行星的起源(六)：主星云的风、云、雷电——天体气象学-1

久违了，上一贴扬言第六贴要探讨碎片群的行为，但在准备的过程中，首先发现有一个基本的问题没有解决！

——在茫茫宇宙中的原子/分子星云中，那些尘埃、土、石、岩块是从何而来的？
对于茫茫宇宙中的原子/分子星云中，那些尘埃、土、石、岩块是从何而来的问题，
我们同样不能指望上帝替这个理论创造这些东西，也不能随口说他们原来就在那里（这和指望上帝没有差异），
所以这一贴就说说在主星原始云里的风,云,雷,电中，会有怎样的雨,雪,霜,雹，通过水,浆,泥,土的过程，形成冰,石,岩,铁块，
下一贴才说行星的形成。


其次发现还有一个最重要的现实必须面对！
——康德星云学说这个传世学说与现实严重不符！
所以，在这一层循例重温一下前面各贴的内容时，从本贴开始，这个问题会加到重温的序列中，而重温的序列会按有关概念的重要性打乱原来的次序。


现在“重温”，
第一，在系列贴《行星的起源（三）：物体在云团中的行为》中 http://www.astronomy.com.cn/bbs/thread-289452-1-1.html
描述了：
1. 云物质按高斯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；
2. 行星原始物质在云中运动时，速度大了会往外闯，但越往外引力越大，闯不出去；
3. 速度小的时候会往云中心走，但越往内走引力越小，需是没有引力，但没有引反而同样转不进中心；
第2、第3所述，就象两堵墙夹着一个井，行星物质就往这里汇聚。
4. 在云中心与这个位置之间，行星原始物质的绕行速度与距中心的距离成正比，在这里积聚的物质自转方向与公转方向相同；
5. 在这个位置以外直到云团以外，行星原始物质的绕行速度与距中心的距离成反比，在这里积聚的物质自转方向与公转方向相反；
6. 在这个位置附近，行星原始物质的线行速度最大，主星原始云团的自转速度也在这个位置最大；
外围物质往里闯和内部物质往外冲往往会在这个位置被阻挡甚至击碎，
这个位置我之前定义为势阱，经 polrbear 版主指正，这并不是势能的阱，只是轨道速度分布的极值，但无论如何，这个位置的意义是重大的。
7. 行星原始物质的行为还需视云团的其他作用而定，主要就是中心主星原始云的作用和外围气体尘埃盘的作用。
8. 气体在行星原始物质的作用，阻力/质量 a=(3C/8)*(ρ气/ρ物)*(v^2/R物)

其中最重要的是第4点和第5点，这实际是起这个系列贴的基本原因。
我们知道有关行星的形成理论可能有上百种，但所有这些千奇百态的理论都原自于同一个始祖——康德/拉普拉斯星云说！
康德/拉普拉斯都科学地认为太阳系是由一团星云物质通过万有引力等自然规律作用而收缩形成的。
但康德认为是太阳(主体云)形成在先，之后才俘获外部物质形成外部的环，环再成团、团最后成行星；
而拉普拉斯认为在云收缩的同时因离心力把原始星云部份物质留在外成环，然后环再成团、团最后成行星。
这两个学说的差异只是环形成的时机不同，相同的都是，所有的环变成团、团变成行星都是在太阳(主体云)以外进行的！

在太阳(主体云)占整个太阳系质量的99.9%的情况下，太阳(主体云)以外进行的环变成团、团变成行星的过程基本上可以忽略各环(团)间的相互作用。
这样，在太阳(主体云)引力场G*M/r^2作用下，环(团)外侧速度v外=sqrt(G*M/r外)<中部的速度v中=sqrt(G*M/r中)<内侧的速度v内=sqrt(G*M/r内)，
环带绕太阳(主体云)是差速的，内快外慢，团的自转方向与公转方向相反，形成的行星自转方向也是与公转方向相反，而且行星的反向自转会很快。
比如，如果地球汇集了地球轨道与金星轨道中间到差不多到火星轨道这一带的物质成环、成团、成地球，则地球的自转周期就会快到每周一个多小时，
其他的行星情况相同，都会是与公转方向相反的高速自转，这显然和我们现在观察到的太阳系现实不符！

所以，一切以康德/拉普拉斯星云说为基础的行星形成学说，从基础上说都是错的！

必须找一个引力场为 引力/质量=k*r^n的场所（其中n>-1，不含-1，可以是非整数），才能形成自转方向与公转方向相同的行星！
上面第1点、第2点和第3点，说的就是这个场所——弥漫星云的内部！！


第二，在系列贴《行星的起源(一)：行星胚的形成----引力不作为！》中
http://www.astronomy.com.cn/bbs/forum.php?mod=viewthread&tid=287693&page=1&extra=#pid3463883
分析了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，
只有物体很大(第1点和第2点)，或很小(第3点)的时候，物体才可以在碰撞中苟且偷生，两之间没有交集，
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。

现代天文观察中，只有彗星、小行星解体的例证，没有相反互相汇聚的。
《太阳系小行星在不断瓦解——行星形成（一）的佐证》就是小行星解体活生生的例证 http://www.astronomy.com.cn/bbs/thread-289819-1-2.html


而同时，在系列贴《行星的起源(二):气体尘埃云在原行星物质汇聚中的作用》中 http://www.astronomy.com.cn/bbs/thread-287812-1-1.html
描述了：
4. 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；
5. 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，
这个作用正是（第1点和第2点）与（第3点）之间的桥梁，才是行星吸积的最关键作用力。
这个流体汇聚力在这一贴的43楼有详述。http://www.astronomy.com.cn/bbs/thread-287812-3-2.html
汇聚压ΔP=(1/2)*ρ*(speed^2 - v。^2)


第三，在系列贴《行星的起源(四)：云团的形态和行为》中 http://www.astronomy.com.cn/bbs/thread-290569-1-1.html
描述了：
1. 主星原始星为在中心，近标准球体，低速自转，最终形成恒星的自转，前后是角动量守恒的；
2. 主星原始星云收缩过程中不断升温，分子热运动麦氏分布的高温尾段产生气体逸散，在主星原始云自转的引导下聚向赤道，是公转速度的运动；
3. 自转运动的主星原始云与公转运动的外盘面间是逸散区与过渡区，气体云速度介于自转与公转之间。
4. 在主星原始云团，云团运动速度慢但行星原始物质运动速度快，速度差达到行星的公转速度水平，云团内公转物质会受到巨大的阻力，
阻力/质量 a=(3C/8)*(ρ气/ρ物)*(v^2/R物)，（到底应该是几次方，有请高人或有资源做基础研究的行家指点）
5. 主星原始云照收缩后，已经形成的行星胚会脱离主星原始云，开始与逸散区、过渡区和盘面作用，
这时的速度差会减小，但如果行星胚的轨道与盘面有夹角，盘面就会对行星轨道参数有调整的作用，
这个调整的作用力也是流体作用力，调整力/质量 a=(3C/8)*(ρ气/ρ物)*(v^2/R物)，
但这个a的水平分力和垂直分力的作用是不一样的，在这两个分力的作用下，大倾角行星轨道会被盘面同化。


第四，在系列贴《行星的起源(五)：恒星原始云——行星物质的笼牢！》中 http://www.astronomy.com.cn/bbs/thread-291533-1-2.html
描述了：
1. 大质量的碎片，因为气动阻力/质量比不大，游离浪荡，走起来大上大落、大开大合，很潇洒但结果也很壮烈，
如果原始星云里有运动状态杂乱无章的大个子碎片，他们会因为大角度高速碰撞而变为齑粉，
粉碎的碎片会按第3点所说的很快直奔正圆轨道，这些在正圆轨道上的微小碎片会在云团自转的感化下被云团自转同化。
2. 质量适中的碎片因为气动阻力刚刚生效，所以气动阻力/质量比也不太大，他会快速转轨，由大上大落、大开大合很快收敛，
原始星云里的这类碎片有可能会同样被撞散，但也有可能在这过程中吸纳小碎片发展壮大，甚至成为轨道怪异但为数不多的怪星，
天王星是和“一个摇曳的行星”那一贴说的也是这种情况。
3. 小碎片，因为气动阻力/质量比很大，他们会迅速进入正圆轨道，
综合以上三点，会形成主星原始云团内部特有的碎片分布规律，
那就是外围边缘的碎片很小，往云团里面会缓慢增加，直到在“势阱”位置达到最大，再往里面又会减少，
在主星原始云团里面，内部不但气体密度大、压力大、气动力大，碎片分布的量和尺寸（单个质量）也大，碎片在内部汇聚的机会比外部高。
这是很重要的一点。


以下说说在主星原始云里的风,云,雷,电中，会有怎样的雨,雪,霜,雹，通过水,浆,泥,土的过程，形成冰,石,岩,铁块，

这一层说说在主星原始云里的风、云、雷、电

在这个系列贴里以前各贴，都把原始恒星系统的主星云团简单视作一个严格按高斯函数分布的静态理想云团，实际上并非如此。
与拉普拉斯的星云说不同，《行星的起源(四)：云团的形态和行为》中描述 http://www.astronomy.com.cn/bbs/thread-290569-1-2.html ，
由于原始星云的转动极慢，运动离心力不足以把物质甩在外面形成吸积盘，而是云团在收缩过程中，因分子热运动的部份高温分子有足够大的热运动速度对扩引力而留在外围，这实际上是一个引力场中气体逸散的问题，
随着云团收缩升温，越往后，云团直径越小，逸散的气体温度越来越高、密度越来越大，从而形成内密外疏、内热外冷的逸散层（A），
而在逸散层以下，分子热运动中大部份的低温分子没有足够大的热运动速度对扩引力而收缩，温度越低收缩越快，在逸散界面以下形成内密外疏、内冷外热的一个过渡层（B）；
再往下，由于引力越来越大，气体分子热运动远远达不到散水平，就是一个纯粹热力学系统，形成压力内大外小、温度内热外冷内部收缩层（D）；
而过渡层（B）与收缩层（D）之间，温度从内冷外热变为内热外冷，其间有一个转折层（C），在这个转折层（可能很簿）中，温度基本上不随高度的变化而改变——oh my god！——同温层！。
对比一下这几个层和地球的大气层：
地球：                对流层；                      同温层；                 平流层；           逸散层，   
(外部热源）       地面→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→太空

原恒星主星云： 内部收缩层（D）；    转折层（C）；      过渡层（B）；逸散层（A），
(无热源)             星云内部→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→太空
（类木行星情况相同）

恒星大气 ：       内部热对流层（D）；光/色球层（C）；日冕层（B）；逸散层（A），
(内部热源)          星云内部→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→太空

温度变化：        高温→→低温                温度基本不变          低温→→高温   高温→→低温
密度变化；        大密度→→→→→→→→中密度→→→→→小密度→→→→→→→→→虚空




可以发现：我们可以参照地球大气层的气象活动，展开恒星主星原始云内部活动的研究的！
.
星云内部和地球大气对流层一样，温度下高上低，热空气上升成为上下对流动力，造成不同区域不同气压，形成星云里不同形式的风、台风、飓风、龙卷风......，形成不同方向的风......，
上升的热氢、氦、......、水气到低温的高处形成氢、氦、......、水云，
过渡层形成环星云风带（就象几个类木行星一样），气体在强劲的环星云风带顶层逸散形成吸积盘，
不同的氢、氦、......、水云之间，或者氢、氦、......、水云与星云之间，因运动摩擦生电、电量积聚，就会产生雷电，
......


如果氢、氦、......、水云过冷会凝结成氢、氦、......、水晶粒下落，
氢、氦、......、水晶粒下落过程中遇到上升的热氢、氦、......、水气也许会形成氢、氦、......、水雨，也许会形成氢、氦、......、水雪，雹，......
差别就是，地球的气象活动到地面（海面）就喀然而止，而恒星主星原始云内部（其实热木星也一样）的气象活动则要到气体的高温高压液化面。
星云里具体的雨、雪、霜、雹下一层再细说。

这一层说说原恒星系统里主星星云里的风、云、雷电与恒星大气、地球大气和类木行星气体构层的异同。
主星原始云里的雨,雪,霜,雹行为留下一层或下一贴再说。

原恒星系统里主星星云的组成从形态来看与恒星大气、地球大气和类木行星气体构层都是气体，
差异就是他既没有内部热源，也没有外部热源，是宇宙中最冷的大气；

相比之下，恒星大气底下有强劲的核聚变供热，
地球大气和类木行星气体构层都有太阳提供的外部辐射热，
类木行星虽然所获得的外部辐热有限，但由于质量巨大，已经开始有不为人类目前知识技术水平所掌握的供热模式，
当然，原恒星系统里主星星云也会有和类木行星类似的供热模式，核聚变点火前还有氘燃烧作为内部热源；

恒星大气底下的核聚变虽然提供过千万度的高温，但通过光辐射和热对流，最多只能达到每秒数十公里的大气运动速度，在光球层只达到6000K的温度，
太阳大气的气体由色球层往上开始升温，到色球层顶部达到十万度以上，到日冕层顶部达到二百万度，并向外逸散，这就是传说中的太阳风了，
有关太阳大气的气体怎样由6000K增加到二百万度，这个问题和polrbear 板主讨论过，没有结果，但这在本系列贴里不重要，有这个由下向上温度由低到高的“太阳”“平流层”足够了，因为在这样的温度分布之下，没有对流传热，就是“平流层”了；

地球大气有一个热地核供热，在地面约有摄氏二十度，离地越高距这个热源就越远，温度当然就越低，
地球大气顶层受太阳辐射升温，热往下传，离地越近温度越低，这样的温度分布之下，没有对流传热，就是“平流层”了，
对流层和平流层相遇的地方就是“同温层”了；

类木行星有较弱的外部辐射，也有弱弱的内部热源，情况较为复杂，题外话，以后有时间开个专贴玩玩；

原恒星系统里主星星云的情况相对简单，没有外部热源，只有内部热源，
主星星云的热来源于引力收缩，绝热压缩，内部温度分布，由内往外的温度从高到低，绝对的对流层式样，
主星星云的收缩条件是金斯不稳定极限，也就是分子热运动均方根速度小于该点的环绕速度，这样，对流层顶部的温度就绝对低于气体逸散层的底部，对流层顶部气体按麦-玻分布，高温尾部就会留在上部，在流层顶部与逸散层底部形成一个温度下低上高、没有对流的层级——平流层；


所以，原恒星系统里主星星云的对流层、同温层、平流层、逸散层结构，不是张嘴就来的。

*the meteorology of astronomical objects ——天体气象学（一个没人搞过的行当）：

恒星的形成、类木行星气体构层的形成/行为和类地行星大气的形成/行为，都有行多共通的地方，
而且在恒星的形成和类木行星气体构层的形成及行为中，这个共通的部份占了主要的部份和起了主导的作用，
但这个东西上图书馆、上网、上百度、上维基都找不到，估计是一个空白，
这里得吹吹，看能不能吹出点什么。


沙发上的两个图是天体气象学的基础，这里拿后一个图继续理论：

这个图是天体气象里最简单的一种情况，内部和外部都没有额外的热源，只是一个孤立的引力气体系统，
图中的bc段，温度高低和温差决定了这个天体有什么气象行为，高程是气象行为的活动空间，决定了天体发展的走向。


这是金斯不稳定极限尺寸，定的是b点的位置。

气体逸散界面由气体热运动速度V^2=8*k*T/(π*μ)，以及环绕速度V^2=G*M/r=2*G*M/λ。决定，
气体热运动速度大于环绕速度，即8*k*T/(π*μ)>2*G*M/λ。则逸散，因为没有内部和外部热动力源，逸散出去的气体只能积聚成盘，
即 λ。=π*μ*G*M/(4*k*T。) 曲线的上方，
两条曲线上关系约为  λ。< 1.292*λj，
会跟据不同的情况确定c点的位置。

在原恒星星云，金斯不稳定极限尺寸就是图中b点，b之下靠引力压缩升温，形成ab段对流层。
没有外部热源的恒星大气和原恒星星云，bc段比较平缓，
原恒星星云没有核聚变提供的强劲热动力推动，平流层顶部会低得多，bc段会比恒星陡峭些，逸散出去的气体只能积聚成环绕运动的吸积盘，


恒星的大气，因为有内部热源驱动，同温层会较早出现，平流层（日冕）顶部可以推到表面之上1.5倍恒星半径处，气体的逸散是分子热运动加内部能源完胜引力的结果，逸散出去的气体会以恒星风的形式吹向远方。



行星，不论是类地的还是类木的，因为有外部热源加热，气体引力逸散出去之后被加热甚至电离，bc段会被压缩，然后再升温到电离层顶部，才高速逸散。



类地行星是个另类——岩石(海洋)界面把对流和降水(液化/固从气体的沉降)都简化了。



原恒星星云刚开始收缩时，云边缘温度极低，有可能只有几K，1~2K，甚至零点几K；内部温度稍高，但气体都极稀簿。
所有气体分子都处于过冷状态，一旦粘上微尘会形成冰晶（不一定是水冰，开始时可能包括所有气体分子的结晶）包微尘的颗粒，由自由分子热运动状态（布朗运动）变为自由落体坠向星云深处。
如果星云深处的温度高于这个冰一  晶包微尘的颗粒的熔点，他就会变为液滴（不一定目水滴，开始时可能包括所有的液化气体）；如果温度高于沸点，他就会汽化；气化之后的微尘重于气体分子，他会留在云内部，而气体分子则有能受热上升，冲上云霄带另一个下来。
如果某个冰晶包微尘的颗粒包含多个微尘，的熔化后就变成泥水滴，气体气化后就可以形成徽小的小土块了。
——雨、雪比引力坍塌更有效地将气体尘埃汇聚向云内部。



当原恒星星云收缩到b点的温度高于氦的冰点时，原恒星星云不再有氦雪，而少了氦雪的原恒星星云降水（广义的，不单指H2O）把气体尘埃汇聚向云内部的效能就相对降低了，
一旦原恒星星云收缩到b点的温度高于氦的液化点时，原恒星星云连氦雨也不再有，少了氦雨氦雪的原恒星星云降水（广义的，不单指H2O）把气体尘埃汇聚向云内部的效能更低——从此之后氦只进行引力对抗分子热运动(布朗运动)的一般引力收缩，而其他气体仍然以降水（广义的，不单指H2O）的形式把气体尘埃快速汇聚向云内部。
此时的原恒星星云的氦丰度外部比内部高。

当原恒星星云收缩到b点的温度高于氢的冰点时，原恒星星云不再有氦氢雪，而少了氢雪的原恒星星云降水（广义的，不单指H2O）把气体尘埃汇聚向云内部的效能就又再相对降低了，
一旦原恒星星云收缩到b点的温度高于氢的液化点时，原恒星星云连氢雨也不再有，少了氢雨氢雪和氦雨氦雪的原恒星星云降水（广义的，不单指H2O）把气体尘埃汇聚向云内部的效能则更低——从此之后氢和氦只进行引力对抗分子热运动(布朗运动)的一般引力收缩，而其他气体仍然以降水（广义的，不单指H2O）的形式把气体尘埃快速汇聚向云内部。
此时的原恒星星云的氦丰度外部比内部高，氢丰度在次外层达到最高。

......
随着原恒星星云继续收缩，b点的温度继续升高，氖、氮、一氧化碳、氟、氧、氡、氨、甲醛、乙醚、酒精、......、水、......、二氧化硫、......等，气化点越来越高的气体相继退出降水活动，
形成气体丰度由内往外按气化点由高到低排列的原恒星星云结构，直到原恒星星云最后一滴降水（广义的，不单指H2O）的地方以下的云物质丰度均匀的，并保持结构收缩，直到点火发光，
这个地方以下，也是尘埃聚居的地方，泥巴、土块、砂石也超不出这个界限。
所以，我们看到的太阳、恒星光谱的氢/氦比例不是宇宙的氢/氦比例，氦的丰度度被放大了！

这一层介绍一点新东西：(Meteor astronomy——流星天文学， http://en.wikiversity.org/wiki/Meteor_astronomy)
原恒星星云的降水、降雪、下雹没有地面、水面的承接，会一直落下去，
只要没有被内部的高温蒸发，在高度空虚的原恒星星云里，就会加速到象流星一样快，
就需要流星天文学，这个网上有，大家自己看吧。

如果是狂风夹杂着暴雨、暴雪、冰雹，就会落到低层进行轨道运行。
主星原始云里的雨,雪,霜,雹行为，以及冰,石,岩,铁块的形成，这两项得另起炉灶了。

很有意思，边看边想，呵呵

观摩学习。

有意思。

沙发有更新：“主星原始云里的风、云、雷电”

风、云、雷、电这层写的有些意思，期待你的雨,雪,霜,雹，希望你能把雪花如何形成六角形说明一下。

主楼有更新，加插了一张轨道物的力学分析图。
可以将康德/拉普拉斯星云说从神坛上一举击落。

主楼有更新：
引力/质量=k*r^n的场所（其中n>0，可以是非整数），才能形成自转方向与公转方向相同的行星！
当中n>0改为n>-1
只要n>-1(不含-1)， 在引力/质量=k*r^n的引力场中，就可以形成自转方向与公转方向相同的行星。

沙发有更新：
加入了恒星大气的对比，列为有内部热源类，
把类木行星也列为原恒星主星云一类，列为无热源类，
把地球列为有外部热源类。

对比一下这几个层和地球的大气层：
地球：                对流层；                      同温层；                 平流层；           逸散层，   
(外部热源）       地面→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→太空

原恒星主星云： 内部收缩层（D）；    转折层（C）；      过渡层（B）；逸散层（A），
(无热源)             星云内部→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→太空
（类木行星情况相同）

恒星大气 ：       内部热对流层（D）；光/色球层（C）；日冕层（B）；逸散层（A），
(内部热源)          星云内部→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→太空

温度变化：        高温→→低温                温度基本不变          低温→→高温   高温→→低温
密度变化；        大密度→→→→→→→→中密度→→→→→小密度→→→→→→→→→虚空

板凳有更新，标题都改了，
描述原恒星系统里主星星云里的风、云、雷电与恒星大气、地球大气和类木行星气体构层的异同。
原恒星系统里主星星云的对流层、同温层、平流层、逸散层结构，不是张嘴就来的。

主星原始云里的雨,雪,霜,雹行为在地板或下一贴再说。

地板有更新，
YY了一些行星形成所需要的基本“天体气象学”

哈,可以上图了,原来是IE浏览器的问题,
NXPD!

IE8真杯吹

13楼的那个图美化了一下：

星云里降“水“的”路线“图



星云里没有”大地“与”海洋“承接”上空“降下来的”大雨“，”雨点“会直落而下，
大风刮下来的”雨水“横向速度大，会留在离中心更远的地方；风小一点则”雨水“会留在离中心更近的地方；无风降下的”雨水“会穿心而过。

实际上，即使在空虚的星云中，高速下落的”雨点“也会因摩擦生热让雨点的液/冰蒸发，剩下雨水中吸附的尘埃结成土块；
甚致摩擦的高温会让大块的土块烧结成石头、岩石......


星云有能力制造石、岩、矿、甚致小行星，
不用上帝”预制“的!