Ядерные источники в Юпитере?


Обычно Юпитер рассматривают с точки зрения теории планет. Однако некоторые его физические характеристики - масса, радиус и светимость - не исключают возможности, что он является звездой. А.А. Сучков (Ростовский государственный университет) выдвинул гипотезу, согласно которой светимость Юпитера может поддерживаться реакцией горения дейтерия:
1H + 2H = 3He + γ

Одним из аргументов в пользу гипотезы о наличии внутренних источников энергии Юпитера служит тот факт, что он излучает энергии больше, чем получает от Солнца, тогда как планеты земной группы отражают в космическое пространство только часть падающего на них солнечного излучения. Избыток излучения (светимости) Юпитера был обнаружен Ф. Лоу (США) в 1965 г. по наблюдениям в инфракрасной области (в интервале длин волн от 10 до 25 мкм). Вопрос о природе этого явления до сих пор остается открытым - его можно объяснить перераспределением энергии в спектре падающего излучения. Некоторые исследователи (например, Ф Флезер) полагают, что он может быть решен, если считать, что при сжатии Юпитера выделяется гравитационная энергия. Предположение о существовании ядерных реакций в Юпитере позволяет рассмотреть альтернативный подход к этому вопросу.

Самыми важными параметрами реакции горения дейтерия является температура в центре Юпитера T0 и скорость энерговыделения Ε0. Величина T0 зависит, в свою очередь, от среднего молекулярного веса и внутренней структуры звезды, которые мало известны. Для Юпитера Сучков принимает величину T0 = 2,8*105K.

Скорость энерговыделения зависит от концентрации дейтерия. Если взять принимаемое обычно значение распространенности дейтерия 2H/1H = 10-4, то получим
Ε0 ≈ 6*10-4 эрг*г-1-1.
С другой стороны, оценки отношения светимость - масса дают величину
Ẽ = 6*10-6 эрг*г-1-1.
Отсюда следует, что реакция горения дейтерия, протекая всего лишь в сотой доле массы Юпитера, способна обеспечить светимость (для сравнения напомним, что у Солнца Ẽ/Ε0 ≈ 10-1). Отношение Ẽ/Ε0 весьма чувствительно к величине T0: если при T0 = 2,3*105K имеем Ẽ/Ε0 ≈ 1, то при T0 = 3*105K получим Ẽ/Ε0 ≈ 10-3. Используемое Сучковым значение T0 = 2,8*105K (и соответственно Ẽ/Ε0 ≈ 10-2) заключено в указанных пределах и не может быть отвергнуто a priori. Точное значение температуры в центре Юпитера T0 может быть получено лишь из решения полной самосогласованной системы уравнений теории строения звезд.

При постоянной скорости энерговыделения и выбранных выше соответствующих параметрах время горения дейтерия в Юпитере может достигать 1012 лет. Эта цифра более чем в 100 раз превышает возраст Юпитера, согласно гипотезе об одновременном рождении планет из газопылевого облака, захваченного Солнцем. На основе этих оценок Сучков приходит к выводу, что Юпитер может быть медленно "стареющей" звездой, находящейся на стадии выгорания дейтерия.

Согласно теории Р.Б. Салимзибарова (Институт космофизических исследований и аэрономии Якутского филиала СО АН СССР), Юпитер является звездой, находящейся на стадии формирования с последующим образованием двойной системы звезд Юпитер - Солнце. В качестве источника вещества для выравнивания масс Юпитера и Солнца Саламзибаров рассматривает газ и пылинки в особой переходной области между солнечным ветром и межзвездной средой (эту область он называет гелиосферической оболочкой). Радиус захвата Юпитером частиц газа определяется равенством их тепловой и потенциальной энергий в поле его тяготения. Если считать массу Солнца неизменной, температуру нейтрального газа равной 102K и его плотность ~1 атом/см3, то масса Юпитера сравняется с массой Солнца через 3 млрд. лет...

Таким образом, в рамках рассмотренной гипотезы (в отличие от других космогонических гипотез) процесс эволюции системы Солнце - планеты не считается завершенным, и Юпитер считается не "стареющей", а "молодой", формирующейся звездой - одной из двух звезд в нарождающейся двойной системе Юпитер - Солнце.

Л.И. Мирошниченко
Кандидат физико-математических наук
Институт земного магнетизма ионосферы и распространения радиоволн АН СССР
Московская область

 


Все статьи