(увеличенная репродукция нижней части верхнего изображения): Марс и Меркурий; ниже: Луна, Плутон и Хаумеа.

Плане́та (греч. πλανήτης, альтернати́вная фо́рма др.-греч. πλάνης — «странник») — это небесное тело, вращающееся по орбите вокруг звезды или её остатков, достаточно массивное, чтобы стать округлым под действием собственной гравитации, но недостаточно массивное для начала термоядерной реакции, и сумевшее очистить окрестности своей орбиты от планетезималей[a][1][2].

Термин «планета» — древний и имеет связи с историей, наукой, мифологией и религией. Во многих ранних культурах планеты рассматривались как носители божественного начала или, по крайней мере, статуса божественных эмиссаров. По мере развития науки представления о планетах менялись в немалой степени и благодаря открытию новых объектов и обнаружению различий между ними.

В понимании учёных птолемеевской эпохи планеты вращались вокруг Земли по идеально круглым орбитам. Идея обратного — что на самом деле Земля подобно другим планетам вращается вокруг Солнца — выдвигалась не раз, но лишь в XVII столетии она была обоснована по результатам наблюдений Тихо Браге, полученных еще до появления первых телескопов, сделанных Галилео Галилеем. Благодаря тщательному анализу данных Иоганн Кеплер обнаружил, что орбиты планет не круглые, а эллиптические. Поскольку инструменты наблюдений улучшались, астрономы установили, что, как и Земля, планеты вращаются вокруг наклонённой к плоскости своей орбиты оси и обладают такими особенностями, свойственными Земле, как смена сезонов. С рассветом космической эры близкие наблюдения позволили обнаружить и на других планетах Солнечной системы вулканическую деятельность, тектонические процессы, ураганы и даже присутствие воды.

Планеты можно поделить на два основных класса: большие, имеющие невысокую плотность планеты-гиганты, и менее крупные землеподобные планеты, имеющие твёрдую поверхность. Согласно определению Международного астрономического союза, в Солнечной системе 8 планет. В порядке удаления от Солнца — четыре землеподобных: Меркурий, Венера, Земля, Марс, затем четыре планеты-гиганта: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. В Солнечной системе также есть по крайней мере 5 карликовых планет: Плутон (до 2006 года считавшийся девятой планетой), Макемаке, Хаумеа, Эрида и Церера. За исключением Меркурия и Венеры, вокруг всех планет обращается хотя бы по одному спутнику.

Начиная с 1992 года, с открытием сотен планет вокруг других звёзд, названных экзопланетами, стало понятным, что планеты можно обнаружить в Галактике везде, и они имеют много общего с планетами Солнечной системы. В 2006 году Международный астрономический союз дал новое определение планеты, что вызвало как одобрение, так и критику со стороны учёного сообщества, продолжаемую некоторыми учёными до сих пор.

На 20 января 2016 года достоверно подтверждено существование 2049 экзопланет в 1297 планетных системах, из которых в 507 имеется более одной планеты. Размеры экзопланет лежат в пределах от размеров планет земной группы до более крупных, чем планеты-гиганты[3]

Планетные системы

Состав планетных систем

Экзопланеты по годам открытия

Первое подтверждённое открытие экзопланеты на орбите вокруг звезды главной последовательности произошло 6 октября 1995 года, когда Мишель Майор и Дидье Кело из Женевского университета объявили об обнаружении планеты около 51 Пегаса. Масса большинства известных экзопланет сопоставима с массой Юпитера или ещё больше (иногда во много раз), но известны и менее крупные[3]. Наименьшие из открытых экзопланет до настоящего времени были обнаружены у пульсара (остатка звезды) под обозначением PSR 1257+12[4]. Известна по крайней мере дюжина экзопланет между 10 и 20 земными массами[3], как, например, те, что вращаются вокруг Мю Жертвенника, 55 Рака и GJ 436[5]. Эти планеты иногда называют «нептуны», потому что по своей массе они близки к Нептуну (17 земных)[6]. Другая категория экзопланет называется «сверхземлями» — возможно, это землеподобные миры, более крупные, чем Земля, но меньшие, чем Уран или Нептун. На настоящий момент известно примерно 20 возможных сверхземель и в их числе: Глизе 876 d (примерно 6 масс Земли)[7], OGLE-2005-BLG-390L b и MOA-2007-BLG-192L b, холодные, ледяные миры, обнаруженные при помощи гравитационного микролинзирования[8][9], COROT-7b, с диаметром около 1,7 земных (что делает её самой маленькой известной сверхземлёй из найденных), но с радиусом орбиты в 0,02 а. е., что, вероятно, означает наличие расплавленной поверхности с температурой около 1000—1500 °C[10], и пять из шести планет на орбите вокруг соседнего красного карлика Глизе 581. Экзопланета Глизе 581 d примерно в 7,7 раз массивнее Земли[11], а Глизе 581 c — в 5 раз, и, как первоначально думали, может быть первой землеподобной экзопланетой, расположенной в зоне обитаемости[12]. Однако более детальные наблюдения позволили установить, что планета слишком близка к звезде, чтобы быть пригодной для жизни. Жизнепригодной могла бы быть самая дальняя планета в системе, Глизе 581 d, но это возможно только при наличии в её атмосфере достаточного количества парниковых газов, способных поднять температуру до подходящих значений[13].

Сравнение размеров HR 8799 c (серый) с Юпитером. Большинство экзопланет, обнаруженных к настоящему времени, размером с Юпитер, или крупнее

До сих пор не до конца ясно, напоминают ли открытые экзопланеты газовые гиганты и планеты земной группы Солнечной системы, или же они не совсем похожи, и некоторые из них относятся к доселе теоретическим типам, как, например, аммиачные гиганты или углеродные планеты. В частности, множество недавно открытых экзопланет, известных как горячие юпитеры, обращаются экстремально близко к материнским звёздам, по почти круговым орбитам. Поэтому они получают значительно больше звёздной радиации, чем газовые гиганты в Солнечной системе, что ставит под вопрос принадлежность их к тому же типу. Существует также подкласс горячих юпитеров, называемый хтонические планеты, обращавшиеся на орбите вокруг материнских звёзд так близко, что звёздная радиация сдула их атмосферу. Несмотря на то, что немало горячих юпитеров находятся в процессе потери атмосферы, до сих пор подтверждённых хтонических планет обнаружено не было[14].

Более подробные данные наблюдений за экзопланетами требуют нового поколения инструментов, включая космические телескопы. В настоящее время COROT ищет экзопланеты на основании наблюдений за изменениями яркости звёзд, вызванными прохождениями экзопланет. Множество проектов в последнее время предполагают создание космических телескопов для поиска экзопланет, сопоставимых по размерам и массе с Землёй. Первый из них уже реализован NASA: Кеплер — первый телескоп, созданный специально для этих целей. Пока не имеют точной даты реализации проекты Terrestrial Planet Finder, Space Interferometry Mission и PEGASE. New Worlds Mission может работать заодно с «Джеймсом Веббом». Однако программа финансирования многих из этих проектов пока не утверждена. В 2007 году был получен первый спектральный анализ экзопланет (HD 209458 b и HD 189733 b)[15][16]. Наличие достаточного количества землеподобных планет, согласно уравнению Дрейка, повышает вероятность существования разумных коммуникативных цивилизаций[17].

Объекты планетарной массы

Объект планетарной массы, ОПМ или планемо — это небесное тело, чья масса позволяет ему попадать в диапазон определения планеты, то есть его масса больше, чем у малых тел, но недостаточна для начала термоядерной реакции по образу и подобию коричневого карлика или звезды. Понятие ОПМ более широкое, чем понятие планеты. Оно охватывает не только планеты, но и другие объекты — например, планеты в «свободном плавании», не обращающиеся вокруг звезд, которые могут быть «планетами-сиротами», покинувшими свою систему, или объекты, появившиеся в ходе коллапса газового облака — вместо типичной для большинства планет аккреции из протопланетного диска (их обычно называют субкоричневыми карликами).

Планета-сирота

Некоторые компьютерные модели формирования звёзд и планетарных систем показывают, что определённые «объекты планетарной массы» могут покинуть свою систему и уйти в межзвёздное пространство[18]. Некоторые учёные утверждали, что такие объекты уже нашли свободно блуждающими в космосе и их следует классифицировать как планеты, хотя другие предположили, что они могут быть и маломассивными звёздами[19][20].

Субкоричневые карлики

При гравитационном коллапсе газового облака могут образовываться не только звёзды, но и меньшие объекты. Объекты планетарной массы, образовавшиеся таким способом, называют субкоричневыми карликами. Субкоричневые карлики могут находиться в «свободном плавании», как, возможно, Cha 110913-773444, или на орбите вокруг более крупного объекта, как, возможно, 2MASS J04414489+2301513.

В течение короткого времени в 2006 астрономы считали, что нашли двойную систему из таких объектов, Oph 162225-240515, которые исследователи описали как «планемо», или «объекты планетарной массы». Однако дальнейший анализ позволил установить, что их массы, скорее всего, больше 13 масс Юпитера, что превращает их в систему из коричневых карликов[21][22][23].

Планеты-спутники и планеты поясов

Некоторые крупные спутники сходны по размерам с планетой Меркурий или даже превосходят её. Например, Галилеевы спутники и Титан. Алан Стёрн утверждает, что определение планеты должно быть основанным только на геофизических характеристиках и не должно касаться орбитальных. Он предлагает термин планета-спутник для объекта размером с планету, обращающегося вокруг другой планеты. Аналогично объекты размером с планету в Поясе астероидов или Поясе Койпера также могут считаться планетами согласно Стёрну[24].

Движение планет по орбите

Орбита Нептуна (синяя) и Плутона (красная). Заметны сильная вытянутость (эксцентриситет) и наклонение орбиты Плутона

Теория движения планет по орбите была открыта и разработана Албертом Сериндором-Капенским младшим.

Согласно современному определению все планеты вращаются вокруг звёзд, что лишает статуса планеты любые потенциальные «планеты-одиночки». В Солнечной системе все планеты обращаются по своим орбитам в том же направлении, в каком вращается Солнце (против часовой стрелки, если смотреть со стороны северного полюса Солнца). Но по крайней мере одна экзопланета, WASP-17b, вращается по орбите вокруг звезды в направлении, противоположном её вращению[25]. Период, за который планета обращается вокруг звезды, называется сидерическим или годом[26]. Планетарный год в немалой степени зависит от расстояния планеты от звезды; чем дальше планета находится от звезды, тем большую дистанцию она должна пройти, и тем медленнее она движется, так как менее затронута гравитацией звезды. Поскольку никакая орбита не является совершенно круглой, расстояние между звездой и планетой на орбите изменяется в течение сидерического периода. Точку орбиты, где планета ближе всего к звезде, называют периастром (в Солнечной системе — перигелием), а самая дальняя точка орбиты называется апоастром (в Солнечной системе — афелием). Поскольку в периастре планета приближается к светилу, потенциальная энергия гравитационного взаимодействия переходит в кинетическую, и её скорость увеличивается (подобно тому, как брошенный высоко камень ускоряется, приближаясь к земле), а когда планета находится в апоастре, её скорость уменьшается (подобно тому как тот же брошенный вверх камень замедляется в верхней точке полёта)[27].

Орбита любой планеты определяется несколькими элементами:

  • Эксцентриситет характеризует вытянутость орбиты. Идеально круглая орбита имеет нулевой эксцентриситет, а у сильно вытянутых орбит он может приближаться к единице. У планет Солнечной системы очень низкие эксцентриситеты, и, таким образом, почти круглые орбиты[26]. Кометы и объекты пояса Койпера (как и многие экзопланеты) имеют очень высокий эксцентриситет[28][29].
  • Иллюстрация большой полуоси
    Большая полуось — это половина наибольшего диаметра орбиты (см. изображение). Она не равна расстоянию в апоастре, потому что звезда находится в одном из фокусов орбиты планеты, а не точно в центре[26].
  • Ось вращения Земли отклонена примерно на 23° от перпендикуляра к плоскости орбиты

    Планеты имеют различный наклон оси вращения к плоскости орбиты. Поэтому количество света, получаемого тем или иным полушарием, меняется в течение года. С этим связан цикл климатических изменений — смена сезонов (времён года). Момент, когда одно из полушарий лучше всего или хуже всего освещено Солнцем, называется солнцестоянием. Они случаются дважды в году. То солнцестояние, в котором данное полушарие планеты освещено лучше всего, называется летним, а второе — зимним.

    Осевой наклон Юпитера чрезвычайно низкий, и сезонные изменения там минимальны; Уран же обладает настолько высоким осевым наклоном, что практически «лежит на боку», и одно из его полушарий либо постоянно под солнечным светом, либо постоянно находится в темноте во время солнцестояний[33]. Что касается экзопланет, то их осевые наклоны неизвестны наверняка, однако, большинство «горячих юпитеров» обладают, по-видимому, чрезвычайно низким наклоном, что является результатом близости к звезде[34].

    Вращение

    Помимо того, что планеты обращаются по своей орбите вокруг звезды, они ещё и вращаются вокруг своей оси. Период вращения планеты вокруг оси известен как сутки. Большинство планет Солнечной системы вращаются вокруг своей оси в том же направлении, в каком обращаются вокруг Солнца (против часовой стрелки, если смотреть со стороны северного полюса Солнца). Исключения — Венера, которая вращается по часовой стрелке,[35] и Уран[36], экстремальный осевой наклон которого порождает споры, какой полюс считать южным и какой северным, и вращается ли он против часовой или по часовой стрелке[37]. Однако в любом случае вращение Урана ретроградное относительно его орбиты.

    Вращение планеты может быть вызвано несколькими факторами ещё на стадии формирования. Изначально угловой момент может быть задан индивидуальными угловыми моментами аккрецируемых объектов на ранних стадиях формирования планеты. Аккреция газа газовыми гигантами также может способствовать заданию углового момента планете. Наконец, даже на последних стадиях формирования планеты случайный сильный удар может непредсказуемо изменить положение её оси[38]. Длительность суток на разных планетах сильно отличается: если Венере требуется 243 земных дня для одного оборота вокруг оси, то газовым гигантам хватает нескольких часов[39]. Период вращения для экзопланет не известен. Однако близкое расположение к звёздам горячих юпитеров означает, что на одной стороне планеты царит вечная ночь, а на другой вечный день (орбита и вращение синхронизированы)[40].

    «Чистая орбита»

    Одна из составляющих определения планеты — чистые от иных объектов окрестности орбиты. Планета, которая очистила свои окрестности, накопила достаточную массу, чтобы собрать или, наоборот, разогнать все планетезимали на своей орбите. То есть, планета обращается по орбите вокруг своего светила в изоляции (если не считать её спутников и троянцев), а не делит свою орбиту с множеством объектов подобных размеров. Этот критерий статуса планеты был предложен МАС в августе 2006 года. Этот критерий лишает такие тела Солнечной системы как Плутон, Эрида и Церера статуса классической планеты, относя их к карликовым планетам[1]. Несмотря на то, что этот критерий относится пока только к планетам Солнечной системы, некоторое количество молодых звёздных систем, находящихся на стадии протопланетного диска, имеют признаки «чистых орбит» у протопланет[41].

    Эволюция планетных систем

    Солнечная система

    Планеты и карликовые планеты Солнечной системы. (размеры для сравнения, расстояния не соблюдены)
    Землеподобные планеты: Меркурий, Венера, Земля, Марс (размеры для сравнения, расстояния не соблюдены)
    Четыре газовых гиганта: Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун (размеры для сравнения, расстояния не соблюдены)

    Согласно текущему определению термина планета, которое дал МАС, в Солнечной системе находятся восемь классических планет и пять карликовых планет[42]. В порядке увеличения расстояния от Солнца классические планеты расположены так:

    1. ☿ Меркурий
    2. ♀ Венера
    3. ⊕ Земля
    4. ♂ Марс
    5. ♃ Юпитер
    6. ♄ Сатурн
    7. ♅ Уран
    8. ♆ Нептун

    Юпитер самый крупный — его масса равна 318 земным. Меркурий самый маленький, с массой всего лишь 0,055 от земной. Также возможно существование ещё одной Девятой планеты за пределами орбиты Нептуна. Планеты Солнечной системы можно разделить на 3 группы на основании их характеристик и состава:

    • Земного типа. Планеты, похожие на Землю, в основе своей состоящие из горных пород: Меркурий, Венера, Земля и Марс. С массой в 0,055 от земной, Меркурий — самая маленькая планета земной группы (и вообще самая маленькая из известных на сегодняшний день планет) в Солнечной системе, тогда как Земля — самая крупная землеподобная планета в Солнечной системе.
    • Газовые гиганты. Планеты, в значительной степени состоящие из газа, и значительно более массивные, чем планеты земной группы: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Юпитер, с 318 земными массами — крупнейшая планета в Солнечной системе. Сатурн, не намного меньший, весит «всего» 95 земных масс.
      • Ледяные гиганты, включают в себя Уран и Нептун. Это подкласс газовых гигантов, которых отличает от других газовых гигантов «небольшая» масса (14-17 земных) и значительно меньшие запасы гелия и водорода в атмосферах наравне со значительно большими пропорциями горных пород и льда.
    • Карликовые планеты. До решения 2006 года несколько объектов, обнаруженных астрономами, были предложены к присвоению им статуса планет МАС. Однако в 2006 все эти объекты были определены как карликовые планеты — объекты, отличающиеся от планет. В настоящее время МАС признаёт 5 карликовых планет в Солнечной системе: Цереру, Плутон, Хаумеа, Макемаке и Эриду. Ещё несколько объектов пояса астероидов[источник не указан 2715 дней] и пояса Койпера рассматриваются как текущие кандидаты, и ещё 50 косвенно подходят под определение. Возможно, когда пояс Койпера будет исследован полностью, таких объектов будет обнаружено до 200. Карликовые планеты во многом разделяют особенности планет, хотя и остаются известные различия — а именно то, что они недостаточно массивны, чтобы расчистить свои орбитальные окрестности. По определению, все карликовые планеты являются членами какой-нибудь популяции. Церера — крупнейший объект в астероидном поясе, в то время как Плутон, Хаумеа и Макемаке — объекты пояса Койпера, а Эрида — рассеянного диска. Майк Браун и другие учёные уверены, что более 40 транснептуновых объектов будут впоследствии признаны МАС как карликовые планеты, согласно действующему определению[43].
    Сравнение планет и карликовых планет Солнечной системы
    Имя Экваториальный
    диаметр[a]
    Масса[a] Орбитальный
    радиус[a]
    Период обращения
    (лет)[a]
    Наклонение
    к солнечному экватору
    (°)
    Эксцентриситет
    орбиты
    Период вращения
    (дней)
    Спутники[c] Кольца Атмосфера Дата открытия
    Земная группа Меркурий 0,382 0,06 0,39 0,24 3,38 0,206 58,64 0 нет минимальна
    Венера 0,949 0,82 0,72 0,62 3,86 0,007 −243,02 0 нет CO2, N2
    Земля[b] 1,00 1,00 1,00 1,00 7,25 0,017 1,00 1 нет N2, O2
    Марс 0,532 0,11 1,52 1,88 5,65 0,093 1,03 2 нет CO2, N2
    Газовые гиганты Юпитер 11,209 317,8 5,20 11,86 6,09 0,048 0,41 67 да H2, He
    Сатурн 9,449 95,2 9,54 29,46 5,51 0,054 0,43 62 да H2, He
    Уран 4,007 14,6 19,22 84,01 6,48 0,047 −0,72 27 да H2, He 13 марта 1781[источник не указан 795 дней]
    Нептун 3,883 17,2 30,06 164,8 6,43 0,009 0,67 14 да H2, He 23 сентября 1846[источник не указан 795 дней]
    Карликовые планеты
    Церера 0,08 0,0002 2,5—3,0 4,60 10,59 0,080 0,38 0 нет нет 1 января 1801[источник не указан 795 дней]
    Плутон 0,19 0,0022 29,7—49,3 248,09 17,14 0,249 −6,39 5 нет временная 18 февраля 1930[источник не указан 795 дней]
    Хаумеа 0,37×0,16 0,0007 35,2—51,5 282,76 28,19 0,189 0,16 2 нет нет 28 декабря 2004[источник не указан 795 дней]
    Макемаке ~0,12 0,0007 38,5—53,1 309,88 28,96 0,159 ? 1 нет нет 31 марта 2005[источник не указан 795 дней]
    Эрида 0,19 0,0025 37,8—97,6 558,0 44,19 0,442 ~0,3 1 нет нет 5 января 2005[источник не указан 795 дней]
    a  Относительно Земли
    b  См. статью Земля для точных данных
    c  У Юпитера спутников известно больше, чем у любой другой планеты Солнечной системы (67)[44]
    d  Как и у Плутона вблизи от перигелия — появляется временная атмосфера.

Процессы

Формирование планеты

Протопланетный диск в представлении художника

Ясности в том, какие процессы идут при формировании планет и какие из них доминируют, до сих пор нет. Обобщая наблюдательные данные, можно утверждать лишь то, что[45]:

Отправная точка всех рассуждений о пути формирования планет — газопылевой (протопланетный) диск вокруг формирующейся звезды. Сценариев, как из него получились планеты, существует два типа[46]:

  1. Доминирующий на данный момент — аккреционный. Предполагает формирования из первоначальных планетозималей.
  2. Второй полагает, что планеты сформировались из первоначальных «сгущений», впоследствии сколлапсировавших.

Окончательно формирование планеты прекращается, когда в молодой звезде зажигаются ядерные реакции и она рассеивает протопланетный диск, за счет давления солнечного ветра, эффекта Пойнтинга — Робертсона и прочих[47].

Аккреционный сценарий

Вначале из пыли образуются первые планетозимали. Существует две гипотезы как это происходит:

  • Одна утверждает, что они растут из-за парного столкновения очень маленьких тел.
  • Вторая, что планетозимали формируются в ходе гравитационного коллапса в средней части протопланетного газопылевого диска.

По мере роста возникают доминирующие планетозимали, которые впоследствии станут протопланетами. Расчет темпов их роста довольно разнообразен. Однако базой для них служат уравнение Сафронова:

,

где R — размер тела, a — радиус его орбиты, M* — масса звезды, Σp — поверхностная плотность планетозимальной области, а FG — так называемый параметр фокусировки, ключевой в данном уравнении, для различных ситуаций он определяется по-своему. Расти такие тела могут не до бесконечности, а ровно до того момента пока есть небольшие планетозимали в их окрестностях, пограничная масса (так называемой массой изоляции) при этом получается:

В типичных условиях она варьирует от 0,01 до 0,1 M — это уже является протопланетой. Дальнейшее развитие протопланеты может следовать по следующим сценариям, один из которых приводит к образованию планет с твердой поверхностью, другой — к газовым гигантам.

В первом случае, тела с изолированной массой тем или иным образом увеличивают эксцентриситет и их орбиты пересекаются. В ходе череды поглощений более мелких протопланет образуются планеты подобные Земле.

Планета-гигант может образоваться, если вокруг протопланеты останется много газа из протопланетного диска. Тогда в роли ведущего процесса дальнейшего приращения массы начинает выступать аккреция. Полная система уравнений описывающий данный процесс:

(1)

(2)

(3)

Смысл выписанных уравнений следующий (1) — предполагается сферическая симметрия и однородность протопланеты, (2) предполагается, что имеет место гидростатическое равновесие, (3) Нагрев идет при столкновении с планетозималями, а охлаждение происходит только за счет излучения. (4) — уравнения состояние газа.

Рост ядра будущей планеты-гиганта продолжается до M~10[46] Примерно на этом этапе гидростатическое равновесие нарушается. С этого момента весь аккрецирующий газ уходит на формирование атмосферы планеты-гиганта.

Трудности аккреционного сценария

Первые же трудности возникают в механизмах формирования планетозималей. Общей проблемой для обеих гипотез является проблема «метрового барьера»: любое тело в газовом диске постепенно сокращает радиус своей орбиты, и на определенном расстоянии просто сгорит. Для тел размером порядка одного метра скорость подобного дрейфа наибольшая, а характерное время гораздо меньше необходимого, чтобы планетозималь значительно увеличила свой размер[46].

Кроме того, в гипотезе слияния метровые планетозимали при столкновении скорее разрушатся на многочисленные мелкие части, нежели образуют единое тело.

Для гипотезы формирования планетозималей в ходе фрагментации диска классической проблемой была турбулентность. Однако, возможное её решение, а заодно и проблемы метрового барьера, было получено в недавних работах. Если в ранних попытках решений основной проблемой являлась турбулентность, то в новом подходе этой проблемы нет как таковой. Турбулентность может сгруппировать плотные твёрдые частицы, а вместе с потоковой неустойчивостью возможно образование гравитационно-связанного кластера, за время гораздо меньшее, чем время дрейфа к звезде метровых планетозималей.

Вторая проблема — это сам механизм роста массы:

  1. Наблюдаемое распределение размеров в поясе астероидов невозможно воспроизвести в данном сценарии[46]. Скорее всего, первоначальные размеры плотных объектов 10-100 км. Но это значит, что средняя скорость планетозималей снижается, а значит, снижается скорость формирования ядер. И для планет-гигантов это становится проблемой: ядро не успевает сформироваться до того, как протопланетный диск рассеется.
  2. Время роста массы сравнимо с масштабом некоторых динамических эффектов, способных повлиять на темпы роста. Однако произвести достоверные расчёты на данный момент не предоставляется возможным: одна планета с околоземной массой должна содержать не менее 108 планетозималей.

Сценарий гравитационного коллапса

Как и в любом самогравитирующем объекте, в протопланетном диске могут развиваться нестабильности. Впервые эту возможность рассмотрел Тумре (Toomre) в 1981 году. Оказалось, что диск начинает распадаться на отдельные кольца если

где cs — скорость звука в протопланетном диске, k — эпициклическая частота.

Сегодня параметр Q носит название «параметр Тумре», а сам сценарий называется неустойчивостью Тумре. Время, за которое диск будет разрушен, сравнимо со временем охлаждения диска и высчитывается сходным образом со временем Гельм-Гольца для звезды.

Трудности сценария гравитационного коллапса

Требуется сверхмассивный протопланетный диск.

Эволюция