爲什麼八大行星的運動軌道幾乎在同一平面中?

除了冥王星有點偏,其他的行星的運動軌道幾乎在同一平面中,為什麼他們的軌道不會像電子那樣沒規律?

為什麼八大行星的運動軌道幾乎在同一平面中?

要解釋這樣的問題,先從原始太陽星雲因為自轉而分裂的角度來看,大行星都是“星雲盤”的一部分,因此比較集中於原始星雲盤平面。太陽系的八大行星共面性不是精確的,而是統計上的,因為總有些行星偏離了這個平面。只是大部分確實是在一個平面上的,這些星球的軌道平面總體上呈圓盤狀的。然而宇宙中也有類似球狀的,只是這樣的星系比較年輕而已。

話說銀河系和其他星系最初也可能是近似球狀的,為什麼這麼說呢?因為現在宇宙中觀察到的大部分星雲還是不規則的,在實際的應用計算中為了便於找質心,好計算,理解其中的相互作用,會等效成“真空中的球形雞”,很多天文學家也是總喜歡做這種事情,並且這樣做的結果卻往往是有效的。然而由於某些原因,比如星系間相互作用,星系誕生時的初始情況,還有一些擾動等等,星系也就具有一定的角動量,當然理解成這個星系本身就在轉。

星雲在宇宙中引力的相互作用下會坍塌凝聚,在凝聚過程中遵循角動量守恆(也就是wr^2不變),從這個角動量守恆出發可以看出轉速隨r的減小而增大,結果使離心力增大了。離心力要比引力增大的快,同時最終引力會增大到等於離心力。由於引力不需要填補離心力,所以就會坍塌的很厲害,結果就是靠近轉軸的扁平而垂直轉軸的寬窄,最終呈現一種扁平的樣子而穩定下來。在坍塌的過程中不滿足能量守恆定律,失去的能量將以輻射的形式釋放掉。距離轉軸近的地方能量釋放的多,因此星系的脈衝多來源於軸向。

可以用另外一種更為簡單的描述:原始太陽星雲就像是這麼個狀態:最初是球對稱的,但是由於引力收縮和氣體對流原因,在星雲的某個部分產生了這樣的定軸自轉。於是自轉部分逐漸趨向於盤狀。盤中心部分收縮為太陽,邊緣部分引力只能夠提供自轉向心力,無法向中心聚攏,於是收縮為大行星。更外部分還沒有被氣體自轉帶動,因此仍然是球對稱的,逐漸演化成奧爾特星雲。因此原始太陽星雲不只演化為太陽,而是演化為整個太陽系。

這個軸的方向個人認為不是一定的,取決於原始太陽星雲收縮時漩渦產生的方向。當時漩渦朝向哪邊,則公轉軸也朝向哪邊。但是既然太陽和行星都是同一個漩渦產生出來的,那麼太陽自傳和行星公轉的方向應該是基本一致的。也可能軸向的確定與大尺度“例如銀河系旋臂”的作用有關,這就不得而知了。但是最近NASA也在一些恆星系中發現了逆向公轉的行星,這和原始太陽星雲理論不符。有人猜測這些少數的逆向公轉行星是恆星系形成之後由中央恆星從別的恆星處俘獲來的,因為擁有逆向公轉行星的恆星基本都是大質量恆星——藍巨星。


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