行星的起源(一)：行星原始物质的汇聚----引力不作为！

近几年以来，搜寻系外行星成为全球性的热门话题，
各界各式人士不管是宇宙哪个方向，
不管是什么样的星系，
不管是星系里的什么位置，
不管是什么类 型的恒星，
不管是恒星生命周期里的什么阶段，
也不管是恒星系统里的什么区域，
总之就是各出其谋，大找宜居，
却找来一大堆红矮星系统里的巨型热木行星，
离“宜居”差别千万之遥，也不怕浪废人力物力时间和虚耗自己的生命。
这里分贴探讨一下行星的形成机制，希望能对自己在海量的“宜居”资料中找出真正的“宜居”星球有点帮助。
注：此系列，人微言轻，纯属为指导自己而立此存贴，也希望得到专家高手指引。

言归正转
行星形成机制的第一个问题，
铁块、岩块、石块、冰块和各种刚性碎片在宇宙空间相互碰撞，能汇聚结块吗？
我们知道，刚体受外力挤压变形，在不致于破碎和破坏性变形的情况下，会产生弹性应力，
Fy=(dL/L)*E/S，其中dL/L是变形率（一般情况，0.2%以下为弹性变形，这里取0.1%进行讨论），E是杨氏模量，S是刚体截面积(S=π*r^2)，
万有引力Fg=GMm/r^2，
如果两个等大小的物体要靠引力吸引住，则Fg要远大于Fy，取Fg/Fy=2讨论，有m^2>E/(2000G)
通常取刚体E=0.102，G是万有引力常数，则m>874kg，（这是大约的估算，请不要揪着这个数打）
这个要求并不高，两个900公斤的物体就可以靠万有引力粘住了！

但是，这只是两个静止的物体，
如果两个物体有一定的速度，变形量大了，弹力大了，万有引力就hold不住了！或者说要hold的住的话，m要大一倍以上。
如果两个物体在不同的轨道上运行，只是轨道有切点，在这个切点上，两个物体有相对运动，还的运动离心力不同，这使m又要再大一倍以上。
没关系，翻了两翻才3~4吨，宇宙空间3~4吨以上的东西多得很，貌似要形成行星绝对没问题！

实际上，这个问题直接连接着的问题就是，这个质量极限以下的物质是怎样汇聚成这个最低限度的呢？——没办法！

问题不止如此，质量太大了，物体间相互作用会超过弹性变形极限，甚致超过断裂极限——那就撞散撞碎了！
(补充：dL/L到0.2%就开始塑性变形，dL/L不到 0.3 %就是断裂极限了，也就是说，两个十吨重以上的撞到一起就有碎裂危险了)
也就是说，靠引力汇聚，因为有碰撞，原物质不能太小，也不能太大，
那就是说万有引力汇聚是一个没有源头（3吨以下的聚不到一起），也没法继续的作用（十吨以上的就粉身碎骨），只能是中间一个设想俱乐部。
（注：这个上下限也是大约的估算，请不要揪着这个数打）


——碰撞令物质无法在引力作用下汇聚！
这个作用不是行星形成的机制！

注：这两个极限尺寸在8楼、9楼有详述。

上面提到的E是公斤力/平米，应该改为牛顿的单位才对。
如果改牛顿，上面那几个质量下限就要按3倍估算了。

但因为本人不是学材料专业的，有关公式、单位等，还望有专业的人事指导一下。

学习了……

还有一个理论认为，在太阳还没点火的时候，积吸盘内的尘埃们一起围着中心质心转啊转的，相互之间有了电荷，靠电荷的吸引较大的小石块；后来又靠在一起，一大堆的，比较松散，但质量够大，靠引力来吸引更多的小石块来壮大自己。一转眼的工夫（几百万至一千多万年）以后，就清理出自己轨道附近的小鱼儿了，形成了一个行星。
现在还对木星环内的小行星形成机理感兴趣。有很多小碎块形成了一些几公里（也许更小一点，记不太清楚了）的小球形呢。

法拉利ss 发表于 2014-2-12 16:52
还有一个理论认为，在太阳还没点火的时候，积吸盘内的尘埃们一起围着中心质心转啊转的，相互之间有了电荷， ...

静电的这个假说，用上了原始星云，好象更“广谱“一点，但实际上静电力比万有引力更靠不住！
一方面，静电，有正电负电，同电相斥异电相吸，想用静电力解说行星形成机制，就要有放大异电相吸作用的机制，但这个机制要同时消除同电相斥的行为，这恐怕不好找。
另一方面，同样的气体与同样的固体只能形成同样的电荷分配，同电相斥，而且是平方反比的，再加上静电力往往大于引力，这样，比如铁化合物只能带正电，或比如硅氧化物只能带负电，……本身就聚不到一起，就算能形成行星，但因为同种物质因为在造星时带同种电荷不能聚在一起，最终形成的行星应该是各种物质完美分散的混合体，你不可能找到任何的铜矿、铁矿、煤矿、……，这显然与现实世界不符，静电学说行不通！
第三，就算异电相吸能起作用，但这个静电吸引力的行为与引力一样同样是平方反比律，而且比万有引力更强大，他让带不同电荷的物质聚在一起的作用比万有引力更强更快，但结果会让物体撞得更粉碎！
所以，这个静电力对行星的造星运动不能起正面作用！

另，火星与木星之间的那个环带就是小行星带，最大的小行星直径上千公里，同样不是碰撞聚会出来的。
如果太阳点火晚一点，或者点火后的光芒小一点，就不会把气体尘埃盘吹到木星以外那么远，这个环带就有可能成为太阳系的第九个行星了。

学习了，长见识了，感谢楼主，感谢地板

人生当如是初见 发表于 2014-2-20 08:56
学习了，长见识了，感谢楼主，感谢地板

这两贴写得太急了，特别是第二贴，把后续各贴都一层层写出来，很多东西都略过了，
回头还是要一贴一贴仔细补写回来。

这一贴补一外碰撞的图。


碰撞导致变形，变形产生内应力；
内应力比引力大，所以大小相若的物体碰撞后绝对会分开；
如果碰撞速度或角度太大，产生塑性变形甚至达到断裂极限，物体就会碎裂；
物体碎裂瞬间把积聚的内应力释放出来，会让碎片高速弹开；
除非没有碎开的那一个物体已经有星球的级别，否则碎片弹开速度会远远大于碰撞物体的逃逸速度，
总的结果是，由于万有引力不给力，碰撞只会使空间物体越撞越碎！

除非上帝一开始就给了宇宙足够大（逃逸速度大于刚体破碎的碎片速度），否则，靠碰撞和万有引力造不出行星来！

这当中涉及两个临界尺寸。
一个是，两个相同物体间接触时的万有引力大于杨氏模量的尺寸，
GMm/L^2>(dL/L)*E/S
L>4E(dL)/(πGMm)
大于这个尺寸，即使恒星核聚变点火了，同向运动的物体也可以相聚，但不能抵抗碰撞的破坏；
另一个是，物体的表面逃逸速度大于撞击碎片的开裂速度，
R>V*sqrt(3/(8πρG))
只要物体大于这个尺寸，即使恒星核聚变点火了，不同向运动的物体撞过来也可以让他收服。
只要大于这两个尺寸，这个物体就可以自主清除轨道上的物体成为行星了。
而这两个临界尺寸，只能在原始星云中积聚。

SamuelHan 发表于 2014-2-24 16:40
这当中涉及两个临界尺寸。
一个是，两个相同物体间接触时的万有引力大于杨氏模量的尺寸，
GMm/L^2>(dL/L)*E ...

请注意楼上那两条“公式”，
本楼提出的不是什么“理论”，
哪位仁兄要用的话请自己推导，
特别是L与R两个概念，请自己分清楚。

有关这个碰撞，还有第三个极限尺寸。
因为吸积云中云是有一定的密度分布，物体运动受云团约束，云团中不同区域的物体运动速度不同，
当物体尺寸小到一定尺寸后，动量较小，只要m*V<(dL/L)*E*S，（dL/L取破碎极限2%，V是相对碰速度=2v）
碰撞不再会造成破碎，这个极限就是L<（0.3%×E×T）/（ρ×v）
（这里，E是物体的杨氏模量，ρ是物体的密度，T是碰撞作用时间）

最新证据：
《哈勃目击一个小行星神秘瓦解》
http://www.astronomy.com.cn/bbs/thread-289805-1-1.html

Hubble Witnesses an Asteroid Mysteriously Disintegrating
http://hubblesite.org/newscenter/archive/releases/2014/15/full/

结语

关于这一楼，是这个系列贴的第一贴，有些事真的很让人抓狂。
其实从一开始，所有往后该说的事在我心中都很了然，但在此之前都没有仔细探讨过，
既不能把系列贴中没探讨过的东西凭空张口就来，又不能假装完全没有方向扮摸索的模样，
如何适当描述出来，真是很难把握，从这个贴的标题一次次的修改就可以看得出来了。
今天把这个贴挖出来，无非就是为了在这里加一个第二贴的引语：

下一贴将探讨能使宇宙碎片（这个是哈勃官网上新闻发布时的正式用语）汇聚的有效作用因素。
（第二贴的结语将正式回答G版主有关流体产生的作用力）