Развитие такого явления в околозвездном протопланетном диске на предельно коротких по астрофизическим меркам временах очень сложно наблюдать, зато можно рассчитать, промоделировать методами вычислительной физики (Снытников и др., 2004). Но для этого нужно научиться решать сложную систему уравнений математической физики. Эта система включает в себя уравнение Больцмана для функции распределения в шестимерном фазовом пространстве с самосогласованном гравитационным полем. Для гравитационного поля имеется уравнение Пуассона, а для газовой компоненты — газодинамические уравнения. Система для численного решения очень сложна и требует ресурсов суперкомпьютеров. При числен ном моделировании мы сталкиваемся со сложными математическими проблемами, главная из которых состоит в необходимости решать не просто нестационарную задачу, а задачу на самоорганизацию, физически неустойчивую в линейном приближении. Для решения этой проблемы были разработаны новые методы и подходы, более подробно можно ознакомиться с ними в наших публикациях (Snytnikov, Knksheva, 2007).
Рис. 8. Логарифм поверхностной плотности пылевой (слева) и газовой (справа) компоненты протопланетного диска без учета химической реакции.
Результаты ряда вычислительных экспериментов можно увидеть на рис. 8. В результате развития гравитационной неустойчивости в околозвездном диске формируются сгустки, причем за времена всего несколько десятков оборотов — лет. Сгущения могут двигаться и в обратную сторону по отношению к общему направлению движения. Тем самым эти сгустки представляют собой волны плотности, нелинейные солитоноподобные структуры. Но в таких структурах коагуляция может протекать на существенно более коротких временах по сравнению со средними условиями в диске. Расчеты выполнены по разным программам с разными алгоритмами решения уравнений, что входит в условие получения достоверных результатов вычислительных экспериментов. На рис. 9 представлены кадры из фильмов с логарифмом плотности по частицам и газу в случае, когда на температуру газа оказывает влияние экзотермическая реакция образования молекулы водорода из его атомов на твердых частицах.
Рис. 9. Логарифм поверхностной плотности пылевой (слева) и газовой (справа) компоненты протопланетного диска с учетом химической реакции.
Рис. 10. Распределение логарифма плотности частиц по экваториальной плоскости диска — фоновый график. Слева вверху — аналогичная величина с увеличением для нижнего сгустка. Справа вверху -распределение логарифма плотности газа в том же самом сгустке плотности. Внизу — изменение массы твердой фазы на единицу площади (поверхностная плотность) для нижнего сгустка.
В варианте без учета этой реакции сгустки сколлапсированного вещества появляются в диске, а при дополнительном тепловыделении такие сгустки отсутствуют. Это показывает, что на ранних этапах при большом содержании атомарного водорода или при высоких температурах структуры могут не возникать. Параметры среды в солитоно-подобных волнах сильно отличаются от средних значений в диске. Так, на рис. 10 приведен график с распределением плотности по твердой фазе в сгустке. Эта плотность в максимуме на 4-6 порядков выше фонового значения. Более точно я сказать не могу, так как в самом сгустке эту амплитуду мы считаем с низкой точностью. В самих сгустках давление по газу также во столько же раз отличается от фона. Если принять удаление сгустка от протозвезды за астрономическую единицу с абсолютным значением давления 10-4
атмосферы, то в сгустке мы получили давление до ста атмосфер.
Попробуем взглянуть на сгусток с точки зрения химических технологий с их реакторами и охарактеризуем его с использованием классификации химических реакторов (Слинько, 1980). Это реактор с кипящей твердой фазой в газе. Частицы-катализаторы поступают из диска в реактор. Они некоторое время, порядка суток, ведут реакции в сгустках, а затем снова выходят в зону с низким давлением и высокой радиацией от протозвезды, где освобождаются от летучих соединений. Происходит регенерация поверхности. Известно, что реакторы с кипящим катализатором относятся к одному из самых эффективных реакторов химических технологий. Правда, они редко встречаются на реальном производстве по причине своей дороговизны, сложности в управлении, истирании катализаторов и внутренних поверхностей. Но природа на эти обстоятельства могла не обращать своего внимания.
Не секрет, что вкус и аромат свежемолотого кофе имеет более насыщенный и яркий оттенок в сравнении с быстрорастворимым. Именно поэтому в арсенале истинного ценителя этого бодрящего напитка должна присутствовать кофемолка, способная за считанные секунды измельчить душистые кофейные зерна. Я советую Вам обратить свое внимание на кофемолку BOSCH MKM 6003, которую Вы сможете приобрести на сайте nsk.terminal.ru всего за 820 рублей.