Planetenembryos
Zur Erzeugung des prograden Planetendrehsinns kann man sich folgendes Szenarium vorstellen:
Laut Wikipedia dauerte die Entwicklung bis zum Hauptreihenstern einige 10 Millionen Jahre. Im oben genannten Artikel, soll sich die Erde
aber entgegen der bisherigen Ansicht, innerhalb von nur drei Millionen Jahren, also viel schneller als die Sonne gebildet haben.
Während der Konzentration der Zentralmaterie zur Protosonne, steht die Entwicklung der Scheibenmaterie nicht still.
Örtlich stärkere Massenkonzentrationen in der Scheibenebene werden zu Schwerkraftzentren. Materiebrocken, ähnlich den Eisen-Nickelmeteoriten, mit geringen Oberfläche / Masseverhältnissen, und damit verbundener höherer „Sinkgeschwindigkeit“, werden den Hauptbestandteil solcher Massezentren bilden. Schätzungsweise 5 % der späteren Planetenmasse reichen aus, um einen Sammeleffet auszulösen. Ab einer bestimmten Größe* binden diese Zentren auch Gase an sich. Solche Gas- (und Staub-) Ansammlungen können noch nicht als Atmosphären, sondern mehr als örtlich erhöhte Gasdichten bezeichnet werden. Diese Verdichtungen, die man als Aerosollinsen bezeichnen könnte beginnen um ihre Zentren zu kreisen (siehe Kapitel „Gas u. Staubkokon …“). Sie nehmen eine ellipsoide Form an, denn die Grenzschichten zwischen Linse und Ringmaterial, vor allem in den „Sonnenfernen- und nahen“ Gebieten, unterliegen einer Kombination von aerodynamischen und himmelsmechanischen Kräften. Dort, wo die größten Differenzgeschwindigkeiten auftreten, ist auch mit einer intensiven Wirbelbildung auf der Lee- und Luvseite zu rechnen. Die an den Außenrändern anströmende Materie begegnet der Linsenmaterie, gerät in den Einflussbereich des Linsenzentrums und wird auf der Leeseite zur Bahnmitte abgelenkt. Ein Teil dieser Gas- und Staubmassen gerät somit in den „Gegenverkehr“, wird dort erneut beschleunigt und mitgerissen. In der Endphase sorgt der Vorübergang von Nachbarlinsen ebenfalls für Störungen. Der Unterschied zwischen den Umlaufgeschwindigkeiten je nach Sonnenabstand, sorgt aber auch für ständigen Materie- Nachschub für die Linsen.
Spätestens an den Einflussgrenzen zwischen den Protoplaneten würde das Wachstum solch einer Linse enden.
Wie kann aus einer solchen Linse ein Protoplanet werden?
Wenn es um unterschiedliche Orbitale von Objekten geht, ist es sinnvoll, die
3 Keplergesetze um die Zusammenhänge zwischen Energien, Winkelgeschwindigkeiten, Radien und Umlaufgeschwindigkeiten zu erweitern:
4. Die Rotationsenergien
verhalten sich antiproportional zu den Umlaufradien
5. Die Kuben der Umlaufradien verhalten sich antiproportional zu den
Quadraten der Winkelgeschwindigkeiten.
6. Die Kuben der Rotationsenergien verhalten sich proportional zu den
Quadraten der Winkelgeschwindigkeiten.
7. Die Quadrate der Umlaufgeschwindigkeiten verhalten sich
antiproportional zu den Radien
Diese Grundsätze gelten jeweils für eine Masseneinheit und Objekte im Orbital um einen konkreten Himmelskörper. Die Verhältnisse in der Linse unterscheiden sich zunächst davon grundsätzlich:
Dort ist immer nur der Masseanteil innerhalb des Umlaufradius` für die Umlaufparameter bestimmend. Bei einer Radiusverkleinerung nimmt das Volumen, und damit auch die Masse mit etwa der 3. Potenz ab. Anziehungskraft und Umfangsgeschwindigkeit nehmen deshalb,
im Gegensatz zur Regel 7 nach innen stark ab, so dass man von einer in etwa gleichförmigen Winkelgeschwindigkeit sprechen kann. Damit kann man die Linse zunächst als einheitliches Rotationsobjekt betrachten, das bei einer Durchmesserverkleinerung den bei gleichbleibender Rotationsenergie die Winkelgeschwindigkeit steigert. Sie unterscheidet sich damit in der Dynamik stark vom momentenfreien Umlauf eines Planetensystems. Anders ausgedrückt, Materie im halbem Abstand vom Linsenzentrum wird nicht nur in Richtung Kern, sondern auch von der Masse zwischen sich und dem Rand der Linse nach außen gezogen, mit dem Resultat, dass sich die Schwerebeschleunigung der umlaufenden Materie erheblich reduziert und die Winkelgeschwindigkeit der Linse anfangs von innen nach außen etwa gleich bleibt.
Erst dann, wenn die Masse der äußeren Linse an Bedeutung verliert, stellen sich Bewegungsabläufe ein, die mehr und mehr der Regel 7 entsprechen. D.h. eine Radiushalbierung führt zu einer Vervierfachung der Umlaufgeschwindigkeit. (Warum die Drehzahlen über Rotationsenergie und nicht über Drehimpuls berechnet werden, wird im Kapitel "Berechnungsmethoden" beschrieben.)
Was geschieht aber mit Objekten unter Einfluss von Gasreibung in der Grenzschicht?
Die Materie in der äußeren Grenzschicht kollidiert, wenn sie eine geringe retrograde Orbitalgeschwindigkeit erreicht, mit der Scheibenmaterie
und wird deshalb teils in Richtung Linsenzentrum, teils zurück in den Scheibentorus gewirbelt. Die, die in Richtung Linsenzentrum strömt, gerät dabei wieder
in Turbulenzen mit der in einheitlicher Winkelgeschwindigkeit drehenden Materie. Turbulenzen bedeuten immer einen Verlust an Bewegungsenergie, mit der Folge, dass die Objekte in geringere
Umlaufradien „sinken“ und dort wieder Bewegungsenergie an die Umgebung abgeben. Ähnliches passiert künstlichen Erdsatelliten in erdnahen Umlaufbahnen, die infolge Reibung mit den äußersten
Ausläufern der Erdatmosphäre an Höhe verlieren.
Scheibenmaterie, die außerhalb der späteren Planetenbahn der Linse begegnet, hat eine geringere Umlaufgeschwindigkeit und bildet somit einen
Gegenwind zur Linse. Scheibenmaterie innerhalb der Bahn, also auf der sonnenzugewandten Seite, strömt schneller als die Linse und trifft deshalb rückseitig darauf. In beiden Fällen kommt es zu
Verwirbelung (siehe Schemazeichnung auf der nächsten Seite)
Auf dem Weg zur Linsenmitte gewinnt das Objekt kinetische Energie aus der potenziellen Energie. Die Geschwindigkeit würde sich entsprechend erhöhen.
In einer gasförmigen Umgebung sorgt allerdings die Reibung dafür, dass die Winkelgeschwindigkeiten sich angleichen und das Objekt wieder in eine Kreisbahn übergeht, bzw. bis auf den festen Kern sinkt. Dieser Vorgang kann in einem Schritt ablaufen, aber in der Regel wird er über viele Zwischenschritte spiralförmig ablaufen. Die an die Umgebung abgegebene Energie geht natürlich nicht verloren, sondern wird in Kompressionswärme umgewandelt. Vergleichbar mit einem Meteoriten, der in die Atmosphäre eintritt und einen glühenden Schweif hinter sich her zieht. Die Hitze ist eine Folge der komprimierten Luft. Woher stammt aber die Energie für Turbulenzen in der Grenzschicht zwischen Linse und Scheibe:
Die Art der Wirbelbildung in den Linsen hängt vom örtlichen aerostatischen Gasdruck und der Differenzgeschwindigkeit zwischen Scheiben- und Linsenmaterie ab.
Die physikalischen Ursachen sind zwar andere, aber wie so ein Gebilde in der Draufsicht aussehen könnte, zeigt der Große Rote Fleck auf Jupiter mit den nördlich und südlich vorbeiströmenden Atmosphärenmassen, die ebenfalls mit den Rändern des GRF verwirbeln.
Die Linse wird in allen 3 Dimensionen einen ellipsenartigen Querschnitt haben. Der Kern wird von einem größeren Konglomerat fester Materie gebildet. Den Hauptteil der Masse kann man aber nicht als kompakten Körper, sondern eher als Aerosolwirbel bezeichnen.
Der Grund liegt in der großen räumlichen Ausdehnung, den Zentrifugalkräften,
der geringen Korngröße fester Bestandteile, aber auch in den Schwerkraftverhältnissen
(z.B. beträgt bei der Erdlinse in der Endphase die Gravitationsfeldstärke am Rand nur
1,5 x 10-4 der Erdbeschleunigung).
Von außen einströmende größere Brocken sorgen zusätzlich für innere Reibung und Turbulenzen. Aus diesen Gründen wird das Gebilde relativ langlebig sein und hat damit die Gelegenheit, im Laufe vieler Umläufe um das Scheibenzentrum, Masse aus dem eigenen Umlaufbereich einzusammeln und bis zum Leerfegen zu wachsen. Bis dahin besteht ein ungefähres Gleichgewicht zwischen neu aufgenommener Scheibenmaterie und Materie,
die ins Linsenzentrum sinkt. Sobald der Materialnachschub aus der Scheibe ausbleibt,
kann die endgültige Kontraktion einsetzen. Im folgenden Text wird der, jeweils mit der Linse um das Scheibenzentrum, kreisende Materiering als Torus bezeichnet.
Nächste Kapitel:
Gas und Staubkokon als Vorform eines Protoplaneten
Analogie / Speichen / Wärmebilanz / Bahnabstände