شکلگیری و دینامیک سیارهای
چگونگی تشکیل سامانههای سیارهای از دیسکی از گاز و غبار، و چگونگی تکامل مدارهای حاصل در طول میلیاردها سال تحت گرانش متقابل.
Definition
شکلگیری و دینامیک سیارهای مطالعه فرآیندهای فیزیکی است که سیارات را از مواد دیسک اطراف ستاره جمعآوری میکند و تکامل گرانشی بعدی مدارهای آنها را کنترل میکند.
Scope
این حوزه شامل منشأ سامانههای سیارهای از فروپاشی هستههای ابر مولکولی به دیسکهای پیشسیارهای، رشد جامدات از غبار به سیارکهای اولیه (planetesimals) تا سیارات، و دینامیک گرانشی بلندمدت که معماریهای مداری را شکل میدهد، میشود. این حوزه فرضیه سحابی و نظریه مدرن هسته-افزایش (core-accretion)، فیزیک افزایش و مهاجرت دیسک، و مکانیک سماوی رزونانسها، تکامل سکولار، و آشوب را در بر میگیرد. مشاهدات نظمهای منظومه شمسی و دیسکهای پیشسیارهای و سیارات جوان در مناطق ستارهزایی نزدیک، هر دو نظریه را محدود میکنند.
Sub-topics
Core questions
- چگونه یک دیسک چرخان از گاز و غبار در اطراف یک ستاره جوان، دانههای میکرونی را به اجرام سیارهای تبدیل میکند؟
- چه چیزی تعداد، جرمها، ترکیبات، و فاصله مداری سیارات در یک سامانه را تعیین میکند؟
- چرا سیارات غولپیکر غنی از گاز و سیارات زمینی سنگی هستند، و خط برف چه نقشی ایفا کرده است؟
- چگونه رزونانسهای مداری، مهاجرت، و تعاملات سکولار، سامانههای سیارهای را پس از شکلگیری بازآرایی میکنند؟
- مدارهای سیارهای در طول عمر یک ستاره چقدر پایدار هستند؟
Key theories
- فرضیه سحابی
- سیارات از یک دیسک مسطح و چرخان از گاز و غبار (سحابی خورشیدی) که از فروپاشی هسته ابری که ستاره مرکزی را تشکیل داده است، باقی ماندهاند، شکل میگیرند؛ چرخش مشترک دیسک توضیح میدهد که چرا مدارهای سیارهای تقریباً همصفحه و همجهت هستند.
- مدل هسته-افزایش (Core-accretion) شکلگیری سیارات غولپیکر
- سیارات غولپیکر ابتدا با افزایش یک هسته جامد تقریباً ده جرم زمین تشکیل میشوند، که سپس افزایش سریع و بیرویه گاز سحابی را قبل از پراکنده شدن دیسک تحریک میکند؛ این موضوع پاکتهای غنی از گاز مشتری و زحل را توضیح میدهد.
- فرضیه سیارکهای اولیه (Planetesimal hypothesis)
- رشد جامد به صورت سلسلهمراتبی از غبار به سیارکهای اولیه (planetesimals) در مقیاس کیلومتر و سپس به پیشسیارات پیش میرود، با تمرکز گرانشی که رشد بیرویه و الیگارشی بزرگترین اجرام را هدایت میکند.
- مهاجرت سیارهای ناشی از دیسک
- گشتاورهای گرانشی بین یک سیاره در حال شکلگیری و دیسک گازی، محور نیمهبزرگ سیاره را تغییر میدهند و به سیارات اجازه میدهند به سمت داخل یا خارج مهاجرت کنند و سیارات غولپیکر نزدیک و زنجیرههای رزونانسی را تولید کنند.
Clinical relevance
درک شکلگیری و دینامیک، تفسیر هر مشاهده سیارهای را پایه میگذارد: این موضوع شیب ترکیبی منظومه شمسی را توضیح میدهد، تنوع سامانههای فراسیارهای را چارچوببندی میکند، و مدلهای چگونگی پیدایش جهانهای قابل سکونت و اجرام غنی از مواد فرار را پشتیبانی میکند.
History
ایده اینکه منظومه شمسی از یک سحابی چرخان متراکم شده است، به کانت و لاپلاس در قرن هجدهم بازمیگردد. کار سافرونوف در اواسط قرن بیستم، افزایش سیارکهای اولیه (planetesimal accretion) را بر پایه کمی قرار داد، و محاسبات هسته-افزایش (core-accretion) پولاک و همکاران در سال 1996، مدل غالب برای سیارات غولپیکر را تثبیت کرد. کشف فراسیارات از سال 1995 به بعد و تصویربرداری مستقیم از دیسکهای پیشسیارهای، این رشته را از یک رشته صرفاً مربوط به منظومه شمسی به یک رشته مقایسهای تبدیل کرد.
Debates
- هسته-افزایش در مقابل ناپایداری گرانشی
- اینکه آیا سیارات غولپیکر عمدتاً از طریق هسته-افزایش آهسته یا از طریق تکهتکه شدن سریع یک دیسک ناپایدار گرانشی تشکیل میشوند، همچنان مورد بحث است، به ویژه برای سیارات پرجرم در مدارهای وسیع.
Key figures
- Pierre-Simon Laplace
- Viktor Safronov
- Jack Lissauer
- Carl Friedrich von Weizsacker
Related topics
Seminal works
- safronov1972
- pollack1996
- murraydermott1999
Frequently asked questions
- چقدر طول میکشد تا یک سیاره تشکیل شود؟
- تصور میشود سیارات زمینی در حدود دهها میلیون سال شکل میگیرند، در حالی که غولهای گازی باید پاکتهای خود را در طول عمر چند میلیون ساله دیسک گازی جذب کنند.
- خط برف چیست؟
- خط برف فاصلهای از یک ستاره جوان است که فراتر از آن آب به صورت یخ متراکم میشود، که به شدت مواد جامد موجود را افزایش میدهد و به هستههای سنگی کمک میکند تا به اندازه کافی بزرگ شوند تا به سیارات غولپیکر تبدیل شوند.