קו השלג (אסטרונומיה)

קו השלג (או קו הקרח או קו הכפור, באנגלית: Snow line, Ice line או Frost line בהתאמה) באסטרופיזיקה ומדעים פלנטריים זהו רדיוס סביב הכוכב שמעברו מים יכולים להתגבש לקרח. לפעמים משתמשים במונח זה לתיאור רדיוס בו אמוניה, מתאן או פחמן דו-חמצני, חנקן או גזים אחרים יכולים להתגבש למוצקים. לקו זה ישנה חשיבות רבה בהיווצרותה של מערכת פלנטרית, שכן לפי המודלים המקובלים, כמו ספיחה על ליבה, כוכבי לכת גזיים נוצרים עקב ספיחתו של גז על פני מוצקים. כלומר דורשים פלנטיסימלים להיווצרות כוכבי לכת ופלנטיסימלים יכולים להיווצר רק מקרח וסלעים. קו זה קיים מכיוון ששטף הקרינה מהכוכב יורד עם המרחק, וברדיוס קטן הקרינה מונעת התגבשות של קרח. לקו השלג ישנה חשיבות קריטית בהיווצרות מערכת כוכבי לכת. בתקופה ראשונית לפני שכוכבי לכת נוצרים, הכוכב מוקף בדיסקה של אבק וגז, הנקראת דיסקה קדם-פלנטרית. מדיסקה זו למעשה נוצרים כוכבי הלכת הסלעיים והגזיים. יצירתו של כוכב לכת גזי דורשת גרעין מוצק שעליו יספח הגז. ספיחה מתרחשת ברגע שהמהירות התרמית של חלקיקי הגז משתווה למהירות המילוט מהמוצק. כלומר על המוצקים להתגבש לגוף מספיק מסיבי בשביל שהכבידה העצמית תהיה גבוהה דיה למשיכת הגז. ברדיוס הקטן מקו השלג, המים נמצאים במצבם הגזי, והם יכולים להיספח על מוצקים אחרים כמו סלעים. סלעים אלו יכולים להיווצר בכל רדיוס, אך יצירתם של סלעים מאבק גוזלת זמן רב. זמן זה יכול להיות גדול מזמן חיי הדיסקה הקדם פלנטרית, כך שכוכבי לכת מסיביים מספיק אינם יכולים להיווצר קרוב לכוכב שלהם. לעומת זאת, ברדיוס הגדול מקו השלג, המים הופכים למוצקים שעליהם יכול להיספח גז אחר. המים יוצרים פלנטיסימלים קרחיים שעם הזמן יכולים להתנגש בינם לבין עצמם וליצור פלנטיסימלים גדולים יותר. פלנטיסימלים גדולים אלו סופחים אליהם גז רב, דבר המגביר בצורה ניכרת את המסה ואיתה את האזור ממנו הגז יכול להיספח על כוכב הלכת המתהווה. מנגנון זה מהיר בהרבה ממנגנון בו גז נספח על פלנטיסימלים סלעיים, כך שכוכבי לכת גזיים נוצרים בשלב מוקדם יותר מכוכבי לכת סלעיים והם משפעים על היווצרותם של כוכבי לכת הסלעיים. כך למעשה קו השלג מפריד בין שני מנגנוני יצירה שונים. ניתן להסיק מכך שלא יהיו כוכבי לכת גזיים קרובים לכוכב שלהם, אך התצפיות אינן תואמות את המסקנה הזו. תצפיות בכוכבי לכת חוץ שמשיים מראים כמות גדולה של כוכבי לכת מסוג צדק חם, כלומר כוכבי לכת גזיים ענקיים הנמצאים קרוב מאוד לכוכב. ההסבר המקובל הוא שכוכבי לכת אלו נוצרו מעבר לקו השלג, אך נדדו קרוב יותר עד להגעה לרדיוס בו אנו צופים בהם כיום. אין מניעה עקרונית להיווצרות כוכבי לכת סלעיים מעבר לקו השלג, אך כוכבי לכת אלו יהיו בעלי כמות גבוהה בהרבה של קרח ביחס לכוכבי לכת קרובים לכוכב. כך לדוגמה כוכב הלכת הננסי פלוטו נחשב לסלעי והרכבו הוא בעיקר סיליקטים וקרח. זמן חיים של דיסקה קדם-פלנטרית הוא כ-5Myr, כך שמנגנון היווצרות כוכבי לכת גזיים צריך להיות מהיר מספיק. מנגנון היווצרות של כוכבי לכת סלעיים אינו מחויב להיות מהיר, מכיוון שהסלעים (בניגוד לגז) ממשיכים להתקיים גם לאחר התפוגגות של הדיסקה. במערכת השמש, קו הקרח עובר במרחק הקטן מ-5 יחידות אסטרונומיות מהשמש, כלומר כל ארבעת ענקי הגזים במערכת השמש נמצאים מעברו. כלומר הקו למעשה מפריד בין כוכבי לכת גזיים לבין כוכבי לכת סלעיים מחקרים שונים נותנים מספר הערכות מספריות לקו השלג: 2.7 יחידות אסטרונומיות 3.2 יחידות אסטרונומיות 3.1 יחידות אסטרונומיות הערכות שונות לטמפרטורה בקו השלג נעות בין 145 קלווין לבין 170 קלווין. תצפיות ומודלים תאורטיים מראים כי ישנו קשר בין מיקום חגורות אסטרואידים במערכות פלנטריות לבין קו השלג, כלומר ניתן למצוא אבנים ואבק דווקא סביב הקו בו מים מתגבשים לקרח. התפתחות מערכת השמש Imaging of the CO Snow Line in a Solar Nebula Analog UltraCarbonaceous Antarctic micrometeorites, probing the Solar System beyond the nitrogen snow-line Frost line or snow line or ice line in the solar system How Did Jupiter Shape Our Solar System? Towards Chemical Constraints on Hot Jupiter Migration Pluto and Charon : ice worlds on the ragged edge of the solar system Chen and Kamp, 2004 צ'ושירו הייאשי, 1981 מוריס פודולק ושי צוקר, 2004 מריו ליביו ורבקה מרטין, 2012 Asteroid Belts of Just the Right Size are Friendly to Life מחקרם של מריו ליביו ורבקה מרטין