行星的起源(四)：云团的形态和行为

为了说行星的形成，总结一下，前面说了几方面的事情：
一. 行星的起源（一）：行星的形成----引力靠不住! http://www.astronomy.com.cn/bbs/thread-287693-1-1.html
物体在质点式中心天体引力场中的表现，
1. 物体的弹性力（Fy=(dL/L)*E/S）大于引力（Fg=GMm/r^2)，
只有当物体的尺寸满足L>4E(dL)/(πGMm)的条件，才能由引力产生汇聚；
2. 物体碰撞破碎产生的碎片的速度很大，
只有当其中有一个物体的尺寸满足R>V*sqrt(3/(8πρG))的条件，才能使汇聚继续，
否则碰撞后碎片将永远分离；
3. 当物体小到一定尺寸，L<（0.3%×E×T）/（ρ×v），碰撞产生的变形远小于物体的断裂极限，才会不继续破碎，
所以，在真空中，物体不能靠引力汇聚，反而只会在不断的碰撞中变为细小的碎片。

二. 行星的起源(二):气体尘埃云在原行星物质汇聚中的作用 http://www.astronomy.com.cn/bbs/thread-287812-1-1.html
1. 在原恒星星云中，因为云物质极其稀疏，流体作用力很轻柔，对了大解度对碰，运动方向大致相同的物体可以发生很轻微的接触；
2. 流体作用力在物体完成全接触后就会产生流体夹断，可以由物体间的微弱引力进行维持。
所以，在恒星形成的数千万年中，大角度碰撞可以把物体粉碎，但可以在流体力的作用下汇聚，这是引力做不到的，
这个作用才是行星吸积的最关键作用。

三. 行星的起源（三）：物体在云团中的行为 http://www.astronomy.com.cn/bbs/thread-289452-1-1.html
1. 云物质分布令到在云团中的引力和环绕速度有一个特别的分布形态：

这是g(r)的分布


这是环绕速度v(r)的分布，

-v^2就是传说中的势阱了：


物体在这个云团中运动，会最终趋向三个地方，云中心，云外和势阱中，
当物体云动速度很大时，他会很快逃出生天：


当物体速度较大时，他会在势阱以上晃荡：


当物体速度适当时，他会绕势阱半径而行：


当物体速度较小时，他会在势阱高度以下晃荡：


这三个图，就是传说中的“清除”轨道物质了吧！？

如果物体运动速度太小，他就会晃荡到有可能和其他物体产生大角度碰撞化为灰烬：



如果物体运动速度太小了，他就会晃荡到云团中心，
如果云团中心密度不大，他就会因为荡过中心附近被最后加速“踢出”云团：



但通常，能飞到这样接近中心，受高密度云物质所阻，估计他是没有可能逃出生天的了。

而如果物体运动速度实在太小，他就差不多只在能做简谐振的过程中“归心”了：


这是静态云的情况。
编辑补充：以上只是对在势阱位置上的物体分析，
实际上，即使不在势阱位置上，只要他的速度满足上面第二图的v-r关系，也物体也能稳定运行。
在v-r线上方就走第一第二种曲线，在v-r线下方就走第四~第九种曲线。
只不过在势阱以内稳定运行的物体，如果能汇聚，汇聚后的联合体的自转与公转方向顺旋，
而在势阱以外稳定运行的物体，如果能汇聚，汇聚后的联合体的自转与公转方向逆旋，
这就是金星逆向自转的成因。

言归正转，怎么形成那么多远近不同，大小各异，轨道倾角不一，自转轴指向混乱，甚至逆转的行星和小行星带呢，
这就和云的形态、云的行为和中心恒星的影响有关了。

这一层要说云的形态。
从太阳系看：
1. 当年原始星云中99.9%的物质组成了中间一个接近正圆的气体球，这个气体球致少在表面上以25~35天一周的速度自转着；
2. 原始星云其余物质组成了各大轨道物和各种环带、云带，这些轨道物和环带、云带从质量上讲都是微不足道的；
3. 但是太阳和这些轨道物和环带、云带无论从自转还是公转上来看，总体上是共面和同向的；
......
这些现象说明太阳和这些轨道物和环带、云带是有着本质的联系的，这个联系就是原始星云。

从太阳在整个系统里所点的质量比来看，太阳的运动现状基本上反映着当气原始星云的运动状态。
现在的太阳自转周期为25~35天，我们可以大约反推一下以前的太阳原恒星、太阳原始星云的运动状态。
我们知道太阳原始星云的收缩让势能变成了热能加热了太阳原始云和太阳原恒星，然后以辐射形式四散，所以这个过程能量肯定不守恒，
但只要没有上帝给的外来“灾难”，这个过程的动量就一定守恒，从转动的角度分析，就是角动量守恒！
角动量，L = I*ω，I是转动惯量，
质点，I = mR^2
球体，I = 2/5*mR^2
圆盘，I = 1/2*mR^2
薄球壳，I = 2/3*mR^2
无论用哪一个形式分析都有一个云自转周期与云半径的平方成正比，
也就是说到一个半径1.5Au的太阳原始星云，他的自转周期达3.2~4.5千年，和相应距离轨道上的金星地球和火星的么转周期相比差数千倍，
如果再摊到一个半径一光年的原始太阳弥漫云，“自转”周期长达13~18万亿年，基本不作自转考虑了，
所以，主体的太阳星云基本上是只管收缩自转，与其他都不相干了。

但那个“吸积盘”呢？
那些一个个平平的弥漫星际物质怎么会变成内密外疏的分布形式呢？
这个原始太阳气体球的自转，内部与外部是否一致的呢？内部比外部转得快还是转得慢呢？

这一层将说云的行为，我会尽快更新补上，先说句sorry了。

我是来看头像的。

我是来学习的。

稀疏的原始星云开始收缩吸积，一个天定的理论就是金斯不稳定极限，
但那些稀疏的弥漫云物质怎样突破金斯不稳定极限呢，不要靠诉我说云团就是上帝搓出来的汤丸，
我不信上帝，但我信上帝国拍下来的极品天文照片，从中筛选出一些从恒星级到星协级、星团级甚至星系级星云的照片：

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这是美国人讲的M42故事，他们忘了引@大麦芽
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还有星协星系级的云

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这是大麦里的云.

这两张是M82的云

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从这些可以看到，压榨星云的，不外乎几个作用，光与光的挤压和光与力的挤压

.几个恒星之间可以包围出一个相对封闭的空间，可以挤在出新的恒星


冷星云的收缩力和中心亮星区向外的光辐射/星风爆抗衡区，可以挤压出很多新恒星

甚至，一个不在恒星星云中心的恒星，都可以用光压把自己吃不完的云物质挤给属从，有可能把一个热木星挤成一个伴星


这一层说的是恒星原始云的成因，
反正不用上帝之手，现有经典物理学知识足以找出恒星原始星云的成因。

有时间再接着说他的形态。

分析得很详尽啊。

星际云物质受外力挤压，无论是恒星风暴还是恒星光压作用，与力源（风暴中心或光源）都是一个平方反比的关系，
因此，星际云物质边缘被驱赶得更狠更远，星际云物质中心的密度会比边缘大，而密度大的地方压力也大，会有一个向外的扩散作用，
外力挤压与密度差异产生的扩散作用最终会达到静态平衡：dF/dr=-η*dρ/dr，或dT/dR=-η*dρ/dr

这就已经有点象高斯分布的形态了
之后进入引力收缩阶段。
在收缩过程中，快速运动的分子，如果运动方向接近垂直于径向，且度大约等于环绕速度，就会留下来，其他的继续收缩。
而不同温度的分子运动速度分布不同，

这是一个绝对的高斯分布，
随着云团收缩，温度升高，能留下不收缩的分子逐步增多，最终形成一个接近高斯正态分布的密度分布形态！

注：这里只是暂时说到球形的云团分布。

太阳星云的外观形态请参照这个STSci 的艺术想象图：
http://hubblesite.org/newscenter/archive/releases/2004/14/image/e/
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这个从sedna回望太阳系所见的，和螺旋星系的形态一样，
这说明，最起码在科幻家来看，云这个东西，不论大小，在宇观世界的行为是一样的。
这就好往下反推太阳（恒星）原始星为的行为和动态了。

请注意不要和上一层最后的那个图搞混了，那个图说的是球状云团的物质密度函数图。

第一步收缩成椭盘球


这个椭盘是内部低速自转，外部高速环绕，
一个剧烈差动式的怪物。

补注：右边的那个图应该缩小一下，赤道的尺寸应该是一样的。

这么多天才更新啊，不过没关系，俺一直在跟进。

法拉利ss 发表于 2014-4-9 22:22
这么多天才更新啊，不过没关系，俺一直在跟进。

民科嘛，要打工挣钱养家糊口，可不能象公仆科那么自在。
继续：

看图不说话。

先说说10楼的那个图：
主要是根据前面的分析，以低速自转的云团为基础，
这个云团，只含有和最终恒星自转所拥有的角动量那么轻徽的自转，
也就是说半径一光年的原始太阳弥漫云，“自转”周期长达13~18万亿年，基本上可以不作自转考虑，
等他收缩到一个半径75Au的太阳原始星云，他的自转周期达0.8~1.1万年，和相应距离轨道上的冥系矮行星和两个冰巨星的么转周期相比差数十倍到一百倍，
到他收缩到一个半径1.5Au的太阳原始星云，他的自转周期达3.2~4.5千年，和相应距离轨道上的金星地球和火星的么转周期相比差数千倍，大约是每秒6米的数量级，
所以，云团的自转和原始云的吸积盘没有直接关系。

原始云的吸积盘没有任何支撑力量，要想能留在盘面上不随云团主体向心收缩，只能靠高速环绕运动产生的惯性离心了。
这个速度就是气体分子热运动的速度了，这其实就是云团分子逸散的结果：
只有那些分子热运动速度大于当地绕速度的分子能产生逸散，从分子热运动的分布来看，只有个别温度偏高和质量较小的分子能满足抵扩整体收缩的条件，
而在这些分子当中，也只有运动方向与径向垂直甚至向外的一小部份能留在外面，

总体上只有分子热运动分布图中那个小红角的几百分之一，总量很小，
而且收缩后期温度比前期高，能留在盘面上的量也比前期大，
但整个盘的量还是很小的。

逸散出来的气体首先形成截面如纺锤形的胖盘，
高纬度的云物质走的是大倾角“轨道”，在穿越赤道面的过程中与盘内层云物质相互作用，
垂直运动分量会被消耗，水平运动分量会被轻微提高，克体上就象轨道机动一样，趋向赤道平面。

形成这个截面的盘+球


直到太阳点火



这是哈勃2013-37的照片



放大了看

哇哦，有理论，有观测结果，帅哦。

法拉利ss 发表于 2014-4-10 14:03
哇哦，有理论，有观测结果，帅哦。

上面最后一图和几个照片，是中心主星对云的影响，是系列贴里以后的话题，扯远了。

系列中这一贴已经讲完了云的分布形式，盘的公转和云主体自转的区别，
还要讲盘的公转速度分布和云主体的自转速度分布，
把三楼（板凳）上说的云的行为说完了，这一贴就要往下转了。

这只是开小差做个预告，
没办法，打工的民科得另抽时间才能往下继续。

再讨论点火前主星原始云团。
前面说过了，除了逸散出去的盘面云，对于形成主星的那个云团，成星前后动量守恒。

原始太阳云的“自转”周期长达13~18万亿年，基本上可以不作自转考虑。
等他收缩到一个半径75Au的太阳原始云，他的自转周期达0.8~1.1万年，和相应距离轨道上的冥系矮行星和两个冰巨星的么转周期相比差数十倍到一百倍，自转就不可忽略了。
到他收缩到一个半径1.5Au的太阳原始云，他的自转周期达3.2~4.5千年，和相应距离轨道上的金星地球和火星的么转周期相比差数千倍，大约是每秒6米的数量级。

以此为例分析：
这个太阳原始云团的物质按高斯正态分布（前面说了，这里不重复），
内部引力会按特有的规律分布，


云内的铁石冰块和液滴也会按特有的规律运动，基本上如主楼的描述差不多，
但由于太阳原始云团自转速度慢而铁石冰块和液滴绕行速度快，
太阳原始云团会对铁石冰块和液滴绕行造成阻力，但反过来在铁石冰块和液滴的搅拌下，太阳原始云团的自转速度会重新分布，
这个作用从太阳原始云团开始收缩到他点燃核聚变前都是一样的，所以，太阳原始云团的自转速度分布最终会和那个环绕速度分布有着一样的形态。

总结一下，
原始星云在外界作用下打破金斯不稳定极限启动收缩；
在收缩过程中，因分子热运动的作用而形成内密外疏的正态分布形态，
在收缩过程中受外界不均匀影响的用而起旋；
从主星原始云团逸散的气体在自转的影响下向自转赤道积聚，形成吸积盘；
吸积盘靠公转维持不向中心坍塌，自旋收缩的主星云团与内部宏观物质相互作用形成外转内不转的形态，
自转最高速度在势阱高度处。
到这里，云的分布形式、盘的公转与云主体自转的区别、公转速度分布和云主体的自转速度分布，都定性讲到了。
把三楼（板凳）上说的云的行为也就差不多了，往下就是造恒星过程中的造行星活动了。

补一个主星云团与盘面差速运动的图