ग्रहों का निर्माण और गतिकी

कैसे गैसीय और धूल के डिस्क से ग्रहीय प्रणालियाँ बनती हैं, और कैसे परिणामी कक्षाएँ अरबों वर्षों में आपसी गुरुत्वाकर्षण के तहत विकसित होती हैं।

Definition

ग्रहों का निर्माण और गतिकी उन भौतिक प्रक्रियाओं का अध्ययन है जो परिधि-तारकीय डिस्क सामग्री से ग्रहों को इकट्ठा करती हैं और जो उनकी कक्षाओं के बाद के गुरुत्वाकर्षण विकास को नियंत्रित करती हैं।

Scope

यह क्षेत्र आणविक-बादल कोर के प्रोटोप्लेनेटरी डिस्क में ढहने से ग्रहीय प्रणालियों की उत्पत्ति, धूल से लेकर ग्रहिका (planetesimals) तक और फिर ग्रहों तक ठोस पदार्थों की वृद्धि, और कक्षीय वास्तुकला को गढ़ने वाली दीर्घकालिक गुरुत्वाकर्षण गतिकी को शामिल करता है। इसमें नीहारिका परिकल्पना (nebular hypothesis) और आधुनिक कोर-अभिवृद्धि सिद्धांत (core-accretion theory), डिस्क अभिवृद्धि (disk accretion) और प्रवासन (migration) का भौतिकी, और अनुनाद (resonances), धर्मनिरपेक्ष विकास (secular evolution) और अराजकता (chaos) का खगोलीय यांत्रिकी शामिल है। सौर मंडल की नियमितताओं और पास के तारा-निर्माण क्षेत्रों में प्रोटोप्लेनेटरी डिस्क और युवा ग्रहों के अवलोकन दोनों ही सिद्धांत को सीमित करते हैं।

Sub-topics

• अंतिम-चरण अभिवृद्धि और विशालकाय प्रभाव
• कक्षीय गतिकी और अनुनाद
• ग्रहिका और कोर अभिवृद्धि
• आदिग्रह डिस्क और अभिवृद्धि

Core questions

• एक युवा तारे के चारों ओर गैस और धूल का एक घूमता हुआ डिस्क माइक्रोन-आकार के कणों को ग्रह-आकार के पिंडों में कैसे परिवर्तित करता है?
• एक प्रणाली में ग्रहों की संख्या, द्रव्यमान, संरचना और कक्षीय दूरी क्या निर्धारित करती है?
• विशाल ग्रह गैस-समृद्ध और स्थलीय ग्रह चट्टानी क्यों होते हैं, और हिम रेखा (snow line) ने क्या भूमिका निभाई?
• निर्माण के बाद कक्षीय अनुनाद (orbital resonances), प्रवासन (migration) और धर्मनिरपेक्ष अंतःक्रियाएं (secular interactions) ग्रहीय प्रणालियों को कैसे नया आकार देती हैं?
• एक तारे के जीवनकाल में ग्रहीय कक्षाएँ कितनी स्थिर होती हैं?

Key theories

नीहारिका परिकल्पना (Nebular hypothesis)

ग्रह गैस और धूल के एक चपटे, घूमते हुए डिस्क (सौर नीहारिका) से बनते हैं जो केंद्रीय तारे का निर्माण करने वाले बादल कोर के ढहने से बचा हुआ है; डिस्क का साझा घूर्णन बताता है कि ग्रहीय कक्षाएँ लगभग समतलीय और अग्रगामी क्यों होती हैं।

विशाल ग्रह निर्माण का कोर-अभिवृद्धि मॉडल (Core-accretion model of giant-planet formation)

विशाल ग्रह पहले लगभग दस पृथ्वी द्रव्यमान के एक ठोस कोर को जमा करके बनते हैं, जो डिस्क के विघटित होने से पहले नीहारिका गैस के तेजी से अनियंत्रित अभिवृद्धि को ट्रिगर करता है; यह बृहस्पति और शनि के गैस-समृद्ध आवरणों की व्याख्या करता है।

ग्रहिका परिकल्पना (Planetesimal hypothesis)

ठोस वृद्धि धूल से लेकर किलोमीटर-पैमाने की ग्रहिकाओं (planetesimals) तक और फिर प्रोटोप्लेनेट्स तक पदानुक्रमित रूप से आगे बढ़ती है, जिसमें गुरुत्वाकर्षण फोकस सबसे बड़े पिंडों के अनियंत्रित और कुलीन विकास को संचालित करता है।

डिस्क-संचालित ग्रहीय प्रवासन (Disk-driven planetary migration)

एक बनते हुए ग्रह और गैसीय डिस्क के बीच गुरुत्वाकर्षण टॉर्क ग्रह के अर्ध-प्रमुख अक्ष को बदलते हैं, जिससे ग्रह अंदर या बाहर की ओर पलायन कर सकते हैं और निकट-स्थित विशाल ग्रह और अनुनाद श्रृंखलाएं उत्पन्न कर सकते हैं।

Clinical relevance

निर्माण और गतिकी को समझना प्रत्येक ग्रहीय अवलोकन की व्याख्या को आधार प्रदान करता है: यह सौर मंडल के संरचनात्मक ढाल की व्याख्या करता है, बहिर्ग्रहीय प्रणालियों की विविधता को दर्शाता है, और उन मॉडलों को रेखांकित करता है जहां रहने योग्य दुनिया और वाष्पशील-समृद्ध पिंड उत्पन्न हो सकते हैं।

History

यह विचार कि सौर मंडल 18वीं शताब्दी में कांट और लाप्लास के समय से एक घूमती हुई नीहारिका से संघनित हुआ था। सैफ़्रोनोव के 20वीं सदी के मध्य के काम ने ग्रहिका अभिवृद्धि (planetesimal accretion) को एक मात्रात्मक आधार पर रखा, और पोलैक और सहयोगियों द्वारा 1996 के कोर-अभिवृद्धि गणनाओं ने विशाल ग्रहों के लिए प्रमुख मॉडल स्थापित किया। 1995 के बाद से बहिर्ग्रहों की खोज और प्रोटोप्लेनेटरी डिस्क की सीधी इमेजिंग ने इस क्षेत्र को केवल सौर-मंडल-केंद्रित अनुशासन से एक तुलनात्मक अनुशासन में बदल दिया।

Debates

कोर अभिवृद्धि बनाम गुरुत्वाकर्षण अस्थिरता (Core accretion versus gravitational instability)

क्या विशाल ग्रह मुख्य रूप से धीमी कोर अभिवृद्धि से बनते हैं या गुरुत्वाकर्षण रूप से अस्थिर डिस्क के तेजी से विखंडन से बनते हैं, यह अभी भी बहस का विषय है, खासकर विस्तृत कक्षाओं वाले विशाल ग्रहों के लिए।

Key figures

• Pierre-Simon Laplace
• Viktor Safronov
• Jack Lissauer
• Carl Friedrich von Weizsacker

Seminal works

• safronov1972
• pollack1996
• murraydermott1999

Frequently asked questions

एक ग्रह को बनने में कितना समय लगता है?

स्थलीय ग्रहों को लगभग दसियों लाखों वर्षों में इकट्ठा होने के लिए माना जाता है, जबकि गैस दिग्गजों को गैसीय डिस्क के कुछ मिलियन वर्ष के जीवनकाल के भीतर अपने आवरणों को पकड़ना होगा।

हिम रेखा (snow line) क्या है?

हिम रेखा एक युवा तारे से वह दूरी है जिसके आगे पानी बर्फ के रूप में संघनित होता है, जिससे उपलब्ध ठोस सामग्री में तेजी से वृद्धि होती है और चट्टानी कोर को विशाल ग्रह बनने के लिए पर्याप्त बड़ा होने में मदद मिलती है।