Номер 3, страница 259 - гдз по физике 11 класс учебник Касьянов

Вопросы. § 70. Образование Солнечной системы. Глава 9. Эволюция Вселенной - номер 3, страница 259.

3. Как образовывался газопылевой диск?

Как образовался газопылевой диск?

Газопылевой диск, также известный как протопланетный диск, является неотъемлемой стадией формирования звёзд и планетных систем. Его образование — это результат фундаментальных физических законов, действующих на гигантские облака межзвёздного вещества. Процесс можно описать следующими этапами:

1. Начало: Гравитационный коллапс. В космосе существуют огромные, холодные и плотные молекулярные облака, состоящие преимущественно из газа (водород, гелий) и частиц пыли. Под действием собственной гравитации или из-за внешнего толчка (например, ударной волны от сверхновой) наиболее плотная область такого облака начинает сжиматься. Этот процесс называется гравитационным коллапсом.

2. Рождение протозвезды. По мере сжатия вещество падает к центру масс, его потенциальная энергия переходит в кинетическую, а при столкновениях — в тепловую. В центре облака формируется горячее и очень плотное ядро — протозвезда. Она продолжает расти, притягивая к себе всё больше окружающего вещества.

3. Роль вращения: Закон сохранения момента импульса. Изначальное облако, как и любой объект во Вселенной, обладает некоторым начальным вращением (моментом импульса). По мере того как облако сжимается и его радиус уменьшается, его скорость вращения резко возрастает. Это следует из закона сохранения момента импульса ($L = I \omega = \text{const}$). Момент инерции $I$ (который для сферы пропорционален квадрату радиуса, $I \sim m R^2$) уменьшается, следовательно, угловая скорость $\omega$ должна увеличиться, чтобы момент импульса $L$ оставался постоянным. Этот эффект можно наблюдать у фигуриста, который начинает вращаться быстрее, прижимая руки к телу.

4. Формирование диска. Увеличившаяся скорость вращения приводит к возникновению мощной центробежной силы. Эта сила действует наружу от оси вращения и наиболее сильна в экваториальной плоскости. Она противодействует силе гравитации и мешает веществу в этой плоскости упасть прямо на протозвезду. Вместо этого газ и пыль "оседают" на орбитах вокруг центрального объекта, образуя плоскую, вращающуюся структуру — газопылевой диск. В то же время вещество, находящееся вблизи полюсов, где центробежная сила мала, продолжает падать на протозвезду, увеличивая её массу.

В результате этого процесса из первоначально бесформенного облака рождается упорядоченная система: молодая звезда в центре, окружённая аккреционным (газопылевым) диском, из материала которого в будущем сформируются планеты, спутники, астероиды и кометы.

Ответ: Газопылевой диск образуется в процессе формирования звезды из-за гравитационного сжатия части межзвёздного облака. Ключевую роль играет закон сохранения момента импульса: по мере сжатия облако начинает вращаться всё быстрее, и центробежная сила "расплющивает" его в плоский диск вокруг новорождённой протозвезды, не давая веществу в экваториальной плоскости упасть на неё.