这些全都是小野酱纯人手打的,如果发现错字什么的(核对了一下好像没有..)欢迎你们跟我说说,我可以改过来.还有还有,这次的图图不是打酱油的~所以好好看吧~~~
行星的产生:
星子是构成行星的砖块,其大小从1千米至100多千米不等.在这些天体环绕年轻太阳旋转的过程中,它们的演化有两种最重要的过程,即引力相互作用和物理碰撞.远距离相遇之际的相互引力拖行扰动了星子环绕太阳有序的圆轨道运动,导致它们在更扁长的轨道上运行.如果星子在完美的圆形轨道上运行,则永远不会碰撞.然而在椭圆轨道上运行的星子则会碰撞.轨道越扁长,碰撞就越剧烈.如果星子碰撞的相对速度很小,它们会结合起来.但是如果相对速度太大,结果是灾难性的,一个甚至两个天体都粉身碎骨.之后,又重复发生着这种或者长大或者粉碎的碰撞过程.
较大的天体有较强的引力场,因此能更有效地清扫起前进道路上的碎块.随着它们增大,它们抗拒碎裂的能力增强,并能经受住大的撞击.计算机模拟显示,当增大着的星子以更大的力猛击它们的同族弟兄时,便会发生一系列更剧烈的碰撞.碰撞促进增大,导致几百个大星子从几百万个小天体之中脱颖而出,终于达到约月亮般的大小.但是一个包含那么多引力相互作用天体的系统是不稳定的.在1000万~1亿年之内,星子之间的碰撞导致它们结合成为几个行星胎,大小约相当于地球.太阳系历史的起初几亿年是极其剧烈的时期.
水星、金星、地球和火星等内行星自然被认为经历了上面描述的过程,那么太阳系的巨行星又怎么获得它们巨大的质量呢?巨行星主要由氢和氦组成,并包含大量的冰.它们的成分更接近于太阳,而不同于只含少量氢和氦的太阳系内层的石态星子.当类地行星通过结合岩石物质增大的时候,巨行星一定从早期的太阳星云里收集额外的物质,不论是轻质气体还是固体颗粒.关于这一过程如果进行,在研究人员之间有两种旗鼓相当的观点.
大多数研究者赞同"标准模型",巨行星的核在星子的碰撞、增大过程中形成,正如内行星所为.但是一旦这些核增大到足够大,他们便开始吸积富含氢、氦和冰得周围气体.在太阳星云的内层,氢、氦之类的轻质气体太热,难以吸积到正在形成的石态行星胎上去.它们的引力作用不够强,所吸积的气体达不到有意义的数量.此外,在行星胎增大到足以吸积气体的过程里,气体已烟消云散.气体或者已被太阳吸积,或者因年轻太阳强烈的星风而从太阳星云内层被吹出.但是在较冷的太阳星云外层,轻质气体很丰富.此外,高丰度的冰增强了行星胎的成长率.它们的质量明显增大,足以吸积大量星云外层丰富的氢和氦.随着被吸积气体的质量超过石态核,行星引力场日益增大的强度导致称为失控吸积的过程.在巨行星轨道近旁的可利用气体都被扫清之前,行星的增大不会停止.在太阳系的外层,开普勒轨道运行速度较低,这意味着临近轨道之间的剪切作用也较低.这样,给定质量的行星胎会从比太阳星云内层更大的区域吸积更多的质量.
这个模型解释了巨行星的最重要性质:它们的成分.木星、土星和天王星或海王星与太阳相比,包含更多重元素,分别是5倍、15倍和300倍.只要可利用气体的数量随着离年轻太阳的距离增大而减少,那么紧随轻质气体的失控吸积之后形成的冰核或石核能够稳当地解释这一模型.
对于标准模型的批评者认为,通过碰撞来积聚物质以形成行星胎并在随后的失控吸积阶段成长为巨行星,这需要极长的时间,长到不足以聚集成行星胎.在许多与猎户星云类似的那种有大质量恒星存在的恒星形成环境里,远在行星胎能够增大至足以从周围环境中吸积气体之前,星周盘外部的气体会因各种过程在不足100万年的时间之内消散.
流体模拟行星形成后附近行星盘形成空隙，行星在盘作用下会发生迁移
这张图图显示的是流体模拟行星形成后附近行星盘形成空隙，行星在盘作用下会发生迁移
于是就有另一种关于巨行星形成的模型应运而生.在这种所谓的"引力不稳定性"的模型里,巨行星在几千年内直接从盘形成.由于原行星盘很年轻而且质量很大,它的质量密度极高,以至于天文单位尺度的区域内的自引力超过了开普勒运动的剪切力.这样一个区域会响应自引力而收缩,形成质量大致为巨行星的受束缚天体.
这个模型的第一个困难是它不容易解释太阳系内巨行星观测到的成分.引力不稳定性是不偏不倚的.一切物质,不论何种成分,都会被吸引到正在形成的天体里.冰、岩石、氢、氦和盘里其他各种各样的组分都会被吸积.这样,作为最终产物的行星应反映盘的初始成分,它接近于通过凝聚而形成行星的星际云,并类似太阳的成分.于是,引力不稳定性模型不容易解释在木星、土星、天王星和海王星探测到的元素丰度.为了克服这一困难,理论的倡导者必须说明在盘经历引力不稳定的同时,它已经消耗了氢和氦,而且这种消耗在离原太阳的距离越远的地方越严重. (一种可能的消耗机制将在以后讨论...如果小野酱记得的话....)
第二个困难是,如果巨行星在盘的演化过程中形成太早,就会导致它们盘旋着落进原太阳.巨行星突然形成会导致在盘里激发漩涡波动,从而引起行星的轨道角动量流失,使其向内移行.如果巨行星到达盘内巨大的缝隙,这种径向移行可能会停止,人们认为这类缝隙就向中央空洞一般,存在于许多原恒星的周围.也许这是形成"热木星类行星"的一种方式.
无论是巨行星形成的何种场景里,一颗年轻的或尚在吸积中的巨行星比今天的木星要远大得多.模型显示,木星在其形成之初直径一定达到过接近1天文单位.收缩到今天的大小要求耗散热量和角动量,一颗年轻的巨行星大概要耗费1亿年才能达到其成年期的尺度.即使今天,木星还在辐射一些其内部能量.人们预期非常年轻的巨型性具有若干意义深远的性质.首先,由于它们向外辐射引力势能,它们发射大量红外辐射.其次,它巨大的体躯会使它们反射较大量的来自其母恒星的光线.有鉴于此,在恒星际距离上探测年轻巨行星可能比探测成熟行星容易得多.
小野酱说:下周末会继续更新 (三:无处不在的卫星和环).
DATE:8月21
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