Протопланета

Согласно гипотезе планетезималей, выдвинутой В. С. Сафроновым в СССР и Молтоном с Чемберленом в США, при формировании планетной системы существует протопланетный диск с материалами туманностей, из которых происходит система. Этот материал постепенно стягивается под действием силы тяжести, образуя небольшие куски. Эти куски становятся всё больше и больше, пока не образуют планетезимали. Некоторые из растущих планетезималей впоследствии становятся протопланетами. Некоторые протопланеты продолжают сталкиваться и расти, пока не образуют планеты, в то время как другие остаются такого же размера. Их видоизменение зависит от величины — известные протопланеты, вероятно, сохранили свой вид со времен формирования Солнечной системы благодаря размерам, в отличие от меньших протопланет, сформировавших планеты^[7][3][8].

Поскольку газовые гиганты представляют собой газовые шары с жидким ядром, может показаться невероятным, что они были сформированы астероидоподобными объектами — планетезималями или протопланетами. Так, планетезимали сформировали ядро ​​газообразных планет, которое расплавилось, когда было создано достаточно тепла^[7].

По мере превращения протопланет в планеты, их недра плавились из-за гравитационного воздействия и столкновений. Там, где недра расплавились, состав планет изменился. Более тяжёлые химические элементы и соединения опускались к центру, образуя ядра планет, а более легкие — поднимались на поверхность. Этот процесс называется планетарной дифференциацией и объясняет, почему планеты имеют тяжелые ядра. Астрономы обнаружили, что некоторые астероиды дифференцировались, поэтому их ядра тяжелее поверхности^[3].

Предполагается, что столкновения планетезималей породило несколько сотен планетарных эмбрионов. Такие зародыши были похожи на Цереру и Плутон: их масса составляла 10²² — 10²³ кг, а диаметр — несколько тысяч километров. На протяжении миллионов лет они сталкивались друг с другом, в результате чего их размер увеличивался, а количество уменьшалось. Детали этого процесса неизвестны, но его делят на три стадии (три поколения протопланет, где первое — наименьшие по размеру объекты, третье — наибольшие). В конце концов осталось лишь несколько зародышей планет, которые, столкнувшись, соединились в полноценные планеты^[6].

Существует три главных подхода к определению возникновения планет земной группы^[9]:

• С течением времени планеты в Солнечной системе нарастили свою массу, собирая планетезимали и метеориты, чтобы достичь современных размеров. Этот процесс привел к образованию внутренней структуры планет, включая ядро, мантию и кору (хотя не все планеты имеют такое разделение). Кроме того, считается, что планеты земной группы, находящиеся ближе к Солнцу, имеют меньшее количество водорода и гелия из-за рассеяния газа протопланетного диска под воздействием солнечного излучения и солнечного ветра до снеговой линии.
• Сначала планеты земной группы формировались по образу и подобию газовых гигантов, но затем под воздействием Солнца они утратили свои газовые оболочки, которые были рассеяны. В результате этого железокремниевые ядра этих протопланет-гигантов преобразовались в отдельные планеты небольших размеров. Разделение на железные ядра и прочные силикатные оболочки предотвратило их взрывной распад.
• Воздействие Юпитера и Сатурна на становление планет земной группы проявилось тем, что эти газовые гиганты удержали большую часть газа и сдвинули планетезимали ближе к Солнцу. Благодаря этому планеты земной группы смогли собрать вокруг себя всю необходимую массу^[9].

Модель ударного формирования Луны предполагает, что Луна сформировалась при колоссальном столкновении гипотетической протопланеты Тейи с Землёй в ранней истории Солнечной системы^[4].

В Солнечной системе насчитывают три протопланеты — (1) Церера, (4) Веста и 2 Паллада^[6][2]. Некоторые астрономы также относят к протопланетам и карликовые планеты пояса Койпера^[8].

В 2013 году было проведено наблюдение протопланеты, формирующейся в газопылевом облаке звезды HD 100546. Предполагается, что в будущем она будет подобна Юпитеру^[10].

В 2022 году открыта протопланета AB Aur b, находящаяся в системе AB Возничего^[11].

В сентябре 2026 года группа астрономов из Института астрономии Общества Макса Планка представила первое полное изображение формирования газового гиганта — протопланеты WISPIT 2b^[12]. Она находится примерно в 430 световых годах от Земли, обращается вокруг звезды WISPIT 2 в созвездии Орла на расстоянии около 57 а. е. и имеет массу примерно в пять масс Юпитера^[13][14]. Наблюдения массива радиотелескопов ALMA в спектральной линии CO J=3—2 выявили кольцевую структуру диска, узкую щель, созданную WISPIT 2b, и вращающиеся вокруг неё потоки газа; свечение горячего водорода указывает на продолжающуюся аккрецию газа протопланетой^[14][13].