О формировании Земли, звёзд и галактик с точки зрения школьной физики. Часть 1

On the formation of the Earth, stars and galaxies from the point of view of school physics. Part 1

Автор: Елсуфьев Александр Михайлович

ВНИИЖТ РЖД НЦ Экспресс, Санкт-Петербург, Россия.

e-mail: Elsufiev_al@mail.ru

Elsuf'ev Aleksandr Mihaylovich

Russian Railways, St. Petersburg, Russia.

e-mail: Elsufiev_al@mail.ru

Аннотация: В этой статье автор рассматривает альтернативный нынешней парадигме поэтапный алгоритм формирования звёзд, и следствия из него в виде принципиально отличающегося от общепринятого возможного их строения. Так же, следствием этой теории становится объяснение существования звёздных ассоциаций, и некоторые иные наблюдаемые явления.

Abstract: In this article, the author considers an alternative to the current paradigm step-by-step algorithm for the formation of stars, and the consequences of it in the form of a fundamentally different from the generally accepted possible structure. Also, the consequence of this theory is the explanation of the existence of stellar associations, and some other observed phenomena.

Ключевые слова: формирование Земли, формирование звёзд, физика.

Keywords: formation of the Earth, formation of stars, physics.

Тематическая рубрика: Междисциплинарные работы.

Теория формирования звёзд.

Лирическое вступление.

Крошка сын к отцу пришёл, и спросила кроха: "Пап, а как образовались наша Земля и Солнце?".

И тут папа, который в детстве и юности прочитал на эту тему десятки разных книг, и читает всё доступное поныне, который в юности, будучи учеником 30 ФМШ был многократным призёром олимпиад по математике и физике, городских и всесоюзных/всероссийских, который в студенчестве защищал честь СПбГУ в олимпиаде по механике, был вынужден ответить: «А не знаю, как-то из газа и пыли сгустились». Ибо ни в одной из книг о реальном поэтапном механизме образования звёзд и планет не было ни словечка, только общие обтекаемые фразы. Ну что ж, попробуем это исправить, используя только общеизвестные данные школьного уровня, не углубляясь даже в университетский курс. Поехали!

Часть 1. Общее описание процесса образования Солнца.

1.1. Исходное состояние вещества.

На текущий момент солнце – это звезда, “разумеется” почти гомогенная (одинакового химического состава во всех её частях), массой порядка 2*10^30кг (^ - значок возведения в степень). Когда оно образовалось 5-7 миллиардов лет назад, оно было немного больше. Так как Солнце – звезда очень маленькая, карлик, то на границе его фотосферы гравитация весьма большая, около 27g, гравитационный колодец глубокий, и потому при всей его светимости около 3*10^26Вт, солнечный ветер вылетает со скоростью всего около 1 мегатонны в секунду. Для сравнения, поток лучистой энергии, по формуле E=M*C^2 составляет около 3 мегатонн в секунду, правда уже не массы, а дефекта массы, образовавшейся при сгорании водорода в гелий. Значит, за миллиард лет потеря массы составляет около 10^26кг, а в недрах выгорает около 2*10^28кг водорода – то есть выгорает 1% полной массы Солнца, а улетает менее 0.01% массы. Значит, можно считать, что 5-10 миллиардов лет назад Солнце было практически той же самой массы и размера, только чуточку иного химического состава – было чуть меньше гелия и прочих тяжёлых элементов, и больше водорода. И именно эти параметры можно взять для исходного облака, из которого Солнце образовалось, только может быть массу стоит взять несколько большую – часть массы облака могла быть выброшена излучением при загорании звезды. Для расчёта примем круглую цифру, что исходное облако было пятикратно массивнее Солнца – массой 10^31кг, не забывая о минимуме 2*10^30. И состав возьмём из Википедии – Солнце состоит из водорода (73 % от массы), гелия(25%), на 1 млн атомов водорода приходится 98 000 атомов гелия, 851 атом кислорода, 398 атомов углерода, 123 атома неона, 100 атомов азота, 47 атомов железа, 38 атомов магния, 35 атомов кремния, 16 атомов серы, 4 атома аргона, 3 атома алюминия, по 2 атома никеля, натрия и кальция, и малое количество прочих элементов.

Начальные данные для размера облака возьмём по параметру его прозрачности. Когда мы смотрим в небо и видим там звёзды, мы смотрим вертикально вверх сквозь толщу атмосферы - газа массой в 10тонн на кв.метр, а если посмотреть вбок – толщина слоя уже около 30-100 тонн, и всё равно газ прозрачен. В исходном облаке можно ожидать того же, только с примесью разных тяжёлых атомов. Значит, можно принять, что исходно облако было с концентрацией вещества такой, что при взгляде насквозь на квадратный метр приходилось 1 тонна газа. Отсюда получаем, что диаметр облака будет порядка (10^31 / 10^3)^0.5=10^14метров, или 1000АЕ. Значит, средняя плотность вещества в нём около 10^-11кг/кубометр, или что то же самое 6*10^15 атомов водорода в кубометре, или 6 миллионов в куб.мм. Длина свободного пробега молекул будет порядка километров.

Итак, плывёт себе в космическом пространстве облако пыли и газа … СТОП, вопрос первый – откуда пыль? Изначально было именно облако газа, получившегося после остывания плазмы, состоящее из отдельных атомов и самых простейших 2-5-атомных молекул, в основном гидридов, и сам водород тоже превратился в молекулярный газ. И в каждом куб.мм есть около 3000 молекул гидрида кислорода, то есть воды. А температура облака единицы кельвинов на границе, и десятки ближе к центру – чтобы противостоять хоть и мизерному, но всё же имеющемуся давлению, возникающему при мизерной гравитации.

Предполагая, что это облако исходно в первом приближении почти шарообразное, слегка вращается, и с почти равномерной плотностью, то оно вызывает некоторое притяжение к геометрическому центру, которое возрастает от центра к периферии. И на границе облака, на расстоянии 500 АЕ от центра, где притягивает вся масса облака, ускорение свободного падения составляет уже 10^-7 м/сек^2, или - одну стамиллионную от ускорения свободного падения на уровне Земли. Таким образом, мы прописали все начальные условия для моделирования небулярной гипотезы, впервые предложенной ещё Кантом и развитой Лапласом.

1.2. Описание механизма транспорта массы к центру.

Итак, у нас имеется облако указанной плотности, с числом молекул порядка 10^15 штук в кубометре, и длиной свободного пробега частиц между соударениями порядка 1-5 километров. Температура газа в этом облаке порядка единиц кельвинов, по крайней мере во внешней области. И соответственно, скорость молекул водорода должна быть порядка 200-1000м/сек (температура от 3 до 75 градусов кельвина). Соответственно, ежесекундно молекулы испытывают порядка 0.01-1 соударений.

И что же в таких условиях происходит в газе, состоящем из смеси самых разных молекул и атомов, охватывающих всю таблицу Менделеева? Как известно из курса ядерных технологий, обогащение урана нужными изотопами происходит в центрифугах, когда под действием большого ускорения, тяжёлые элементы быстрее падают вниз (к стенке центрифуги), нежели лёгкие. Здесь у нас ситуация вроде бы прямо противоположная – ускорение просто микроскопическое. Но зато, в отличие от центрифуги, у нас и температура газа гораздо ниже (на порядок или два), и давление ниже в миллиарды раз, и что самое главное – отношение весов молекул и атомов гораздо более высокое.

Тут придётся решить элементарную для 8 класса задачку, и вывести формулу скорости диффузии частиц разных атомов в газовой среде. Формула оказывается проста v=(k-1)*a*t , и расшифровывается как – устоявшаяся скорость оседания в гравитационном поле (v) равна произведению ускорения свободного падения (a) на среднее время между столкновениями (t) и на отношение массы молекулы к средней молекулярной массе газа за вычетом единицы (k-1). Причём формула эта работает не только для отдельных молекул, но и для крупных частиц, состоящих даже из миллионов молекул. Только в последнем случае надо помнить, что чем крупнее частица, тем больше её поперечный размер, тем чаще будут происходить соударения. Но если принять, что частица состоит из N молекул, имеющих коэффициент k, и частица приблизительно круглая, то получается что K(частицы)=N*k, а вот T=t/N^(2/3), и тогда для крупной частицы v=k*a*t*N^(1/3)

Зачем это всё понадобилось? А вот зачем. Сперва посмотрим, что происходит на границе нашего облака радиусом порядка 500АЕ. Ускорение нам известно – порядка 10^-7, так же знаем характерное время t=1-100сек, и известна средняя молекулярная масса газа – около 2.8 (75% уже молекулярного водорода, и 25% гелия). И в этих условиях посмотрим к примеру на атом урана – вне зависимости от того, в составе какой молекулы он находится, его коэффициент К порядка 100, а значит средняя скорость диффузии порядка долей мм в секунду, или около 1-10 километров в год (год = 30 млн сек). До центра облака ему падать с такой скоростью – десятки миллиардов лет … Но есть транспорт и побыстрее.

В исходном составе облака помимо самого водорода и гелия присутствуют в основном гидриды всех элементов, которые обычно похожи на простые шарики, или симметричные эллипсоиды, но помимо этого в ощутимых количествах имеются и молекулы с дипольными свойствами, в основном это обычная вода – чуть меньше чем 1 молекула из 1200 (или 1% всей массы), но изредка встречаются и иные, например гидрид лития. А свойства воды нам всем хорошо известны – зимой она великолепно переходит из состояния пара в снежинки, которые весьма быстро засыпают землю даже метровыми сугробами. А в вакууме молекулы воды начинают массово слипаться при температуре около 200К (-70С).

Теперь оценим эффективность этого “транспорта”. Исходно есть одиночные молекулы, которые ежесекундно испытывает порядка 0.1 соударений, из которых одно из 1200 – другая молекула воды. Значит соударение молекул воды с водой происходит раз в 10000 секунд, и предположим что их слипание происходит 1 раз из 10. На самом деле в связи с низкой температурой, вероятность слипания должна быть около 100%, но предположим именно худший вариант. Значит за год наша исходная молекула, сталкиваясь только с одиночными молекулами воды, превратится в частицу из 300 молекул, массой 5000 единиц, с характерной скоростью падения уже в сантиметры в секунду! А за тысячелетие – получится масса порядка миллионов единиц, а скорость метры в секунду. И это – при условии, что она соударялась исключительно с одиночными молекулами, а не с такими же снежинками, и с постоянной частотой соударений, а не растущей в связи с увеличением размеров снежинки.

А если вспомнить, что 300 молекул за год – это содержимое всего 0.1 куб.мм исходного газа, если принять во внимание наличие ионизирующего излучения, которое создаёт разноимённо заряженные частицы, притягивающиеся на очень больших расстояниях, если вспомнить что дипольные молекулы великолепно притягиваются к любой заряжённой частице, даже если сами не имеют заряда, тогда даже за год частица сможет дорасти до миллионов молекул, а за десять лет и до миллиарда молекул (это количество молекул воды всего в 1 литре газа), обретя способность падать со скоростью в сотни метров в секунду (десятки процентов средней скорости молекул водорода). А самые крупные из льдинок смогут падать и до километров в секунду, пока скорость набегающего водорода не нагреет частицу до температуры кипения. И летя с ускорением 10^-7, даже с десятой его частью (90% будет расходоваться на торможение об другие частицы), самые крупные частицы за столетие легко наберут скорость порядка 30 метров в секунду, или миллион километров в год, а за тысячу лет укрупнятся и наберут скорость падения километр в секунду – с такой установившейся скоростью от окраины облака до будущего центра Солнца можно долететь максимум всего за 2 тысячи лет.

Что ещё будет происходить в это время? Во-первых, эта снежинка набегающим потоком молекул будет разогреваться, возможно превращаясь в каплю. Во-вторых, в неё будет врезаться в самые разные молекулы и одиночные атомы, в том числе и тяжёлые элементы, которые будут ею поглощаться, в результате на выходе получится очень грязный снег, с содержанием примесей не менее десятков процентов по массе. В-третьих, будучи достаточно “тёплой”, да ещё и сложного состава, снежинка начнёт излучать тепло, но не на линиях излучения (поглощения) простых молекул – будучи ансамблем частиц, она сможет излучать на всех частотах спектра, и её излучение станет быстро выходить из облака, почти без поглощения. То есть, падающая в гравитационном поле частица может стать не столько нагревателем, сколько холодильником – нагреваясь и излучая сама, она уменьшает полную энергию системы. Правда тут верно и обратное – в отличие от водорода, эти частицы будут легко нагреваться светом любых иных звёзд, приходящим в сторону облака. В-четвёртых – в ней начнут происходить первые химические реакции, к примеру, если гидридам натрия и хлора чрезвычайно сложно встретиться в космосе, то попав в снежинку, едва она начнёт подтаивать, они неминуемо встретятся и прореагируют до образования соли, которая будет ещё больше растапливать снежинку (а отходы в виде молекулы водорода постепенно покинут её). А ещё в ней будут тяжёлые и редкоземельные элементы, имеющие свойства катализаторов. И в результате в снежинке будут создаваться первые сложные вещества, например типа ароматических углеводородов, которые после этого смогут испаряться из снежинок при нагреве, и следы которых астрономы фиксируют в пылевых облаках. И в-пятых – если снежинка прогреется до полного испарения всех летучих веществ, то останется падать очень маленькая, но тяжёлая крупинка солей тяжёлых или тугоплавких металлов, массой в миллиарды атомных масс – именно это и будет космической пылью.

К чему это в итоге приведёт? А к тому, что, начав своё движение где-то на границе облака, молекулы воды быстро (за годы, максимум столетия) слипнутся в снежинки, нарастят массу и полетят к центру со скоростью порядка сотен метров в секунду, или миллионов километров в год, накапливая в себе вещество тяжёлых элементов. При приближении к центру облака, концентрация мелких частиц будет повышаться, и они станут слипаться в более крупные снежинки или капли, что позволит им эффективно компенсировать уменьшение ускорения свободного падения почти без падения скорости. При этом, исходный орбитальный момент (скорость вращения частиц облака), взятый с периферии облака, станет по мере приближения к центру гаситься и передаваться окружающему газу.

Так как в нашем реальном Солнце скорость вращения на экваторе составляет сейчас около 2 км/сек, а все планеты вместе имеют в 60 раз больший момент вращения, то в исходном облаке, диаметром порядка ста тысяч диаметров Солнца, скорость вращения должна была составлять порядка 1-3 м/сек на краю облака. Но даже 100 метров в секунду на краю облака диаметром в 10^14 метров не сулит никаких проблем, ибо это создаст центробежную силу с ускорением V^2/R=10^-10 –гораздо меньше гравитационного притяжения. Таким образом, те частицы, которые будут пролетать внутреннюю область облака первыми, будут отдавать свой момент вращения ещё почти неподвижному газу, сами падая к центру облака почти вертикально. Зато частицы, которые будут падать последними, ближе к центру облака станут пролетать в уже быстро вращающемся облаке газа, получать от него момент вращения, и начиная с какого-то момента не смогут достигнуть центра системы, образовав диск снежинок, из которых сформируются планеты. Плюс к тому, забегая вперёд, сразу скажу, что очень быстро большая часть облака будет вынуждена сжаться в шар радиусом 1-100АЕ, а уменьшение радиуса в 10 раз ускоряет вращение в те же 10 раз и повышает центробежную силу в 1000 раз, при том что притяжение возрастает всего в 100 раз.

В результате можно ожидать, что полное время падения первых самых крупных снежинок, начавших движение из внутренних областей облака к его центру составит порядка всего лишь 1-2 тысяч лет, а последние снежинки, мелкого размера и с края облака, будут прилетать к центру за 10-100 тысяч лет, и станут пополнять будущий планетный диск. В любом случае, рассчитанное время прилёта оказывается на много порядков меньше того, которое бы понадобилось просто чисто газовому облаку для сжатия в звезду.

1.3. Расчёт начального звездообразования по заданной модели.

Теперь делаем правдоподобное предположение. Допустим исходно за первые 10 тысяч лет центра облака достигли лишь самые крупные снежинки, которые падали начиная с середины радиуса облака (то есть 1/8 часть объёма), и они вобрали в себя всего 1% всей водяной массы этой части облака (остальные молекулы пока так и остались висеть в облаке). Много ли это? Масса облака 10^31кг (полтора миллиона масс Земли - МЗ), “урожай” собрали с 1/8 его объёмной части, 1% от принципиально возможной массы именно воды (плюс примеси десятки процентов), которая составляет порядка 1/100 от полной массы газа. Значит в итоге, центра облака достигли снежинки общей массой только воды около 16 МЗ, примерно 10^26 килограмм!!! Да, это конечно в основном снежинки, лишь частично состоящие из более тяжёлых элементов (от процентов до десятков процентов), но всё же – очень и очень весомо.

Что же происходило в момент падения этих снежинок в центр? Характерная интенсивность прилёта массы снежинок за 10 тысяч лет составила в среднем порядка 3*10^14 килограмм в секунду, или – ежесекундно кубик льда с размером ребра в 7 километров! Упрощая расчёты, примем скорость прироста массы постоянной. Сперва в центре стал образовываться снежок - протосолнце, причём вначале чуть теплее окружающего космоса, ибо снежинки падали со скоростью порядка 100-500м/сек (энергия 5-100кДж/кг или повышение температуры на 5-100 градусов), и они от этого тут же начали слипаться, не давая разлететься. Разумеется, получившаяся центральная масса сразу же стала интенсивно притягивать к себе подлетающие хлопья снега – уже через секунду первый же суперснежок диаметром в 7км обладал ускорением свободного падения на своей поверхности около 2мм/сек^2, то есть в тысячи раз больше чем на периферии облака. До размера в 1000км он дорос примерно за 5 недель, и с этого момента ускорение на поверхности составило уже порядка 1м/сек^2, и соответственно, каждый падающий килограмм снега приобретал только на конечном участке полёта энергию около одного мегаджоуля. А при достижении размера Земли (за 300 лет, радиус 10тыс.км) уже и 100МДж на килограмм. Значит, уже начиная с размера протосолнца в 1000км, ни о каких снежинках на последнем этапе падения больше не было и речи – энергии падения хватало не только на их разогрев и плавление, но и на испарение большей части воды и летучих газов в полёте, а оставшаяся после испарения грязь создавала твёрдый слой, не позволявший веществу выходить из центра протосолнца наружу – ибо скорость падения снега (до вычета испаряющейся воды) составляла около полуметра льда в секунду (корку такой толщины дал бы лёд массой 3*10^14кг, выпавший на планетоид радиусом 1000км).

Таким образом, уже через месяц после появления, протосолнце стало напоминать планету Океан, только очень горячую. А к концу первого года от воды на поверхности не осталось и памяти – осталась одна лишь каменная твёрдь, причём с температурой в сотни градусов, окружённая облаком перегретого пара, в котором все прилетающие снежинки начинали плавиться уже на высоте сотни тысяч километров, массово слипались в комки грязи, на лету высыхали, и при падении выделяли остатки энергии, которая шла на плавление породы. Испарённая вода и прочие летучие газы поднималась на огромную высоту, блокируя возможность выпадения лёгких водорода и гелия, но уже не могла улететь от протосолнца навечно из-за его сильного притяжения.

1.4. Конец образования протосолнца.

В таких условиях – при наличии постоянного притока массы и энергии, разделении массы на составляющие (твёрдые и летучие вещества, типа воды, аммиака и метана), и выделения летучих веществ наружу с избытком энергии, не могла не начаться самоорганизация этих процессов. Так как протосолнце хоть и медленно, но всё же вращалось, в его атмосфере не могли не возникнуть вихри, благодаря которым раскалённый пар стал вылетать в нескольких определённых направлениях, создавая устойчивые ветра разного химического состава на разных высотах. То есть, протосолнце стало из себя представлять быстро растущий камушек в центре, с очень плотной атмосферой над ним, исходно с 2-10-кратно большей массой, почти сплошь из паров воды, аммиака и метана (и возможно иных летучих газов), а водорода и гелия в нижней части атмосферы практически не было. И вот эта плотная атмосфера, разделённая по высоте на зоны с преобладающим содержанием разных газов, в зависимости от их свойств, благодаря устойчивым ветрам стала интенсивно подниматься над одними регионами на тысячи-миллионы км, смешивалась с окружающим первичным газом, там вымораживалась до состояния снежинок, которые массово впитывали в себя все тяжёлые элементы (становившиеся центрами кристаллизации), и через несколько лет свежая порция снега заносилась ветром в другие регионы протосолнца.

В результате, из остатков первичного облака, которое постепенно сжималось вокруг протосолнца благодаря его гравитации, стали интенсивно вымываться все тяжёлые элементы, и через некоторое время они в ближайшей окрестности протосолнца исчезли практически полностью – всё что не смогло упасть на протопланетный диск, удерживаемый возросшей скоростью вращения газа, упало на протосолнце, где быстро переплавилось в каменный комок. Так как исходное облако было массой около полутора миллионов МЗ (или минимум 300тыс МЗ, если облако стало Солнцем целиком, без остатка), и в нём содержался 1% воды (по массе) и 1% прочих веществ, то можно ожидать, что центральный камень протосолнца составил массу порядка 3-15 тысяч МЗ, и ещё порядка 1-10% (сотни-тысячи МЗ) ушла на протопланетное облако.

Так закончилась первая часть образования Солнечной системы – в центре сгустившегося от гравитации облака уже почти чистого водорода и гелия находится горячий каменный шарик массой в 3-15 тысяч МЗ (диаметром сто тысяч км), и он отделён от водородного облака плотной атмосферой из водяных, аммиачных и метановых паров, примерно той же массы, что и центральный камень. И где-то на краю облака вращается протопланетный диск. При этом пока никаких термоядерных реакций нет – температура недостаточна. Эту систему – каменное протосолнце, и сильно сжавшееся газовое облако, разделённое по высоте по составу, назовём квазизвездой – потому то оно уже достаточно активно излучает высвободившуюся гравитационную энергию.

1.5. Вторая стадия образования собственно солнца, версия его строения.

И наконец, начинается часть вторая – образование звезды из квазизвезды. Есть квазизвезда, диаметром в несколько АЕ, и в момент своего образования она имеет наивысшую за всю свою историю массу. Её гало, будучи нагретым до сотен градусов энергией гравитационного сжатия, активно излучает в красном-инфракрасном диапазоне, и едва отличимо от газовых гигантов. В этом гало идут процессы активного перемешивания газа, оно весьма прозрачно, и потому его температура почти постоянна по всему объёму, имея только резкий скачок близ центра, у протосолнца, и резкое падение на краю, где происходит высвечивание энергии в космос, а так же испарение самых быстрых атомов. И чем моложе квазизвезда, тем она крупнее и холоднее.

Выпадение остатков газа из исходной разрежённой туманности на поверхность гало сопровождается сильной потерей им углового момента вращения. Происходит это следующим образом. Так как сжавшееся облако вращается уже достаточно быстро, а температура невелика, то после столкновения двух частиц, относительно центра звезды они имеют одинаковое направление вращения, но разные скорости. И та из них, которая двигалась медленнее, следующее соударение получит в среднем немного ближе к центру, чем более быстрая. То есть, частица с малым моментом вращения немного опустится, а с большим – поднимется. И таким образом происходит сепарация, большая часть облака может выпасть на квазизвезду, а остатки газа с большим моментом вращения, частично передадут его снежинкам в плоскости пылевого диска, и улетят в окружающий космос.

Первыми из гало на протозвезду выпадают тяжёлые пылинки, которые продолжают образовываться в виде снежинок на холодной границе гало, после чего падая к центру испаряются до твёрдого остатка, и в процессе падения выделяют огромное количество энергии, разогревая газ у центра гало. Когда в гало уже практически не осталось тяжёлых элементов, способных упасть в центр (а оставшийся протопланетный диск снежинок выше границы гало), и потому для разогрева облака пара больше нет энергии, получавшейся от падения твёрдой фазы вещества, оно начинает медленно остывать и оседать. А центральная каменная масса протосолнца – уже порядка 3000 МЗ минимум, имеет радиус 10 земных или 10% радиуса Солнца, и на её поверхности ускорение уже порядка 10-15G. И потому, нижние слои атмосферы квазисолнца имеют огромное давление, при котором вода и прочие газы, едва охладившись превращаются в жидкости, и начинается неумолимое падение сперва капель воды, метана и аммиака, а затем и водорода с гелием.

Этот процесс может продолжаться миллионы лет. Одной только воды выпадает столько, что на поверхности протосолнца получается океан глубиной свыше в 10000 километров! То есть, даже без учёта веса водорода, метана и аммиака, одна лишь вода создаёт на наружной поверхности протосолнца давление в десятки миллионов атмосфер.

При этом, до начала термоядерных реакций, протосолнце всё так же остаётся твёрдым (не газообразным) монолитом – огромное давление не позволит ему закипеть. Низкая начальная температура ядра определяется активным теплоотведением хорошо перемешивающейся газовой атмосферы, её разреженностью и прозрачностью, и обратной связью - как только температура у поверхности протозвезды вырастает до испарения пород при текущем давлении, так сразу падение прекращается, и исчезает источник подвода энергии. Всё вместе это определяло низкую начальную температуру поверхности протосолнца не более чем в 10тыс.градусов (внутри было горячее из-за радиоактивного распада). Как и на Земле, пока давление было не слишком высоко, центр протосолнца плавился, и в нём шли магматические процессы с переносом тяжёлых элементов ближе к центру, а лёгких на поверхность. Из-за обилия в центре протосолнца воды, лавы были очень жидкие, подвижные, с большой скоростью разделения пород на фракции. Уже в первые столетия протосолнца, в нём создаётся жидкое железное ядрышко, в котором возникают электрические токи, приводящие к образованию магнитного поля, которое быстро усиливается до максимально возможных значений. Внешняя граница протосолнца становится каменной, как на Земле, над ней плещется раскалённый океан глубиной в тысячи километров, растворяющий несколько десятков верхних километров каменной мантии. Температура этого океана, учитывая давление и солёность, может быть в тысячи градусов. Океан тоже электропроводен, и потому добавляет магнитного поля протосолнцу.

Затем давление в ядре увеличивается настолько, что всё застывает обратно в твёрдой фазе, даже невзирая на рост температуры, застывает даже часть океана. Далее после оседания большей части гало квазизвезды на протозвезду, повышения внутри температуры до десятков-сотен тысяч градусов, начинаются термоядерные реакции – быстрее всего в нижней зоне газовой оболочки, но не в ядре. Но когда они начинаются, Солнце не сразу раскаляется – ему надо нагреть не только разряжённую газовую фотосферу выше зоны термоядерных реакций, но и очень массивное сравнительно холодное ядро. И пока протосолнце медленно нагревается, на него могут выпадать всё новые порции водорода из гало, всё больше повышая давление, и процессу падения ещё не противостоит излучение.

А когда термоядерные реакции наберут силу, и прекратят приток массы водорода, каменное ядро уже претерпит огромное сжатие, и диффузия любых атомов станет исчезающе малой. Вследствие этого, даже за миллиарды лет протосолнце не перемешается с внешними слоями, сохраняя в себе огромный запас тяжёлых элементов. А в фотосферу Солнца перейдёт лишь то, что уже было растворено в жидком водяном океане, да ещё то, что упало сверху в виде зародышей планет. В результате получается, что фотосфера нынешнего Солнца должна быть сильно обеднена теми элементами, которые не могут вырваться из ядра, и наоборот – обогащена теми, которые легко из неё вырывались ещё на стадии формирования протосолнца. То есть, в математической терминологии, Солнце исходно НЕ является гомогенным образованием, просто по факту построения.

Отсюда следует, что реальные пропорции элементов исходного облака и итоговой звезды должны быть совсем иными, нежели ныне наблюдаются в фотосфере, ядро Солнца может достигать 10-90% массы и 20-50% радиуса Солнца. А над ним должен плескаться достаточно толстый, но сравнительно разреженный океан водорода с гелием и прочими примесями, удерживаемый на месте и стабилизируемый именно притяжением гигантского ядра. И если ядро солнца свыше 50% массы, а фотосфера достаточно тонкая, дающая малое давление, то в ядре должен быть пограничный незастывший слой с возможным движением магматических пород.