Создание модели возникновения Солнечной системы из межзвездного газа на базе численного моделирования с учетом гравитационного взаимодействия частиц

курсовая работа

Введение

Известно, что протопланетный диск Солнца играет определяющую роль в образовании солнечной планетной системы.

Образование самого протопланетного диска Солнца непосредственно связано с образованием Солнца как звезды. Гипотезы образования Солнца и солнечной системы можно разделить на две группы. Первая из них восходит к классическим гипотезам Канта и Лапласа о совместном образовании Солнца и его планетной системы из единой протосолнечной туманности. Вторая гипотеза предполагает раздельное образование Солнца и его протопланетного диска, из которого впоследствии сформировались планеты. В данных исследованиях авторы придерживаются гипотезы о совместном образовании Солнца и его планетной системы из единой протосолнечной туманности.

Настоящие исследования посвящены эволюции уже образовавшегося протопланетного диска Солнца на ее начальной стадии.

Строго говоря, эволюция протопланетного диска Солнца в ее полной и адекватной физическим процессам постановке должна решаться в рамках общей проблемы образования Солнечной системы. В этом случае эволюция протопланетного диска логически следует из определенной фазы эволюции Солнечной системы. В такой постановке задача является чрезвычайно сложной, и в настоящее время только намечаются пути ее решения. Решение этой задачи в полной постановке возможно методами численного моделирования на основе полных физически адекватных многомерных численных моделей образования Солнечной системы с использованием современных вычислительных систем, например, таких, как вычислительная система МВС-1000 Института прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН. При отсутствии полных моделей актуальным становится построение упрощенных аналитических и численных моделей для отдельных этапов сценария образования Солнечной системы, способных правильно описать основные физические процессы на соответствующем этапе.

В настоящих исследованиях была использована приближенная аналитическая модель, впервые предложенная в работах [12,13] при исследованиях атмосферы вращающегося коллапсара.

Численные расчеты проводились на основе методик и программных средств двумерного программного комплекса, разработанного в Институте прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН [14].

До сих пор мы изучали динамику систем, состоящих только из нескольких частиц. Однако на самом деле многие системы, такие как газ, жидкости и твердые тела, состоят из большого числа взаимодействующих друг с другом частиц. В качестве иллюстрации рассмотрим две чашки кофе, сваренного в одинаковых условиях. В каждой чашке содержится примерно 1023- 1025 молекул, движение которых с хорошей точностью подчиняется законам классической физики. Хотя межмолекулярные силы порождают сложные траектории каждой молекулы, наблюдаемые свойства кофе в каждом сосуде неразличимы и их сравнительно легко описать. Известно, например, что температура кофе, если его оставить в чашке, достигает комнатной и с течением времени больше не меняется. Как связана температура кофе с траекториями отдельных молекул? Почему она не зависит от времени, даже если траектории отдельных молекул непрерывно меняются?

Этот пример с чашкой кофе ставит нас перед проблемой: как можно, исходя из известных межмолекулярных взаимодействий, понять наблюдаемое поведение сложной многочастичной системы? Самый очевидный подход - решить эту задачу в лоб, моделируя на компьютере саму задачу многих частиц. Можно себе представить, что на каком-нибудь суперкомпьютере будущего будут решаться микроскопические уравнения движения для 1025 взаимодействующих между собой частиц. На самом деле этот подход, называемый методом молекулярной динамики, применили к «небольшим» системам многих частиц, насчитывающим обычно от нескольких сотен до нескольких тысяч частиц, и он уже много дал для понимания наблюдаемых свойств газов, жидкостей и твердых тел. Однако детальное знание траекторий 104 или даже 1025 частиц ничего не даст, если мы не знаем, какие именно вопросы требуют выяснения. Какие основные свойства и закономерности проявляют системы многих частиц? Какие параметры нужно использовать для описания таких систем? К подобным вопросам обращается статистическая механика, и многие ее представления нашли отражение в этой главе. Тем не менее единственное, что требуется для работы над этой главой, это умение численно решать уравнения Ньютона, чем мы уже занимались, и некоторое знакомство с кинетической теорией.

Делись добром ;)