Topical problems in the theory of planet formation: formation of planetesimals

Cover Page

Abstract


The development of the Earth’s and planets formation theory over 70 years is considered with a special focus on the history of development of this theory at the Schmidt Institute of Physics of the Earth of the Russian Academy of Sciences (IPE RAS) where this direction of research was founded by Otto Schmidt. The state of the art of the theory is outlined. In particular, the planetesimals formation problem currently belonging to the key unsolved issues in the theory of planet formation is discussed. Recent results of the studies aimed at solving this problem at IPE RAS are presented.


A. B. Makalkin

Institute of the Earth Physics of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: makalkin@ifz.ru

Russian Federation, Bolshaya Gruzinskaya str., 10-1, Moscow 123242, Russia

I. N. Ziglina

Institute of the Earth Physics of the Russian Academy of Sciences

Email: makalkin@ifz.ru

Russian Federation, Bolshaya Gruzinskaya str., 10-1, Moscow 123242, Russia

M. E. Artyushkova

Institute of the Earth Physics of the Russian Academy of Sciences

Email: makalkin@ifz.ru

Russian Federation, Bolshaya Gruzinskaya str., 10-1, Moscow 123242, Russia

  1. Витязев А.В., Печерникова Г.В. Ранняя дифференциация Земли и проблема лунного состава // Физика Земли. 1996. № 6. С. 3–16.
  2. Витязев А.В., Печерникова Г.В., Сафронов В.С. Планеты земной группы. Происхождение и ранняя эволюция. М.: Наука. 1990. 295 с.
  3. Генкин И.Л., Сафронов В.С. Неустойчивость вращающихся гравитирующих систем с радиальными возмущениями // Астрон. журн. 1975. Т. 52. Вып. 2. С. 306–315.
  4. Гуревич Л.Э., Лебединский А.И. Об образовании планет // Изв. АН СССР. Сер. физич. 1950. Т. 14. № 6. С. 765–799.
  5. Дорофеева В.А., Макалкин А.Б. Эволюция ранней солнечной системы. Космохимические и физические аспекты. М.: Едиториал УРСС. 2004. 288 с.
  6. Жарков В.Н., Козенко А.В. О роли Юпитера в образовании планет-гигантов // Письма в Астрон. журн. 1990. Т. 16. С. 169–173.
  7. Звягина Е.В., Печерникова Г.В., Сафронов В.С. Качественное решение уравнения коагуляции с учетом дробления // Астрон. журн. 1973. Т. 50. С. 1261–1273.
  8. Зиглина И.Н. Эксцентриситеты и наклоны орбит растущих планет // Астрон. журн. 1985. Т. 62. С. 141–152.
  9. Зиглина И.Н., Макалкин А.Б. Гравитационная неустойчивость в пылевом слое протопланетного диска: взаимодействие твердых частиц с турбулентным газом в слое // Астрон. вестн. 2016. Т. 50. № 6. С. 431–449.
  10. Ипатов С.И. Миграция планетезималей во время последней стадии аккумуляции планеты-гиганта // Астрон. вестн. 1989. Т. 23. С. 27–38.
  11. Колесниченко А.В., Маров М.Я. Основы механики гетерогенных сред в околосолнечном допланетном облаке: влияние твердых частиц на турбулентность в диске // Астрон. вестн. 2006. Т. 40. № 1. C. 2–62.
  12. Кусков О.Л., Дорофеева В.А., Кронрод В.А., Макалкин А.Б. Системы Юпитера и Сатурна: Формирование, состав и внутреннее строение крупных спутников / Отв. ред. М.Я. Маров. М.: изд-во ЛКИ. 2009. 576 с.
  13. Макалкин А.Б., Артюшкова М.Е. К образованию планетезималей: радиальное сжатие пылевого слоя, взаимодействующего с газом протопланетного диска // Астрон. вестн. 2017. Т. 51. № 6. С. 524–561.
  14. Макалкин А.Б. Дорофеева В.А. Аккреционные диски вокруг Юпитера и Сатурна на стадии образования регулярных спутников // Астрон. вестн. 2014. Т. 48. № 1. С. 64–80.
  15. Макалкин А.Б., Дорофеева В.А. Распределение температуры в околосолнечном протопланетном диске на последовательных стадиях его эволюции // Астрон. вестн. 2009. Т. 43. № 6. С. 528–554.
  16. Макалкин А.Б., Дорофеева В.А. Строение протопланетного аккреционного диска вокруг Солнца на стадии Т Тельца. II. Результаты расчета моделей // Астрон. вестн. 1996. Т. 30. № 6. С. 496–513.
  17. Макалкин А.Б., Дорофеева В.А., Рускол Е.Л. Моделирование аккреционного протоспутникового диска Юпитера: оценка основных параметров // Астрон. вестн. 1999. Т. 33. № 6. С. 518–526.
  18. Макалкин А.Б., Зиглина И.Н. Гравитационная неустойчивость в пылевом слое протопланетного диска с учетом взаимодействия слоя и окружающего газа в диске // Астрон. вестн. 2018. Т. 52. № 6. С. 534–551.
  19. Макалкин А.Б., Зиглина И.Н. Образование планетезималей в транснептуновой области протопланетного диска // Астрон. вестн. 2004. Т. 38. № 4. С. 330–343.
  20. Маров М.Я., Колесниченко А.В., Макалкин А.Б., Дорофеева В.А., Зиглина И.Н., Чернов А.В. От протосолнечного облака к планетной системе. Модель эволюции газопылевого диска. Проблемы зарождения и эволюции биосферы / Ред. Галимов Э.М. М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ»/URSS. 2008. С. 223–274.
  21. Печерникова Г.В., Витязев А.В. Эволюция эксцентриситетов орбит планет в процессе их формирования // Аст¬рон. журн. 1980. Т. 57. С. 799–811.
  22. Печерникова Г.В., Звягина Е.В., Сафронов В.С. Распределение допланетных тел по массам. II. Численное решение обобщенного уравнения коагуляции // Астрон. журн. 1976. Т. 53. С. 612.
  23. Печерникова Г.В., Рускол Е.Л. Модели происхождения Луны // Жизнь и Вселенная / Ред. В.Н. Обридко, М.В. Рагульская. М.: изд-во ВВМ. 2017. С. 117–127.
  24. Рускол Е.Л. Происхождение Луны. М.: Наука. 1975. 188 с.
  25. Сафронов В.С. Эволюция допланетного облака и образование Земли и планет. М.: Наука. 1969. 244 с.
  26. Шмидт О.Ю. Четыре лекции о теории происхождения Земли. Изд. Третье (дополненное) М.: изд-во АН СССР. 1957. 140 с.
  27. Шмидт О.Ю. Астрономический возраст Земли // Докл. АН СССР. 1945. Т. 46. № 9. С. 392–395.
  28. Шмидт О.Ю. Возникновение планет и их спутников // Изв. АН СССР. Сер. физич. 1950. Т. 14. № 1. С. 29–45.
  29. Шмидт О.Ю. Метеоритная теория происхождения Земли и планет // Докл. АН СССР. 1944. Т. 45. № 6. С. 245–249.
  30. Шмидт О.Ю. О законе планетных расстояний // Докл. АН СССР. 1946. Т. 52. № 8. С. 673–678.
  31. Bai X.-N., Stone J. Dynamics of solids in the midplane of protoplanetary disks: Implications for planetesimal formation // Astrophys. J. 2010. V. 722. P. 1437–1459.
  32. Bai X.-N., Stone J.M. Wind-driven accretion in proto¬planetary disks. I. Suppression of the magnetorotational instability and launching of the magnetocentrifugal wind // Astrophys. J. 2013. V. 769, article id. 76.
  33. Bai X-N., Ye J., Goodman J., Yuan F. Magneto-thermal disk winds from protoplanetary disks // Astrophys. J. 2016. V. 818, Is. 2. Article id. 152. 20 p.
  34. Blum J. Dust evolution in protoplanetary discs and the formation of planetesimals. What have we learned from laboratory experiments? // Space Science Reviews. 2018. V. 214. Is. 2. Article id. 52. 19 p.
  35. Carrera D., Johansen A., Davies M.B. How to form planetesimals from mm-sized chondrules and chondrule aggregates // Astronomy and Astrophysics. 2015. V. 579. Article id. A43. 20 p.
  36. Coradini A., Federico C., Magni C. Formation of planetesimals in an evolving protoplanetery disk // Astron. and Astrophys. 1981. V. 98. P. 173–185.
  37. Cuzzi J.N., Dobrovolskis A.R., Champney J.M. Particle-gas dynamics in the midplane of a protoplanetary nebula // Icarus. 1993. V. 106. P. 102–134.
  38. Drążkowska J., Aliber Y., Moore B. Close-in planetesimal formation by pile-up of drifting pebbles // Astron. and Astrophys. 2016. V. 594. Article id. A105, 12 p.
  39. Edgeworth K.E. The origin and evolution of the solar system // Mon. Notic. Roy. Astron. Soc. 1949. V. 109. P. 600–610.
  40. Goldreich P., Ward W.R. The formation of planetesimals // Astrophys. J. 1973. V. 183. P. 1051–1061.
  41. Goodman J., Pindor B. Secular instability and planetesimal formation in the dust layer // Icarus.2000. V. 148. P. 537–549.
  42. Ida S., Guillot T. Formation of dust-rich planetesimals from sublimated pebbles inside of the snow line // Astron. and Astrophys. 2016. V. 596. Article id. L3. 5 р.
  43. Johansen A., Blum J., Tanaka H., Ormel C., Bizzarro M., Rickman H. The multifaceted planetesimal formation process // Protostars and Planets VI / Eds Beuther H., Klessen R.S., Dullemond C.P., Henning T. Tucson: Univ.Arizona Press. 2014. P. 547–570.
  44. Johansen A., Youdin A.N., Lithwick Y. Adding particle collisions to the formation of asteroids and Kuiper belt objects via streaming instabilities // Astron. and Astrophys. 2012. V. 537. Article id. A125. 17 p.
  45. Kataoka A., Tanaka H., Okuzumi S., Wada K., Fluffy dust forms icy planetesimals by static compression. Astron. Astrophys. 2013. V. 557. Article id. 4 p.
  46. Kruijer T.S., Kleine T., Fischer-Godde M., Sprung P. Lunar tungsten isotopic evidence for the late veneer // Nature. 2015. V. 520. P. 534–537.
  47. Lissauer J., Safronov V.S. The random component of planetary rotation // Icarus.1991. V. 93. P. 288–297.
  48. Lodders K. Solar System abundances and condensation temperatures of the elements // Astrophys. J. 2003. V. 591. P. 1220–1247.
  49. Makalkin A.B. Possibility of formation of an initially inhomogeneous Earth // Phys. Earth Planet. Inter. 1980. V. 22. P. 302–312.
  50. Michikoshi, S., Kokubo, E. Dynamics of porous dust aggregates and gravitational instability of their disk // Astropys. J. 2017. V. 842. Article id. 61. 15 p.
  51. Morbidelli A., Raymond S.N. Challenges in planet formation // J. of Geophys. Res. : Planets. 2016. V. 121. Is. P. 1962–1980.
  52. Ogilvie G. I., Lubow S.H. On the wake generated by a planet in a disc // Month. Not. Roy. Astron. Soc. 2002. V. 330. P. 950–954.
  53. Rafikov R.R. Runaway accretion of metals from compact discs of debris on to white dwarfs // Mon. Notic. Roy. Astron. Soc. 2011. V. 416. P. L55–L59.
  54. Rufu R., Aharonson O., Perets H.G. A multiple-impact origin for the Moon // Nature Geoscience. 2017. V. 10. P. 89–94.
  55. Safronov V.S., Pechernikova G.V., Ruskol E.L., Vityazev A.V. Protosatellite swarms // Satellites / Eds Burns J.A., Matthews M.S. Tucson: Univ. of Arizona Press. 1986. P. 89–116.
  56. Safronov V.S. Kuiper prize lecture: Some problems in the formation of the planets // Icarus. 1991. V. 94. P. 260–271.
  57. Shariff K., Cuzzi J. Gravitational instability of solids assisted by gas drag: Slowing by turbulent mass diffusivity // Astrophys. J. 2011. V. 738. Iss. 1. Article id. 73. 9 p.
  58. Takahashi S.Z., Inutsuka S. Two-component secular gravi¬tational instability in a protoplanetary disk: A possible mechanism for creating ring-like structures // Astrophys. J. 2014. V. 794. Iss. 1. Article id. 55. 7 p.
  59. Takeuchi Т., MutoT., Okuzumi S., Ishitsu N., Ida S. Induced turbulence and the density structure of the dust layer in a protoplanetary disk // Astrophys. J. 2012. V. 744. Article id. 101. 16 p.
  60. Toomre A. On the gravitational stability of a disk of stars // Astrophys. J. 1964. V. 139. P. 1217–1238.
  61. Ward W.R. Protoplanet migration by nebula tides // Icarus. 1997. V. 126. P. 261–281.
  62. Weidenschilling S.J. Evolution of grains in a turbulent solar nebula // Icarus. 1984. V. 60. P. 555–567.
  63. Williams J., Cieza L. Protoplanetary disks and their evolu¬tion // Ann. Rev. Astron. and Astrophys. 2011. V. 49. Is. 1. P. 67–117.
  64. Youdin A.N. On the formation of planetesimals via secular gravitational instabilities with turbulent stirring // Astrophys. J. 2011. V.731. Article id. 99. 18 p.
  65. Youdin A.N., Chiang E.I. Particle pileups and planetesimal formation // Astrophys. J. 2004. V. 601. P. 1109–1119.
  66. Youdin A.N., Shu F.H. Planetesimal formation by gravitational instability // Astrophys. J. 2002. V. 580. P. 494–505.
  67. Youdin A.N., Goodman J. Streaming instabilities in proto¬planetary disks // Astrophys. J. 2005. V. 620. P. 459–469.
  68. Zharkov V.N. The role of Jupiter in the formation of planets. Geophys. Monograph. 74. Amer. Geophys. Union. IUGG. 1993. V. 14. P. 7–17.

Views

Abstract - 52

PDF (Russian) - 26

PlumX

Refbacks

  • There are currently no refbacks.

Copyright (c) 2019 Российская академия наук