Rôl Disgyrchiant wrth Ffurfio Planedau
Disgyrchiant yw'r prif "bensaer" sy'n llunio system yr haul a'i planedau. Mae'r grym hwn yn gweithio'n dawel ond yn gyson, gan dynnu mater o raddfa gronynnau llwch i feini mawr ynghyd yn blanedau sefydlog sy'n cylchdroi sêr. Heb ddisgyrchiant, ni fyddai nwy cosmig a llwch byth yn uno'n wrthrychau mwy; byddent yn aros wedi'u gwasgaru ar hap ledled y gofod. Er mwyn deall sut mae planedau'n ffurfio, mae angen i ni archwilio sut mae disgyrchiant yn gweithio o gamau cynharaf genedigaeth system blanedol hyd at ei haeddfedrwydd.
1. Cymylau moleciwlaidd a dechrau cwymp mater
Mae ffurfio planedau yn dechrau ymhell cyn bod planedau—hyd yn oed cyn bod sêr. Mae gofod rhyngserol yn cynnwys cymylau moleciwlaidd, casgliadau o nwy (hydrogen a heliwm yn bennaf) a llwch microsgopig. Mae'r cymylau hyn yn hynod o oer a thenau, ond gallant fod yn anhygoel o enfawr. Ar ryw adeg, gall cwmwl moleciwlaidd ddod yn ansefydlog. Gall y sbardunau ar gyfer ansefydlogrwydd fod yn amrywiol: tonnau sioc o uwchnova gerllaw, gwrthdrawiadau rhwng cymylau, neu aflonyddwch disgyrchiant a achosir gan basio seren arall.
Pan fydd rhan o'r cwmwl yn dod yn ddigon trwchus, mae disgyrchiant yn dechrau "ennill" dros y pwysau thermol sy'n ceisio lledaenu'r deunydd ar wahân. Mae cwymp disgyrchiant yn digwydd: mae mater yn cael ei dynnu tuag at y canol, gan ffurfio craidd sy'n gynyddol drwchus. Dyma gam cychwynnol ffurfio protoseren—seren yn y dyfodol—a fydd yn y pen draw yn dod yn ganol system blanedol.
2. Disgyrchiant a ffurfio disgiau protoblanedol
Nid yw'r cwymp yn digwydd yn syth tuag at y canol fel cwymp rhydd syml. Mae gan gymylau moleciwlaidd gylchdro bach fel arfer. Wrth i fater gwympo, mae'r cylchdro hwn yn cyflymu oherwydd cadwraeth momentwm onglog (yn debyg iawn i sglefriwr ffigur yn tynnu ar ei freichiau i gyflymu ei gylchdro). O ganlyniad, nid yw'r mater sy'n cwympo yn taro'r canol ar unwaith ond mae'n ymledu allan i ffurfio strwythur gwastad, cylchdroi: disg protoblanedol.
Dyma lle mae disgyrchiant yn chwarae dwy rôl. Yn gyntaf, mae disgyrchiant y protoseren yn dal y deunydd yn y ddisg at ei gilydd ac yn ei atal rhag dianc i'r gofod rhyngserol. Yn ail, mae'r disgyrchiant rhwng gronynnau o fewn y ddisg yn helpu'r deunydd i ddechrau clystyru at ei gilydd. Mae'r ddisg protoblanedol yn "ffatri" blanedol, lle mae nwy a llwch yn rhyngweithio am filiynau o flynyddoedd.
3. O lwch i blanedesimalau: disgyrchiant fel glud
Yng nghyfnodau cynnar y ddisg, mae gronynnau llwch yn gwrthdaro ac yn glynu at ei gilydd oherwydd grymoedd electrostatig a "gludiogrwydd" ar arwynebau microsgopig. Fodd bynnag, i symud o ronynnau llwch i wrthrychau mwy, mae disgyrchiant yn cymryd drosodd yn y pen draw. Pan fydd y clystyrau'n ddigon mawr (yn amrywio o fetrau i gilometrau), mae eu màs yn rhoi atyniad disgyrchiant sylweddol iddynt. Gelwir y gwrthrychau hyn yn blanedesimalau.
Mae disgyrchiant planedau bach yn gweithredu fel glud cosmig: mae'n cynyddu'r siawns y bydd gwrthdrawiadau'n "gronni" (ychwanegu màs) yn hytrach na bownsio oddi ar ei gilydd neu gael eu dinistrio. Ar ben hynny, mae effaith hollbwysig o'r enw ffocysu disgyrchol: mae tynfa disgyrchiant yn ehangu "trawstoriad effeithiol" gwrthrych, gan ei gwneud yn fwy tebygol o ddal mater arall sy'n mynd heibio gerllaw.
4. Rhediad cronni: genedigaeth embryo planedol
Ar ôl i blanetesimalau ffurfio, gall y broses dwf fynd i gyfnod o dwf rhedegog. Mae gan wrthrych ychydig yn fwy ddisgyrchiant cryfach, sy'n caniatáu iddo ddal mwy o ddeunydd a thyfu hyd yn oed yn fwy. Gall gwahaniaethau bach mewn màs ddod yn drech yn gyflym. Mae hyn yn rhoi genedigaeth i embryonau planedol, neu brotoplanedau, gwrthrychau maint y Lleuad neu Fawrth sy'n parhau i ysgubo deunydd yn eu llwybr.
Fodd bynnag, nid yw twf yn parhau ar gyfradd gyflymach. Wrth i brotoplanedau ddechrau dominyddu eu rhanbarthau orbitol, mae cyfradd gymharol gwrthdrawiadau yn cynyddu ac mae'r deunydd sydd ar gael yn lleihau. Mae'r cyfnod hwn yn newid i dwf oligarchaidd: mae sawl protoplaned mawr (yr "oligarchiaid") yn tyfu gyda'i gilydd, gan ddylanwadu ar ei gilydd yn ddisgyrchol a rheoli eu parthau priodol.
5. Mae disgyrchiant yn llunio pensaernïaeth yr orbit
Nid màs yn unig sy'n bwysig i blanedau, ond hefyd i orbit. Mae disgyrchiant y seren yn cadw'r planedau yn ei chylchdroi, tra bod y rhyngweithiadau disgyrchiant rhwng protoblanedau a phlanedau eraill yn pennu a yw'r orbitau'n sefydlog neu'n anhrefnus.
Yn ystod y cyfnod ffurfio, mae protoblanedau yn aml yn profi llusgo a thorc nwy o'r ddisg. Gall hyn achosi mudo, sef symudiad yn eu horbitau i mewn neu allan. Mae mudo yn digwydd oherwydd cyfnewid momentwm onglog rhwng y blaned a'r ddisg nwy, sydd yn ei hanfod yn effaith disgyrchiant. Mae llawer o systemau allblanedol a ddarganfuwyd yn dangos planedau anferth yn agos iawn at eu sêr (Iau poeth), y credir yn gryf eu bod wedi ffurfio ymhellach allan ac yna wedi mudo i mewn.
Ar wahân i fudo, gall disgyrchiant hefyd ddal planedau mewn atseiniau orbitol, sef patrymau cyfnodol, fel 2:1 neu 3:2, lle mae dwy blaned yn "cloi" dylanwad disgyrchiant ei gilydd, gan sefydlogi eu horbitau mewn cymhareb benodol. Gwelir yr atseiniau hyn mewn sawl system lleuad Iau ac mewn amrywiol systemau allblanedol.
6. Disgyrchiant a'r gwahaniaethau rhwng planedau creigiog a chewri nwy
Pam mae planedau bach, creigiog (fel y Ddaear a Mawrth) a chewri nwy (fel Iau a Sadwrn)? Mae disgyrchiant yn chwarae rhan, ynghyd â thymheredd a dosbarthiad mater yn y ddisg.
Yn y ddisg fewnol, ger y seren, mae tymereddau uchel yn ei gwneud hi'n anodd i gyfansoddion anweddol (e.e., dŵr, methan, amonia) rewi. Mae swm cymharol gyfyngedig o ddeunydd creigiog a metelaidd yn weddill i adeiladu planedau. O ganlyniad, nid yw protoblanedau yn y rhanbarth hwn yn ddigon enfawr yn gyffredinol i ddenu a chynnal awyrgylch nwyol trwchus iawn.
Y tu hwnt i'r ffin hon mae'r "llinell eira," y ffin lle mae'r tymereddau'n ddigon isel i rew ffurfio. Mae rhew yn ychwanegu llawer iawn o fàs solet sydd ar gael. Gall craidd y blaned dyfu'n gyflym, gan gyrraedd màs critigol lle gall ei ddisgyrchiant dynnu symiau enfawr o hydrogen a nwy heliwm o'r ddisg. Dyma'r allwedd i enedigaeth cawr nwy: mae disgyrchiant cryf y craidd yn caniatáu cronni nwy cyflym cyn i nwy'r ddisg redeg allan.
7. Gwrthdrawiadau enfawr a chwblhau ffurfio planedau
Yn y camau olaf, pan fydd nwy'r ddisg yn teneuo a'r rhan fwyaf o'r màs solet wedi dod yn brotoplanedau, nid yw'r system wedi "setlo i lawr" eto. Gall disgyrchiant rhwng protoplanedau achosi i'w horbitau groestorri, gan sbarduno gwrthdrawiadau enfawr. Credir bod y gwrthdrawiadau hyn wedi ffurfio llawer o nodweddion pwysig: er enghraifft, mae'r ddamcaniaeth effaith enfawr yn egluro tarddiad y Lleuad, pan wrthdarodd gwrthrych maint Mawrth (a elwir yn aml yn Theia) â'r Ddaear ifanc, gan ffurfio disg o'i falurion ac yn y pen draw cyfuno i'r Lleuad.
Gall gwrthdrawiadau enfawr gynhyrchu planedau â chreiddiau dargyfeiriol, cylchdroadau cyflym, gogwydd echelinol eithafol, neu hyd yn oed tynnu mantell y blaned i ffwrdd. Unwaith eto, mae'r cyfan yn dibynnu ar ddisgyrchiant: y grym sy'n llywodraethu'r llwybr, cyflymder y gwrthdrawiad, a gallu'r malurion i ailgyfuno.
8. Disgyrchiant ar ôl ffurfio planedau: glanhau a sefydlogrwydd
Nid yw planed "ffurfiedig" yn rhoi'r gorau i dyfu yn unig; mae hefyd yn clirio ei orbit. Gyda digon o fàs, bydd planed yn cael gwared ar unrhyw blanedesimalau sy'n weddill mewn tair ffordd: gwrthdaro â nhw, eu taflu allan o'r system, neu newid ei orbit fel nad yw'n mynd heibio mwyach. Dyma un rheswm pam mae'r diffiniad modern o blaned yn pwysleisio'r gallu i "glirio'r gymdogaeth orbitol".
Yn y tymor hir, mae sefydlogrwydd system blanedol yn parhau i gael ei bennu gan ddisgyrchiant. Gall rhyngweithiadau bach gronni dros filiynau neu biliynau o flynyddoedd, gan newid ecsentrigrwydd a gogwydd orbitol weithiau, neu sbarduno ansefydlogrwydd sy'n achosi i blanedau gael eu taflu allan. Mewn llawer o systemau, yn enwedig y rhai sydd â phlanedau agos at ei gilydd, mae cydbwysedd cain disgyrchiant yn pennu a yw'r system yn goroesi neu'n cwympo.
Casgliad
Disgyrchiant yw'r prif rym sy'n trawsnewid mater cosmig gwasgaredig yn blanedau strwythuredig. Mae'n sbarduno cwymp cymylau moleciwlaidd, gan ffurfio disgiau protoblanedol, gan ganiatáu i lwch a chreigiau uno i blanedau siambr, gan gyflymu cronni i brotoblanedau, gan lywodraethu mudo a chyseiniant orbitol, a phenderfynu a all planed ddod yn gawr nwy neu aros yn greigiog. Hyd yn oed ar ôl i blanedau ffurfio, mae disgyrchiant yn parhau i lunio esblygiad y system trwy wrthdrawiadau, clirio orbitol, a deinameg hirdymor.
Mewn geiriau eraill, mae pob planed yn gynnyrch disgyrchiant—grym syml sydd, dros amser a rhyngweithiadau cymhleth, wedi creu'r amrywiaeth eang o fydau yn y bydysawd.
