Насколько близко друг к другу могут правдоподобно образовываться планеты с массой Земли из протопланетного диска?

Планеты, вероятно, будут формироваться в резонансах 2:1.

Согласно Zhu, et al., 2018 , моделирование показало, что множественное образование планет из околозвездного пылевого облака очень сильно приводит к планетарным резонансам 2:1, по крайней мере, при начальном образовании.

В большинстве случаев планеты попадают в резонанс 2:1 между каждой парой соседних планет... Всякий раз, когда резонансный угол либрирует между интервалом [-π, π], планеты попадают в резонанс 2:1. Чем меньше амплитуда либрации, тем глубже запирание резонанса.

Все исключения из этого резонанса заканчивались тем, что та или иная протопланета рассеивалась за счет гравитационных взаимодействий до того, как она полностью сформировалась.

Однако есть два случая, когда планеты испытывают близкое столкновение и рассеиваются под действием гравитации.

Как и следовало ожидать, за миллионы лет моделирования образования трех или более планет вызывают миграцию из первоначальных резонансов. С другой стороны, эта модель конкретно касается образования планет-гигантов, поэтому существует возможность существования меньших, более похожих на Землю планет.

Примечания

Я добавлю больше потенциальных ответов, как (если) я их найду. Мой обзор до сих пор показывает маловероятность того, что в этой области можно найти много устоявшейся науки.

Я ни в коем случае не являюсь экспертом в области формирования планет, но на самом деле я думаю, что это сводится к чему-то, называемому Сферой Холма. Для круговых орбит радиус сферы Хилла определяется выражением$r_H\approx a \sqrt[3]{\frac{m}{3M}}$. Для Земли и Солнца это составляет около 1,5 миллиона км или около 0,01 а.е.

В развитых системах Сфера холма - это «область, в которой астрономическое тело доминирует над притяжением спутников». В результате любое тело, сформировавшееся в пределах этого радиуса, либо станет спутником, либо будет выброшено. Разумно ли, что вторая планета могла образоваться на таком расстоянии, определяется свойствами протопланетного диска, но если условия подходят для формирования пары планет так близко друг к другу, я вполне уверен, что это ваша абсолютная нижняя граница.

Дополнительная информация о Hill Sphere из Википедии.

Планета Тейя образовалась вблизи или в точке Лагранжа L4 или L5 Земли.

Я вижу, что ОП исключает планеты, которые находятся очень близко друг к другу.

Меня также не интересуют со-орбитальные планеты, такие как что-либо в точке L4 или L5 другой планеты, или пары двойных планет (не совсем в отличие от наших Плутона и Харона).

Я не уверен, почему они исключены. Планетарная формация есть планетарная формация, поэтому я все равно отвечу примером с Тейей. Если две планеты могут сформироваться так близко друг к другу, мне кажется, что это устанавливает внутренний предел того, насколько близко друг к другу могут формироваться планеты. В связанной статье в Википедии говорится, что Харон — это большая луна, которая была сбита с Плутона древним ударом, как и наша собственная луна; не имеет никакого отношения к вопросу о формировании планет.

Тейя была древней планетой размером с Марс, которая столкнулась с Землей и слилась с ней, образуя Луну. Здесь я утверждаю, что Тейя образовалась из протопланетного диска в точке L4 или L5 древней Земли.

Доказательство.

Считается, что до слияния с Землей Тейя вращалась на орбите L4 или L5.

https://en.wikipedia.org/wiki/Тея_(планета)

Считается, что Тейя вращалась в конфигурации L4 или L5, представленной системой Земля-Солнце, где она, как правило, оставалась. В этом случае он вырос бы потенциально до размеров, сравнимых с Марсом. Гравитационные возмущения Венеры могли в конечном итоге привести ее к столкновению с Землей.[7]

Тейя мягко ударила Землю. Он не налетал из далеких уголков Солнечной системы.

https://en.wikipedia.org/wiki/Giant-impact_hypothesis

С астрономической точки зрения скорость удара была бы умеренной. Считается, что Тейя ударилась о Землю под косым углом, когда Земля была почти полностью сформирована. Компьютерное моделирование этого сценария «позднего удара» предполагает угол столкновения около 45 ° и начальную скорость ударника ниже 4 км / с.

Это имеет смысл, если до удара он находился только в L4 и в конечном итоге его орбита была нарушена Юпитером или Венерой.

Титановый близнец Земли

Напротив, Чжан и др.1 обнаружили, что Земля и Луна идентичны по своему изотопному составу титана в пределах ошибок 0,0004% — почти предел обнаруживаемости. Это не первый раз, когда гипотеза гигантского удара подвергается сомнению изотопами. В течение последнего десятилетия было выявлено сходство между лунными и земными породами по изотопам кислорода6, кремния7, хрома8 и вольфрама9. Последние три можно привести в соответствие с последними симуляциями гигантского удара5, если предположить, что Тейя имела состав, подобный Марсу — возможно, единственный выживший планетарный зародыш, из которого срослись более крупные планеты земной группы10. Однако изотопный состав кислорода земных и лунных пород настолько близок, что если бы Тея имела состав, подобный Марсу, он не мог внести более нескольких процентов материала в диск, формирующий Луну6. Чжан и др. демонстрируют, что изотопы титана также являются сдерживающими факторами.

Земля и Луна имеют одинаковый изотопный состав. Где вклад Тейи? Это там. Земля, Луна и Тейя имели одинаковый состав.

О происхождении и составе Тейи

Если содержание FeO на Земле и Луне действительно унаследовано от протоземли и Тейи, то подразумевается, что Тейя должна была иметь земной изотопный состав (подобный энстатитовым хондритам, обритам или другим подобным Земле материалам, таким как NWA 5400). ). Это возможно, если и Земля, и Тейя, но не Марс, были частью раннего однородного резервуара внутреннего диска (IDUR; Dauphas et al., 2014) или если внутренняя область диска была изотопно гомогенизирована во время между выделением Марса с диска и Гигантского удара, сформировавшего Луну.

Из ОП: Насколько близко друг к другу планеты с массой Земли могут образоваться из протопланетного диска?

Тея сформировалась рядом с Землей из материалов в той же области диска. Почти идентичный изотопный состав Земли и Луны исключает возможность того, что Тейя является каким-то странным астероидом или даже марсианским по составу. Тейя состоит из земных материалов. Он образовался ближе к Земле, чем Марс. Я не понимаю, как две планеты могут образоваться ближе, чем это.

Ничто не сформируется ближе, чем точки Лагранжа, потому что оно упадет на планету. Пример Теи и Земли, формирующихся рядом друг с другом, устанавливает минимальное расстояние друг от друга, на котором планеты могут образоваться от протопланетного диска.