Введение

В астрономии или планетарной науке, линия мороза, также известная как линия снега или линия льда, является минимальным расстоянием от центральной протозвезды солнечной туманности, где температура достаточно низка для летучих соединений, таких как вода, аммиак, метан, углекислый газ и окись углерода, чтобы сгущаться в твердые зерна, что позволит их аккреции в планетезимали. За линией, в противном случае газообразные соединения (которые гораздо более распространены) могут быть довольно легко конденсированы, чтобы позволить образоваться газовым и ледяным гигантам; в то время как внутри него, только более тяжелые соединения могут быть аккретированы, чтобы сформировать обычно гораздо меньшие скалистые планеты. Сам термин заимствован из понятия "линия замерзания" в почвоведении, которое описывает максимальную глубину от поверхности, на которой могут замерзнуть грунтовые воды. Каждое летучее вещество имеет свою линию замерзания (например, окись углерода, азот и аргон), поэтому важно всегда указывать, на какую линию замерзания материала ссылаются, хотя упущение является обычным, особенно для линии замерзания воды. Следопытный газ может использоваться для материалов, которые в противном случае трудно обнаружить; например, диазенилий для окиси углерода.

Линия текущего снега против линии формирования снега

Радиальное положение фронта конденсации/испарения меняется с течением времени, по мере развития туманности. Иногда термин "снежная линия" также используется для обозначения расстояния, на котором водяной лед может быть стабильным (даже при прямом солнечном свете). Это расстояние от нынешней линии снега отличается от расстояния от линии снега во время формирования Солнечной системы и примерно равняется 5 а.е. Причина разницы в том, что во время формирования Солнечной системы солнечная туманность была непрозрачным облаком, где температура была ниже по отношению к Солнцу, а само Солнце было менее энергичным. После образования лед был покрыт падающей пылью и оставался стабильным на глубине нескольких метров. Если лед в пределах 5 а.е. подвергается воздействию, например, кратером, то он сублимируется в короткие сроки. Однако, без прямого солнечного света лед может оставаться стабильным на поверхности астероидов (и Луны и Меркурия), если он находится в постоянно затененных полярных кратерах, где температура может оставаться очень низкой в течение возраста Солнечной системы (например, 3040 К на Луне). Наблюдения пояса астероидов, расположенного между Марсом и Юпитером, позволяют предположить, что во время формирования Солнечной системы линия водяного снега находилась в этой области. Внешние астероиды - это ледяные объекты класса C (например, Abe et al. 2000; Morbidelli et al. 2000), тогда как внутренний пояс астероидов в значительной степени лишен воды. Это означает, что когда произошло формирование планетезимальных, снежная линия находилась примерно в 2,7 а.е. от Солнца.

Формирование планет

Низкая температура в туманности за линией заморозки делает доступными гораздо больше твердых зерен для аккреции в планетизмалы и, в конечном итоге, планеты. Таким образом, линия мороза отделяет планеты земного типа от гигантских планет Солнечной системы. Однако гигантские планеты были обнаружены внутри линии заморозки вокруг нескольких других звезд (так называемые горячие Юпитеры). Считается, что они сформировались за пределами линии заморозков, а позже мигрировали внутрь в свои нынешние позиции. Земля, которая находится менее чем на четверть расстояния от линии замерзания, но не является гигантской планетой, обладает достаточной гравитацией, чтобы метан, аммиак и водяной пар не выходили из нее. Метан и аммиак редки в атмосфере Земли только из-за их нестабильности в атмосфере, богатой кислородом, которая возникает из форм жизни (в основном зеленых растений), биохимия которых предполагает обилие метана и аммиака в одно время, но, конечно, жидкая вода и лед, которые химически стабильны в такой атмосфере, образуют большую часть поверхности Земли. Исследователи Ребекка Мартин и Марио Ливио предположили, что пояса астероидов могут формироваться вблизи линии замерзания из-за того, что близлежащие гигантские планеты нарушают формирование планет внутри их орбиты. Анализируя температуру теплой пыли, обнаруженной вокруг около 90 звезд, они пришли к выводу, что пыль (и, следовательно, возможные пояса астероидов) обычно находится рядом с линией замерзания. Основным механизмом может быть термическая нестабильность снежной линии на временных масштабах 1000 - 10000 лет, в результате чего периодически откладывается пылевой материал в относительно узких околозвездных кольцах.