Таємниці протопланетних дисків
Турбулентність в космічних газопилових дисках оцінили по-новому.
За сучасними уявленнями зірки і планетні системи утворюються з обертового газопилового диска, який формується гравітацією. Такі диски називаються аккреционного, і також виникають навколо масивних космічних об'єктів - планет, зірок і навіть галактик - при падінні на них речовини.
Протопланетний диск очима художника. (Ілюстрація: Wikipedia.)
Протопланетний диск в Туманності Оріона, фотографія з телескопа «Хаббл». (Фото: Wikipedia.)
Якщо говорити про молодих зірках або протозірку, то навколо них виникають ще й протопланетні диски, з яких згодом утворюються планети. Вивчення акреційних і протопланетних дисків - одна з головних задач астрофізики: вони допомагають пояснити еволюцію космічних тіл і багато інших астрофізичні явища.
Речовина в такому диску не падає до його центру, а рухається навколо нього відповідно до законів Кеплера. Це означає, що диск не обертається як одне ціле: шари речовини, розташовані ближче до його центру, мають велику кутову швидкість, ніж віддалені. Кутова швидкість обертання шарів зменшується обернено пропорційно відстані від центру обертання, зведеному в ступінь 3/2. Такий рух рідини або газу отримало у фізиці назву кеплеровского сдвигового течії. Через тертя між шарами газу ті з них, що знаходяться всередині, поступово сповільнюються і в підсумку падають в центр диска, а сам диск нагрівається.
Численні спостереження показують, що такі диски знаходяться в турбулентному стані. Однак в разі так званих холодних дисків, речовина в яких слабоіонізіровно (практично навіть неіонізовану), пояснити, чому вони турбулентності, непросто - в лабораторії досі нікому не вдалося змусити неіонізованное речовина рухатися турбулентному в кеплеровском перебігу. Іншими словами, кеплерівський протягом, на відміну від інших відомих зсувних течій, демонструє дивовижну стійкість.
Ламінарний потік, коли рідина або газ переміщається шарами без перемішування, перетворюється в турбулентний, коли параметр потоку, званий числом Рейнольдса, стає більше деякого критичного значення. Це число пропорційно щільності середовища, її швидкості та розмірами потоку. Ми знаємо, що кеплерівський протягом може бути стійким при дуже великих числах Рейнольдса - аж кількох мільйонів. Однак в реальних космічних дисках число Рейнольдса може досягати значень в десятки мільярдів.
Турбулентність не може існувати без зростаючих вихрових флуктуацій (збурень) швидкості і тиску. Особливі різновиди подібних флуктуацій є спіралі, розвиваються під впливом обертання речовини з різною швидкістю шарів. Астрофізики Державного астрономічного інституту імені П.К. Штернберга при МДУ вперше показали, що такі флуктуації здатні підтримувати турбулентність з розмірами, що значно перевищують товщину диска.
Джерело: Наука и жизнь (nkj.ru)
Читайте також:
Безхвості комети розкажуть про минуле Сонячної системи.