Линия Мороза (астрофизика) - Frost line (astrophysics)

В астрономии или планетарной науке , то мороз линия , также известная как линии снега или ледяной линия , является особенно расстоянием в солнечной туманности от центральной протозвезды , где он холодный достаточно для летучих соединений , таких как вода , аммиак , метан , двуокись углерода , и окись углерода для конденсации в твердые зерна льда.

Каждое летучее вещество имеет свою собственную линию снега (например, окись углерода, азот и аргон), поэтому важно всегда указывать, какой материал снеговой линии имеется в виду. Для материалов, которые трудно обнаружить, можно использовать индикаторный газ; например диазенилий для монооксида углерода.

Термин заимствован из понятия « линия промерзания » в почвоведении .

Место расположения

Различные летучие соединения имеют разные температуры конденсации при разных парциальных давлениях (следовательно, разную плотность) в туманности протозвезды, поэтому их соответствующие линии инея будут отличаться. Фактическая температура и расстояние до линии снежного покрова водяного льда зависят от физической модели, использованной для ее расчета, и от теоретической модели солнечной туманности:

  • 170 К при 2,7 а.е. (Хаяси, 1981)
  • От 143 К при 3,2 а.е. до 150 К при 3 а.е. (Подолак и Цукер, 2010)
  • 3,1 AU (Мартин и Ливио, 2012 г.)
  • ≈150 K для зерен размером в мкм и ≈200 K для тел размером в км (D'Angelo, Podolak, 2015)

Текущая линия снежного покрова в сравнении с линией снежного покрова формации

Радиальное положение фронта конденсации / испарения меняется со временем по мере развития туманности. Иногда термин « линия снега» также используется для обозначения текущего расстояния, на котором водяной лед может быть устойчивым (даже под прямыми солнечными лучами). Это текущее расстояние линии снега отличается от расстояния линии снежного покрова во время формирования Солнечной системы и приблизительно равно 5 а.е. Причина разницы в том, что во время формирования Солнечной системы солнечная туманность была непрозрачным облаком, где температура была ниже вблизи Солнца, а само Солнце было менее энергичным. После образования лед был погребен падающей пылью, и он оставался стабильным на несколько метров ниже поверхности. Если лед в пределах 5 а.е. обнажается, например, кратером, он сублимируется в короткие сроки. Однако вне прямого солнечного света лед может оставаться стабильным на поверхности астероидов (а также Луны и Меркурия), если он расположен в постоянно затененных полярных кратерах, где температура может оставаться очень низкой на протяжении всего возраста Солнечной системы (например, 30-40 лет). К. на Луне).

Наблюдения за поясом астероидов , расположенным между Марсом и Юпитером, позволяют предположить, что линия водного снега во время формирования Солнечной системы располагалась внутри этого региона. Внешние астероиды представляют собой ледяные объекты класса C (например, Абэ и др. 2000; Морбиделли и др. 2000), тогда как внутренний пояс астероидов в значительной степени лишен воды. Это означает, что когда произошло образование планетезималей, линия снега была расположена примерно в 2,7 а.е. от Солнца.

Например, карликовая планета Церера с большой полуосью 2,77 а.е. лежит почти точно на нижней оценке линии водяного снега во время формирования Солнечной системы. Кажется, что у Цереры ледяная мантия, а под поверхностью может даже находиться водный океан.

Формирование планеты

Более низкая температура в туманности за линией изморози делает гораздо больше твердых частиц доступными для аккреции в планетезимали и, в конечном итоге, на планеты . Таким образом, линия инея отделяет планеты земной группы от планет-гигантов Солнечной системы. Однако планеты-гиганты были обнаружены внутри линии инея вокруг нескольких других звезд (так называемые горячие юпитеры ). Считается, что они образовались за пределами линии промерзания, а затем мигрировали внутрь на свои нынешние позиции. Земля, которая находится менее чем на четверти расстояния от линии замерзания, но не является планетой-гигантом, обладает достаточной гравитацией, чтобы удерживать метан, аммиак и водяной пар от выхода через нее. Метан и аммиак встречаются редко в атмосфере Земли только из-за их нестабильности в богатой кислородом атмосфере, которая возникает в результате жизнедеятельности (в основном зеленых растений) , биохимия которых предполагает наличие большого количества метана и аммиака одновременно, но, конечно, жидкую воду и лед , которые химически стабильны в такой атмосфере, образуют большую часть поверхности Земли.

Исследователи Ребекка Мартин и Марио Ливио предположили, что пояса астероидов могут иметь тенденцию формироваться в непосредственной близости от линии замерзания из-за того, что близлежащие планеты-гиганты нарушают формирование планет внутри своей орбиты. Анализируя температуру теплой пыли, обнаруженной около 90 звезд, они пришли к выводу, что пыль (и, следовательно, возможные пояса астероидов) обычно обнаруживалась вблизи линии инея. Основным механизмом может быть термическая нестабильность линии снега в масштабе времени от 1000 до 10000 лет, что приводит к периодическому осаждению пылевого материала в относительно узких околозвездных кольцах.

Смотрите также

Рекомендации

Внешние ссылки