 Н, с «холодным»

ядром 2 Н, находящимся при средней температуре порядка 106, оК;

- в-четвертых, при синтезе гелия по рассмотренным выше реакциям, приблизительно половина нейтронов вновь возвращаются в свободное состояние и способны вновь вступать в реакции синтеза дейтерия, которые мы рассмотрели выше.

Эти четыре фактора, фактически делают процесс синтеза ядер гелия по рассмотренной схеме вполне реальным и на ранней стадии формирования протозвезды.

Кроме того, следует учесть и дополнительный источник синтеза нейтронов, который рассмотрен ниже. При бомбардировке протонов (антипротонов) высокоэнергетическими электронами (позитронами) возможна эндотермическая реакция (с поглощением энергии) с образованием нейтронов, по следующей схеме:

1 p + 1 e 0 n + 0 e - для протонов;

1 0 1 ~ 1~ p + 0 e 1 n + 0 для антипротонов.

1 +1 0 0 e Отметим, что последняя реакция, вероятно, в значительной мере обеспечивает то, что наш мир состоит из материи, а не антиматерии. При этом, поскольку масса покоя нейтрона mn = 1838,7 me выше, чем у протона (р) или антипротона ( ~ ),равная mp = p =1836,2 me, поэтому энергия электронов (позитронов) участвующих в ядерной реакции синтеза нейтрона ( п ), должна быть выше Еe, где Еe = 1,5 me c2 0,77 МэВ. Для этого достаточно, что бы электроны и позитроны образовывались например из -квантов с энергией больше Е, где Е = 2 me c2 + 2хЕe = 2,54 МэВ.

Таким образом, мы рассмотрели некоторые вопросы, связанные с возникновением источников тепла и радиации в ядре туманности. Вполне возможно, что даже у планет газового типа, как Юпитер и Сатурн, уже возникают условия для вяло текущей термоядерной реакции синтеза не только дейтерия, но и трития и гелия, а значит, это найдет отражение в том, что эти газовые планеты будут источником внутреннего, собственного радиационного и теплового излучения.

Отметим, что и для земной коры и мантии Земли и для океана реакция синтеза дейтерия, в соответствии с оценками сделанными выше, является дополнительным источником тепла, наряду с радиоактивным распадом тяжелых элементов.

5.2. Процессы в звездах.

Ранее автор исследовал взаимодействие лазерного луча с оптически прозрачными материалами и показал, что лазерный луч может формировать в веществе ударную фононную волну, на фронте которой формируется давление в миллионы атмосфер.

(Смотрите патент СССР № 820440 от 09.02.93 года, на изобретение № 295349 «Способ обработки лучом лазера заготовок из алмазов и других оптически прозрачных материалов», Трубин В.И., Анучина Г.И., от 21.апреля 1969г). Эти результаты были доложены в Физическом институте - ФИАН СССР и легли в основание открытия. По сути, аналогичный процесс и механизм взаимодействия квантов с веществом будет происходить и при взаимодействии квантов излучения (при их высокой плотности) в фотосфере и конвективной зоне Солнца, с частицами (в этих зонах), имеющими массу покоя.

Этот механизм взаимодействия имеет также место и на начальном этапе формирования звезд, например, Солнца. То есть при гравитационном сжатии туманности при коллапсе формируется фронт ударной волны, который схлопывается в центре протозвезды. При этом в зависимости от начальной массы туманности на фронте ударной волны могут возникнуть условия для термоядерного синтеза. Чем больше исходная масса туманности, тем дальше от центра (ядра) туманности начнутся процессы термоядерного синтеза с образованием квантов излучения.

По мере приближения фронта ударной гравитационной волны сжатия к центру формируемой протозвезды на фронте этой ударной волны будет нарастать интенсивность процесса термоядерного синтеза с формированием сферической зоны с высокой плотностью квантов радиации (гамма квантов) от продуктов термоядерного синтеза. По мере приближения этой сферической зоны к центру протозвезды будет увеличиваться плотность вещества на фронте сжатия и интенсивность термоядерного синтеза, следовательно, и интенсивность радиации из этой сферической зоны.

Этот нарастающий радиационный поток квантов высокой энергии из сферической зоны в свою очередь сформирует две ударные фононные волны сжатия за счет трансформации квантов радиации.

Эти две ударные фононные волны сжатия будут распространяться от сферы сформированной фронтом ударной гравитационной волны, с большей скоростью, чем скорость фронта самой гравитационной волны сжатия. Причем одна фононная ударная волна сжатия будет направлена от сферы к центру протозвезды, а вторая от сферы к внешней поверхности протозвезды.

Первая фононная ударная волна сжатия направленная к центру протозвезды будет иметь на фронте волны температуру и давления на несколько порядков выше, чем на фронте ударной гравитационной волны сжатия в сфере. Это приведет к тому, что на фронте фононной ударной волны станут, возможны реакции термоядерного синтеза не только ядер гелия, но и более тяжелых ядер. При этом первая фононная волна может сформировать кумулятивную ударную волну, направленную в центр ядра протозвезды.

Кроме того, первая фононная волна, образованная квантами радиации, практически обеспечит начало термоядерных реакций практически сразу во всем объеме сферы (до того как центра сферы протозвезды достигнет гравитационная волна сжатия) и тем самым создаст отрицательное давление, которое приведет к отражению гравитационной волны сжатия.

Вторая фононная волна направлена наружу от сферы. Она вместе с отраженной гравитационной волной сжатия, с наложением на них отраженной первой фононной волны, приведут к тому, что они сбросят с протозвезды значительную часть её массы. В зависимости от начальной массы и исходного химического состава туманности, из которой сформировалась эта протозвезда, для внешнего наблюдателя, это может быть воспринято (зарегистрировано), как рождение новой звезды в галактики. Сброшенная с протозвезды внешняя оболочка будет в виде расширяющейся газовой туманности для протозвезд с массой много больше массы Солнца. Для протозвезд с массой около массы Солнца, сброшенная оболочка сформирует вокруг звезды зону устойчивого динамического равновесия, где возникают условия для формирования планет.

Аналогичный механизм взаимодействия с формированием ударных волн будет реализовываться, например, при слиянии (st) частиц, особенно при лавинообразном процессе их слияния, при относительно высокой концентрации (st) частиц, что будет подобно цепной ядерной реакции. Это будет сопровождаться образованием высокоэнергетических квантов излучения высокой плотности, которые будут формировать ударные волны в веществе, когда сами разбухшие (st) частицы (за счет объединения их гравитационных полей) будут иметь плотность ниже плотности нуклонов.

Аналогичный механизм формирования ударной волны будет иметь место и при слиянии черных дыр. Этот механизм будет также иметь место и при слиянии черной дыры с массивным телом (звездой). В этом случае произойдет превращение практически всей массы черной дыры в излучение. Это в свою очередь создаст избыточное радиационное давление в звезде и её взрыву. При этом будет высвобождена вся энергия в звезде в виде излучения, которая была во всём объеме звезды на момент взрыва, а это составляет порядка 0,1% – 0,001 % от массы звезды. В итоге, в одноактном процессе (взрыве) будет освобождена или выделена энергия порядка 1052 эрг – 1050 эрг, что эквивалентно массе порядка 1027кг – 1025кг. По энергии и мощности это будет эквивалентно вспышке сверхновой звезды.

В этом случае произойдет взрывообразный процесс разрушения этих объектов.

Причем вероятность этого процесса будет возрастать по мере увеличения массы черной дыры выше критической массы более 1020 кг, поскольку черная дыры в этом случае является своеобразным детонатором для взрыва звезды.

В любом из этих случаев в материальной среде из частиц, имеющих массу покоя, за счет взаимодействия их с квантами излучения будет формироваться фононная ударная волна. Давление на фронте фононной ударной волны будет описываться моделью аналогичной взаимодействию лазерного луча (высокой интенсивности) с оптически прозрачными материалами.

Механизм формирования фононной ударной волны проявляется и на Солнце во вспышках – сильных взрывах, с выбросом из фотосферы Солнца огромной энергии, за короткий промежуток времени, длительностью в максимуме несколько минут.

При вспышке на Солнца, на фронте ударной волны, из звезды выбрасываются фотоны и частицы. В выбросе (вспышке) на Солнце электромагнитное излучение состоит: из гамма излучения, рентгеновского и ультрафиолетового излучения, а также сплошного излучения в оптическом диапазоне с характерной линей водорода (656нм, красный свет).

Гамма кванты во вспышке имеют энергию 2,2 Мэв, следовательно, они образованы при синтезе ядер гелия. Поскольку термоядерный синтез в фотосфере и конвективной зоне Солнца маловероятен, то наиболее вероятно они были образованы в ядре Солнца.

Однако, по мере формирования и развития фононной ударной волны в конвективной зоне и фотосфере Солнца, на фронте ударной волны также могут возникнуть условия для термоядерного синтеза гелия.

В выбросе (вспышке) присутствуют также частицы: электроны и протоны высокой энергии, а также химические элементы, входящие в состав фотосферы Солнца.

Как известно, вспышки обычно возникают в области, прилегающей к пятнам на Солнце. Зона самих пятен имеет более низкую проницаемость для излучения из фотосферы и конвективной зоны во внешнюю оболочку Солнца – хромосферу и составляет от 30% до 80% от интенсивности свечения фотосферы.

Учитывая большую площадь поверхности пятен, это приводит к тому, что в фотосфере и конвективной зоне под пятнами, формируется избыточное радиационное давление, связанное с излучением, которое, в конечном счете, находит выход за пределами пятен в виде вспышек – взрывоподобных выбросов с энергией излучения до 1032 эрг.

В фотосфере звезды под влиянием магнитного поля пятен, начинает формироваться волноводный канал в радиальном направлении с более упорядоченной структурой и большей проницаемостью для излучения, а так же протонов и электронов с высокой энергией, которые формируют начало или первый этап выброса, что сопровождается рентгеновским и радиоизлучением.

Это в свою очередь обуславливает своеобразную волну разряжения вглубь Солнца.

При достижении каналом конвективной зоны, а затем и зоны лучистого переноса Солнца в канале формируется главный, основной выброс гамма излучения и частиц (электронов, протонов и ядер гелия).

Некоторую аналогию этому процессу (но не по природе) можно наблюдать на Земле в глубинных магматических разломах и очагах глубокофокусных землетрясений.

Радиальный поток гамма квантов в канале в результате взаимодействия с веществом в канале, во-первых, ускоряют частицы (электроны, протоны и альфа частицы) до гипервысокой энергии, во-вторых, формирует в нем фононную ударную волну вдоль канала в радиальном направлении. Канал в этом случае выступает как волновод.

Учитывая около световую скорость развития ударной волны, начало выброса рентгеновского излучения будет обгонять выброс гамма излучения с энергией 2,2Мэв на время от нескольких секунд до минуты.

При достижении на фронте ударной волны температуры и давления выше критической, в нем возникают условия для термоядерного синтеза, что значительно увеличивает мощность вспышки, особенно, в диапазоне гамма излучения. В пределе, при высокой энергии и мощности вспышки, процесс термоядерного синтеза может продолжаться и при выходе вещества (на фронте ударной волны) из фотосферы в хромосферу или даже Солнечную корону, что будет подобно термоядерному взрыву в этих сферах.

В зависимости от параметров канала – волновода и глубины его формирования будут формироваться различные по мощности вспышки на Солнце.

В земной коре, в определенной мере также реализуется подобный процесс, связанный с ударными волнами в магме, при заполнении магмой разломов в земной коре, которые выступают как волноводы. При выходе ударной волны на поверхность земной коры, привело к образованию кимберлитовых трубок, то есть фактически привел к формированию всех коренных месторождений алмазов на Земле. Причем генезис самих природных алмазов и их рост на минеральных затравках, с формированием зонально секториальной структуры самих природных алмазов, также обязан и обусловлен ударными волнами при формировании кимберлитовых трубок.

Глава 6. Закономерности в Солнечной системе.

6.1. Модель обращения и вращения планет Из феноменологической модели формирования из газопылевой туманности Солнца и планет следует, что в распределении планет должна быть закономерность, в периодическом изменении направления вращения планет (их спина), поскольку они образованы в различных слоях с вихрями различной спиральности.



Pages:   || 2 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.