В астрономии и планетологии линия инея , также известная как линия снега или линия льда , представляет собой минимальное расстояние от центральной протозвезды солнечной туманности , где температура достаточно низкая для летучих соединений, таких как вода , аммиак , метан , углерод . диоксид углерода и окись углерода конденсируются в твердые зерна , что позволит им срастаться в планетезимали . За этой чертой газообразные соединения (которых гораздо больше) могут довольно легко конденсироваться, что приводит к образованию газовых и ледяных гигантов ; в то время как внутри него могут срастаться только более тяжелые соединения, образуя обычно гораздо меньшие по размеру каменистые планеты .
Сам термин заимствован из понятия « линия промерзания » в почвоведении , которое описывает максимальную глубину от поверхности, на которую могут замерзнуть грунтовые воды .
Каждое летучее вещество имеет свою собственную линию замерзания (например, окись углерода, [1] азот , [2] и аргон [3] ), поэтому важно всегда указывать, о какой линии замерзания материала идет речь. Индикаторный газ можно использовать для материалов, которые иначе трудно обнаружить; например диазенилий вместо монооксида углерода.
Различные летучие соединения имеют разные температуры конденсации при разных парциальных давлениях (следовательно, разную плотность) в протозвездной туманности, поэтому их соответствующие линии инея будут различаться. Фактическая температура и расстояние до снеговой линии водяного льда зависят от физической модели, использованной для ее расчета, и от теоретической модели солнечной туманности:
Радиальное положение фронта конденсации/испарения меняется со временем по мере эволюции туманности. Иногда термин «снежная линия» также используется для обозначения нынешнего расстояния, на котором водяной лед может быть стабильным (даже под прямыми солнечными лучами). Это текущее расстояние снеговой линии отличается от расстояния формирующейся снеговой линии во время формирования Солнечной системы и примерно равно 5 а.е. [8] Причина разницы в том, что во время формирования Солнечной системы солнечная туманность представляла собой непрозрачное облако, где температура была ниже вблизи Солнца, [ нужна цитация ] , а само Солнце было менее энергичным. После формирования лед был погребен под падающей пылью и оставался стабильным на глубине нескольких метров под поверхностью. Если лед в пределах 5 а.е. обнажен, например, в виде кратера, то он сублимируется в короткие сроки. Однако вне прямых солнечных лучей лед может оставаться стабильным на поверхности астероидов (а также Луны и Меркурия), если он расположен в постоянно затененных полярных кратерах, где температура может оставаться очень низкой на протяжении всего возраста Солнечной системы (например, 30–40°С). К на Луне).
Наблюдения за поясом астероидов , расположенным между Марсом и Юпитером, позволяют предположить, что линия водного снега во время формирования Солнечной системы располагалась внутри этого региона. Внешние астероиды представляют собой ледяные объекты C-класса (например, Абе и др., 2000; Морбиделли и др., 2000), тогда как внутренний пояс астероидов в основном лишен воды. Это означает, что когда произошло формирование планетезималей, линия снега располагалась на расстоянии около 2,7 а.е. от Солнца. [6]
Например, карликовая планета Церера с большой полуосью 2,77 а.е. лежит почти точно на нижней оценке линии водного снега во время формирования Солнечной системы. Похоже, что Церера имеет ледяную мантию и может даже иметь водный океан под поверхностью. [9] [10]
Более низкая температура в туманности за линией инея делает гораздо больше твердых зерен доступными для аккреции в планетезимали и, в конечном итоге, в планеты . Таким образом, линия инея отделяет планеты земной группы от планет-гигантов Солнечной системы. [11] Однако планеты-гиганты были обнаружены внутри линии инея вокруг нескольких других звезд (так называемые горячие Юпитеры ). Предполагается, что они сформировались за пределами линии замерзания, а затем мигрировали внутрь и заняли свои нынешние позиции. [12] [13] Земля, которая находится менее чем на четверти расстояния до линии замерзания, но не является планетой-гигантом, обладает достаточной гравитацией, чтобы удерживать метан, аммиак и водяной пар от выхода из нее. Метан и аммиак редки в атмосфере Земли только из-за их нестабильности в богатой кислородом атмосфере, возникающей в результате форм жизни (в основном зеленых растений) , биохимия которых предполагает одновременное наличие большого количества метана и аммиака, но, конечно, жидкой воды и льда , которые химически стабильны в такой атмосфере и составляют большую часть поверхности Земли.
Исследователи Ребекка Мартин и Марио Ливио предположили, что пояса астероидов могут иметь тенденцию формироваться вблизи линии замерзания из-за того, что близлежащие планеты-гиганты нарушают формирование планет на своей орбите. Анализируя температуру теплой пыли, обнаруженной около 90 звезд, они пришли к выводу, что пыль (и, следовательно, возможные пояса астероидов) обычно находится вблизи линии замерзания. [14] В основе механизма может лежать термическая нестабильность линии снега в масштабе 1000–10 000 лет, приводящая к периодическому отложению пылевого материала в относительно узких околозвездных кольцах. [15]
