wieso kollidieren Planetesimale eigentlich ?

Hi,

aus Planetesimalen, die ja bereits feste Körper und mind. 1km groß sind und nicht mehr durch den Sonnenwind nennenswert beeinflusst werden, können Protoplaneten durch den Runnaway-Effekt entstehen. Ihre Gravitation ist dann bereits so groß, dass sie ihrerseits schnell andere Körper in ihrer Umgebung anziehen.

Die Summe der Drehimpulse der Teilchen die eine kugelige Verteilung hatten ist nie gleich Null. Wenn sich durch Stösse beim gravitativen Kollaps auch diese überwiegend ausgleichen beibt die kleine Differenz, die letztendlich dann zur Lage der Scheibe führt.

Hoffe es hilft etwas.
Jo

Sie ist ja schon latent von Anfang an im Ungleichgewicht der Drehimpulse aller Teilchen vorhanden. Es ist diese Unsymmetrie in der Gesamtbewegung die nach unzähligen Stössen übrig bleibt und sich so manifestiert.

Günter,
für die Scheibenbildung des Ausgangsmaterials der Planeten bedarf es bestimmter Ausgangsbedingungen. Die wichtigste ist zunächst mal der gravitative Kollaps, der in einer Gas-/Staubwolke Sterne entstehen lässt. Sterne entstehen nicht einzeln, sondern zu vielen Hunderten gleichzeitig, wenn so eine Wolke kollabiert.

Dann bedarf es eines Transportmechanismus, der die freiwerdende Gravitationsenergie beim Kollaps abtransportiert. Diese Energie erzeugt zunächst einmal Reibung zwischen den zum Zentrum dichter werdenden Teilchen. Die Wärme, die dabei entsteht wird abgestrahlt. Die Reibung wiederum ist um so größer, je mehr ein individuelles Teilchen mit seiner Flugbahn vom mittleren Drehsinn der umgebenden Teilchen abweicht -> Scheibenbildung unter Beibehaltung des Gesamtdrehimpuls. Der Mechanismus funktioniert sehr gut auf unterschiedlichsten Größenordnungen (Saturnringe, Sonnensystem-Planetenbildung, Galaxienscheibe)

Das Ganze ist ein Vielteilchensystem, was man nur schwierig per Simulation verstehen kann. Viele Teilaspekte gibt es dabei, wie z.B. Ressonanzen bei den Umlaufzeiten, lokale Verdichtungen in der Scheibe, die Ausgangspunkt für die größten Planetensimale und späteren Planeten werden.

So chaotisch sich das auf der einen Seite anhört, dürfte es dennoch gewisse Gesetzmäßigkeiten geben. Unverstanden ist bislang der Übergang von Staubagglomeration (Bindung von Staubteilchen via molekularer Kräfte) und größeren Einheiten, die sich gravitativ zusammenhalten. Auf der ISS hat mal jemand Reiskörner in einer aufgeblasenen Plastiktüte unter Schwerelosigkeit schweben lassen und dabei festgestellt, dass eine Klumpenbildung der Reiskörner auftritt. Die Kräfte, die solche Klumpen zusammenhalten sind allerdings so gering, dass es da kein Reiskorn geben darf, dass mit nur etwas größerer Geschwindigkeit hineindonnert.

Worüber man sich dann später in der Planetensimal-Phase auch im Klaren sein muss, ist, dass da zwar viele davon existieren, aber nur ganz wenige von Anfang an um Größenordnungen schwerer sind und die anderen "einsammeln" oder "wegkicken". "The Winner takes it all" trifft das vielleicht am Besten. Jedenfalls herrscht da keine Gleichberechtigung.

Inwieweit der Prozess der Kollisionen in dem Sinne geradlinig abläuft, dass ausgehend vom Staub über Kleinstbrocken, Simale bis hin zu Protoplaneten eine genaue Reihenfolge eingehalten wird oder, ob nicht zwischendurch Simale wieder zu Staub zerlegt/zertrümmert werden, bis sie von andren größeren Protoplaneten letztlich eingesammelt werden ... dazu bedarf es aufwändiger Vielteilchensimulationen, um das genauer zu verstehen.

Dazu kommen noch so "Kleinigkeiten", wie chemische Reaktionen, Eis/Wasser/Dampfbildung (allg. Aggregatsveränderungen der betroffen Teilchen) Radioaktivität, Wärmestau im Innern, wenn Körper gravitativ zusammengehalten werden, Freisetzung von Wärme, wenn sie miteinander kollidieren, Teilchenwind der Protosonne. Und ab einer gewissen Gasdichte muss man vielleicht auch noch wettertypische Phänomene berücksichtigen (Stürme, Wirbelwinde), die ebenfalls zum Energietransport beitragen in zeitweilig maßgeblich übernehmen könnten.

Problematisch ist die Vorstellung einer kugelsymmetrischen Wolke als Anfangszustand.
Wenn ich ein bischen recherchiere gehen alle Modelle bereits von einem asymetrischen Zustand aus, d.h. es ist bereits Drehmoment in der Wolke vorhanden. Ebenso zeigen die realen Aufnahmen von kollabierenden Wolken um Sterne oder Sternsysteme typischerweise eine abgeplattete Gestalt. Welche Mechanismen bei der Bildung dieser Protostellaren Scheiben wie zusammenwirken ist derzeit wohl Forschungsgegenstand.

http://www.mpe.mpg.de/6608199/news-20160711
https://www.cv.nrao.edu/rocks/pdf/Krasnopolsky.pdf

Ein anfänglicher Impuls ergibt sich schon aus zwei einleuchtenden Faktoren. Einmal kreist die Wolke in der Galaxie und dann gibt es ja die auslösenden Störungen (Schockwellen, Passage bestehender Sterne etc.), welche die Wolke kollabieren lässt.

Das wäre wieder zu allgemein und keine hinreichende Argumentation, denn das gilt ja offenbar für alle Teilchen die nicht zentral in die Wolke hineinstürzen, so auch für diejenige die eine stark vom Mittel aller Teilchen abweichende Deklination haben. Die Frage würde also auch mit dieser "Erklärung" bleiben warum denn am Ende so eine markant flache Scheibe von diesem ursprünglich riesigen unförmigen Klumpatsch übrig bleibt.

Da muß also noch mindestens eine weitere Bedingung hinzukommen die dafür sorgt dass bei den ursprünglichen Bewegungen gesiebt wird.

Nein, es ist ein Trugschluss, weil in dieser verkürzten Darstellung schlicht kein kausaler Zusammehang besteht.
Siehe die Kugelsternhaufen. Wäre der Satz wahr, müssten sie sich längst zu Scheiben umbilden.