Տիեզերքի ամենահետաքրքիր առեղծվածներից մեկը. ինչո՞ւ կան քարքարոտ և սառցե, բայց ոչ գազային արբանյակներ

Մեր արեգակնային համակարգի մոլորակների արբանյակները տարբեր բաղադրություն ունեն․ կան քարքարոտ արբանյակներ (օրինակ՝ Երկրի արբանյակ Լուսինը), օվկիանոսային արբանյակներ (օրինակ՝ Յուպիտերի արբանյակ Եվրոպան և Սատուրնի արբանյակ Էնցելադուսը) և արբանյակներ՝ սառույցից (օրինակ՝ Նեպտունի արբանյակ Տրիտոն): Սակայն գազային արբանյակներ չկան։

Ինչո՞ւ։ Կա՞ն արդյոք ֆիզիկական պատճառներ, թե ինչու գազային արբանյակներ չեն կարող գոյություն ունենալ: Թե՞ նրանց բացակայությունը պարզապես պատահականություն է։

Հասկանալու համար, թե ինչու գազային արբանյակներ չկան, համենայն դեպս, մեր Արեգակնային համակարգում, նախ պետք է հասկանալ, թե ինչպես են ձևավորվում գազային հսկա մոլորակները: Ըստ Space.com-ի՝ նման մոլորակների ձևավորման երկու սցենար կա՝ «ներքևից վեր» և «վերևից ներքև»:

Ինչպե՞ս են ձևավորվում գազային հսկաները․ երկու սցենար

Արեգակնային համակարգի գազային հսկաները, ըստ գիտնականների, ձևավորվել են «ներքևից վեր» սցենարով։

Եթե կարողանայինք հետ գնալ 4,5 միլիարդ տարի, ապա կտեսնեինք երիտասարդ Արեգակը՝ շրջապատված գազի և փոշու սկավառակով: Սա նախամոլորակային սկավառակն է, որից առաջացել են բոլոր մոլորակները։ Նախ սկսել են ի հայտ գալ քարքարոտ մարմիններ, որոնք կլանում էին փոշին, քարերն ու աստերոիդները և աճում։ Մի մասը հասել է Մարսի կամ Վեներայի չափերին, իսկ մյուսները շարունակել են աճել՝ ձևավորելով հսկա ժայռոտ մարմիններ, որոնց զանգվածը 10 անգամ մեծ էր Երկրից։

Երբ դրանք հասել են այդ զանգվածին, արդեն ունեին բավական ուժեղ ձգողականություն, որպեսզի սկսեին նախամոլորակային սկավառակից մեծ ծավալներով գազ ձգել դեպի իրենց: Արդյունքում համակարգում ձևավորվեցին գազային հսկա մոլորակները՝ Յուպիտերը և Սատուրնը, ինչպես նաև ավելի սառը «սառցե հսկաներ» Ուրանն ու Նեպտունը։

NASA-ի Juno առաքելությունը դեպի Յուպիտեր օգնեց գտնել ապացույցներ, որոնք հաստատում են մոլորակների առաջացման կոնկրետ այս սցենարը։ Այն Յուպիտերի կենտրոնում հայտնաբերեց մեծ, քարքարոտ, բայց դիֆուզիոն միջուկ, որը Երկրի զանգվածից մոտ տասը անգամ մեծ է և ունի ձգողականություն:

Ինչ վերաբերում է «վերևից ներքև» սցենարին, ապա այս դեպքում գազային մոլորակները ձևավորվում են անմիջապես միգամածությունում գազի փլուզվող կուտակումից, ինչպես աստղերի դեպքում է լինում: Երբ գազի մեծ զանգվածը սեղմվում և խտանում է սեփական ձգողականության ուժի ներքո, այն սկսում է տաքանալ: Սակայն տաք գազը սովորաբար հակված է ընդլայնվելու, և որպեսզի շարունակի սեղմվել, գազի «գունդը» պետք է ավելորդ ջերմություն արձակի: Ահա թե ինչու ենք հաճախ տեսնում փլուզվող գազային ամպեր ջերմային ինֆրակարմիր էներգիայով:

Մյուս կողմից, բավականաչափ ջերմության արտանետումը, որպեսզի գազը կարողանա բավականաչափ սառչել և դեռ շարունակի սեղմվել, կախված է փոշու անթափանցիկությունից, ջերմաստիճանից և մի շարք այլ գործոններից, և այս գործընթացի արդյունավետությունը կապված է նաև մոլորակի չափի հետ․ եթե այն Յուպիտերի զանգվածից երեք անգամ փոքր է, ապա այս գործընթացը սպասվածի պես չի աշխատի: Ահա թե ինչու Յուպիտերի երեք զանգվածից փոքր մոլորակները չեն կարող ձևավորվել «վերևից վար» սցենարի համաձայն:

Ինչո՞ւ Արեգակնային համակարգում գազային արբանյակներ չկան

Ինչպես իրենց մոլորակները, մեր արեգակնային համակարգի արբանյակների մեծ մասը ձևավորվել է «ներքևից վեր» սցենարով՝ իրենց մայր մոլորակներին շրջապատող մնացորդային նյութի սկավառակների միջուկի կուտակման արդյունքում (հասկանալի պատճառներով, երկրորդ սցենարը չէր կարող գործել այստեղ): Քանի որ մոլորակներն արդեն սպառել էին առկա նյութի մեծ մասը, այդ նյութը պարզապես բավարար չէր այնպիսի զանգվածային արբանյակներ ձևավորելու համար, որպեսզի դրանք ունենային բավականաչափ ձգողականություն՝ մեծ քանակությամբ գազ պահելու համար: Պատահական չէ, որ Արեգակնային համակարգում միայն մեկ արբանյակ ունի մթնոլորտ, և դա Տիտանն է՝ Սատուրնի ամենամեծ արբանյակը:

Ստացվում է, որ մոլորակների գազային արբանյակները պարզապես չեն կարող ձևավորվել մեր համակարգում հայտնի երկու սցենարներից որևէ մեկի դեպքում:

Երբ դրանք հասել են այդ զանգվածին, արդեն ունեին բավական ուժեղ ձգողականություն, որպեսզի սկսեին նախամոլորակային սկավառակից մեծ ծավալներով գազ ձգել դեպի իրենց: Արդյունքում համակարգում ձևավորվեցին գազային հսկա մոլորակները՝ Յուպիտերը և Սատուրնը, ինչպես նաև ավելի սառը «սառցե հսկաներ» Ուրանն ու Նեպտունը։

NASA-ի Juno առաքելությունը դեպի Յուպիտեր օգնեց գտնել ապացույցներ, որոնք հաստատում են մոլորակների առաջացման կոնկրետ այս սցենարը։ Այն Յուպիտերի կենտրոնում հայտնաբերեց մեծ, քարքարոտ, բայց դիֆուզիոն միջուկ, որը Երկրի զանգվածից մոտ տասը անգամ մեծ է և ունի ձգողականություն:

Ինչ վերաբերում է «վերևից ներքև» սցենարին, ապա այս դեպքում գազային մոլորակները ձևավորվում են անմիջապես միգամածությունում գազի փլուզվող կուտակումից, ինչպես աստղերի դեպքում է լինում: Երբ գազի մեծ զանգվածը սեղմվում և խտանում է սեփական ձգողականության ուժի ներքո, այն սկսում է տաքանալ: Սակայն տաք գազը սովորաբար հակված է ընդլայնվելու, և որպեսզի շարունակի սեղմվել, գազի «գունդը» պետք է ավելորդ ջերմություն արձակի: Ահա թե ինչու ենք հաճախ տեսնում փլուզվող գազային ամպեր ջերմային ինֆրակարմիր էներգիայով:

Մյուս կողմից, բավականաչափ ջերմության արտանետումը, որպեսզի գազը կարողանա բավականաչափ սառչել և դեռ շարունակի սեղմվել, կախված է փոշու անթափանցիկությունից, ջերմաստիճանից և մի շարք այլ գործոններից, և այս գործընթացի արդյունավետությունը կապված է նաև մոլորակի չափի հետ․ եթե այն Յուպիտերի զանգվածից երեք անգամ փոքր է, ապա այս գործընթացը սպասվածի պես չի աշխատի: Ահա թե ինչու Յուպիտերի երեք զանգվածից փոքր մոլորակները չեն կարող ձևավորվել «վերևից վար» սցենարի համաձայն:

Ինչո՞ւ Արեգակնային համակարգում գազային արբանյակներ չկան

Ինչպես իրենց մոլորակները, մեր արեգակնային համակարգի արբանյակների մեծ մասը ձևավորվել է «ներքևից վեր» սցենարով՝ իրենց մայր մոլորակներին շրջապատող մնացորդային նյութի սկավառակների միջուկի կուտակման արդյունքում (հասկանալի պատճառներով, երկրորդ սցենարը չէր կարող գործել այստեղ): Քանի որ մոլորակներն արդեն սպառել էին առկա նյութի մեծ մասը, այդ նյութը պարզապես բավարար չէր այնպիսի զանգվածային արբանյակներ ձևավորելու համար, որպեսզի դրանք ունենային բավականաչափ ձգողականություն՝ մեծ քանակությամբ գազ պահելու համար: Պատահական չէ, որ Արեգակնային համակարգում միայն մեկ արբանյակ ունի մթնոլորտ, և դա Տիտանն է՝ Սատուրնի ամենամեծ արբանյակը:

Ստացվում է, որ մոլորակների գազային արբանյակները պարզապես չեն կարող ձևավորվել մեր համակարգում հայտնի երկու սցենարներից որևէ մեկի դեպքում:

Kepler 1625b-i-ի զանգվածը Երկրի զանգվածից մեծ է 19 անգամ (Յուպիտերի զանգվածի մոտ 6%-ը), և այն ուղեկցում է գազային մոլորակին, որի զանգվածը 30 անգամ մեծ է Երկրից, իսկ դրա տրամագիծը կրկնակի փոքր է Յուպիտերի տրամագծից։

Kepler 1708b-i-ն, ամենայն հավանականությամբ, ավելի փոքր զանգված ունի, քան Kepler-1625b-i-ն, որի տրամագիծը Երկրի տրամագծից մոտ հինգ անգամ մեծ է (Կեպլեր-1625b-i-ի տրամագծի մոտ կեսը), և այն ուղեկցում է հսկա մոլորակի, որը 4,6 անգամ ավելի զանգված ունի, քան Յուպիտերը։

Գիտնականների կարծիքով՝ քիչ հավանական է, որ այս երկու օբյեկտները կարող էին ձևավորվել հայտնի ձևերից մեկի միջոցով։ Ամենայն հավանականությամբ, դրանք ձևավորվել են որպես մոլորակներ, այնուհետև «գրավվել» ավելի մեծ գազային հսկաների կողմից: Այս դեպքում ստացվում է, որ դրանք իսկական արբանյակներ չեն, այլ ավելի շուտ երկակի մոլորակների օրինակ, երբ երկու մոլորակները պտտվում են իրենց միջև ընկած տարածությունում գտնվող ընդհանուր զանգվածի կենտրոնի շուրջ, այլ ոչ թե մեկը մյուսի շուրջ:

Այսպիսով, ըստ գիտնականների, գազային արբանյակների նման մի բան կարող է գոյություն ունենալ, սակայն դրանք ստեղծելու համար բնությունը կարծես ստիպված է եղել դիմել խաբեության: