宇宙中的各種天體為什麼要轉?

無怨無悔隨風飄


沒有什麼物理規律要求天體必須旋轉,但一般情況下確實宇宙中的天體,從恆星到黑洞都是旋轉的,主要原因是因為這些天體形成過程中的角動量守恆。

宇宙中的天體都是由太空中巨大的,不均勻的氣體雲和塵埃在自身的引力作用下坍塌時形成的,每個粒子都有自己的角動量,兩個粒子結合到一起時,動能守恆,只有方向完全相反,大小完全相等,總動能最後才能是0。同樣,依靠引力吸積在一起的粒子的總角動量仍然守恆,任何微小的不對稱都足以使其旋轉。換句話說,當塵埃和宇宙碎片結合在一起形成天體時,塵埃和宇宙碎片不會直接掉進去,而是以一定的角度進來,只要組成天體的總的角動量不為零,就足以讓天體旋轉。即使它旋轉的幅度很小,當它坍縮時,角動量守恆意味著它會旋轉得越來越快,就像一個旋轉的花樣滑冰舞蹈演員把胳膊靠近身體,從而會使身體旋轉得越來越快,但是角動量保持不變;同樣地,當她在旋轉結束時伸展手臂時,她的旋轉速度也會減慢。

宇宙大爆炸最初產生的物質團塊有一個初始的角動量,這些團塊分裂成更小的團塊,形成更小的星系團、星系群、單個星系、星系內的行星系統,最終形成單個恆星和行星。小塊的每一塊都有各自的原始總角動量,它們的比例不斷減小,所以今天宇宙每個天體都在自旋,都有自己獨特的角動量。


科學閏土


這裡涉及到兩個問題。

第一:為什麼要轉?

這就跟你轉呼啦圈一個道理。你想要讓呼啦圈保持在你迷人的小腰肢上,就得讓它轉動,一旦不轉,那就掉地上了。



宇宙中的天體是一個道理。比如地球必須圍繞著太陽,以每小時10萬公里的速度,在一個近似橢圓的軌道上拼命狂奔(法拉利的最高時速300多公里),要不然就得一頭栽到太陽裡面去。

其實地球應該也不願意這樣吧!但是沒辦法啊,宇宙中誰的引力大,誰就是老大。太陽的質量是地球的33萬倍,地球只能乖乖繞著老大轉,而且必須得達到這個速度,離心力才能和引力平衡,不然就會越轉越靠近太陽,最後被老大化為灰燼。


第二個問題:轉動的力量來自何處?

轉呼啦圈的力來自於你的小蠻腰。那宇宙中天體運行的力來自於哪裡呢?

太陽系最初是一大團氣體雲,引力和壓力共同作用在這團氣體雲上。引力會壓縮氣體雲,讓氣體雲變得越來越熱,同時,氣體雲內部的壓力也會變大,與引力平衡。

由於溫度太高,氣體雲會向外輻射熱能併發出耀眼的光芒,這導致壓力變小,引力趁虛而入,進一步壓縮氣體……最後,密度最大的區域會變成一個核聚變反應堆,在這個反應堆裡,氫原子聚變生成氦,一顆恆星就誕生了。



在氣體雲被壓縮的過程中,氣體輕微的旋轉會被放大,旋轉的氣體雲產生巨大的離心力。由於離心力的存在,引力會把氣體雲壓縮成一個“超級大披薩”,被稱為“原行星盤”。



如果這團氣體雲中除了氫和氦,還有碳、硅等比較重的元素,那麼,在中心形成炙熱恆星的同時,外層物質就會形成一種較冷的物體,也就是行星。

如果這一團氣體雲太大太重(比太陽重數百萬甚至數萬億倍),那它最後就會變成一個星系。



所以,讓天體轉動的力來自於原始氣體雲的轉動。而驅動原始氣體雲的,則是引力和其它三種基本力的共同作用。如果還要繼續追根溯源,那麼,一切的物質和能量都來自於138億年前的宇宙大爆炸。


丹讀


在宇宙中,天體的轉動是十分普遍的現象。

地球本身有自轉,同時還會繞著太陽公轉。月球的陰晴圓缺是月球環繞地球公轉的結果。雖然滿月看起來都是一樣的,但月球也有自轉,只是自轉與公轉達到了同步。另外,太陽自身也有自轉,平均週期為27天。同時,太陽還會環繞銀河系中心旋轉,週期大約為2.3億年。

那麼,為什麼宇宙中的天體都會旋轉呢?有沒有不會旋轉的天體呢?

萬有引力定律表明,宇宙天體之間都有存在引力作用,如果沒有辦法對抗引力作用,天體就會互相吸引在一起。只有通過某種方式運動,天體之間才能避免在引力的作用下發生碰撞。也就是說,沒有轉動的天體都已經撞毀了,留下來的都是會轉動的天體。

那麼,天體是如何開始轉動的呢?

天體的轉動與其如何形成有關。宇宙大爆炸初期產生了大量由氫和氦組成的星雲,它們在外部干擾下,比如附近有超新星爆發,將會坍縮形成恆星、行星、衛星以及其他各種小天體。太陽系的形成必然受到了上一代大質量恆星的影響,我們所知的重元素大都是來自於那顆恆星,它的超新星爆發送來了重元素。

星雲中的組成粒子會互相碰撞,它們基本上不可能剛好互相碰撞抵消,使得星雲的淨角動量為零。因此,星雲在某個方向上會有一個整體運動,而且隨著引力坍縮,星雲會在該方向上越轉越快。

最終,恆星從星雲中心形成,因為角動量守恆,恆星會保持自轉。剩餘的星雲繼續環繞恆星旋轉,從中形成的行星和衛星不但會自轉,而且也會公轉。同樣地,從星雲中形成的銀河系也會自轉,其中的恆星會繞著星系中心旋轉。

只有轉動的天體才不會被其他天體的引力吸引過去,否則它們最終將會不復存在。不過,並非所有轉動的天體都能永遠存在。

在銀河系附近的幾百萬光年空間中,存在數十個星系,它們組成了本星系群,銀河系以及其他星系都會環繞本星系群的中心旋轉。然而,由於本星系群中兩個最大的星系——銀河系和仙女座星系,它們之間的距離太過接近,引力作用十分強大,儘管這兩個星系都有公轉運動,但它們之間逐漸螺旋接近,大約在38億年後會被引力吸引到一起。最終,宇宙中將不再有銀河系,取而代之的是一個更大的橢圓星系。


火星一號


宇宙空間是一個充滿“以太”的流體環境,相鄰的兩個物體在流體中運動,同向運動相吸,逆向相斥。物體在空間流體中運動產生了萬有引力,天體的運動線速度越快,產生的萬有引力G值越大。自轉的天體在空間流體中運動,會產生公自轉偏向力,使天體產生公轉現象。萬有引力、磁力、強弱核力、公自轉偏向都來源於物體的運動。


太上邪神


運動是絕對的,靜止是相對的,宇宙中的天體,擁有自轉的佔絕大多數,天體自轉在宇宙中是很常見的現象。



宇宙中幾乎所有的天體都可以自轉,除了一些既不會自轉也沒有公轉的小天體,比如說隕石或者是彗星,它們沒有固定的軌道,也只能在宇宙中的各個地方隨波逐流。但是對於一般的星球來說,基本上都會有自轉的,太陽系的的太陽和八大行星以及八大行星的衛星們,都是可以自轉的。如果往大了看,哪怕是放眼整個宇宙,不會自轉的星球也只是極少數。除了自轉之外,幾乎所有的星球也會有公轉,公轉其實好理解,但是自轉可能就沒有那麼好理解了。

天體為何自轉?

關於天體自轉,有以下幾種推測:

1、上帝給了一腳

著名的大科學家牛頓晚年竟然研究起了神學,也不知道是不是因為牛頓晚年靈感枯竭的原因,他竟然把一些自己無法解釋的東西跟神聯繫起來,比如說牛頓在發現自己的理論無法解釋天體的自轉的時候,就認為天體的自轉應該是上帝創造宇宙的時候給了這個天體一腳,如果說真的有上帝的話,那麼這種想法可能沒錯,但是在今天看來,這是站不住腳啊。

2、收縮斥力引起

康德認為行星的自轉動力是來自於星體構成時形成的緊縮斥力,但是康德並沒有解釋清楚為何這個斥力就一定要促使地球形成自轉,也沒有解釋為何這個星體會一直轉個不停,雖然他本人指出牛頓對於斥力的描述並沒有像對引力的描述那樣清楚,但是他自己對於斥力的解釋也是模糊不清的。

3、星雲收縮理論


宇宙中的天體,基本上最初都是由星雲聚集形成的,在宇宙大爆炸的那一刻,無限的能量推動著時空的展開,數不盡的能量轉化為了大量的物質。星雲開始遍佈整個宇宙,直到它們在引力作用下逐漸堆積,最終在恆星物質塌縮階段,中心層收縮,外圍物質則會被爆炸衝出去。這些沒能成為恆星的一部分的星雲,就逐漸收縮成了行星,而收縮之前的物質,不可能處於絕對靜止狀態,而運動相對於收縮的中心,角動量之和也絕對不可能為零,所以根據角動量守恆,最終形成的星體,是不可能不會自轉的。

以上的三種推測中,前兩種可以說是已經被否認掉了,但是對於最後一種,還是有爭議的,直到今天,科學家也沒有完全弄清楚宇宙中的天體為何會不停地自轉,這也是一個困擾科學界的難題,你認為這些星體為什麼會自轉呢?說出你的想法吧!


鏡像科普


我們看見磁場有一個特點,有電流方向,磁場方向,磁場力方向,這三種性質同時存在於一體中。

人類發現了這個特徵而製造了電動機與發電機。

今天被廣泛應用於各行各業中。

那麼,宇宙中的萬有引力,也存在這樣的特徵,一個星球與另一個星球之間的關係,當離心力和向心力之和等於零的時候,一顆小的星球,會圍繞著一個引力場大的星球運轉,大的星球的磁場會穿過小的星球中心軸。

那麼磁場穿過就會有電場,與電場力,而產生電動勢,而朝著一個方向運動。

又由於這個小的星球本身也有磁場,磁場力,與運動方向,在運動中不斷的切割大的星球的磁力線,而產生電場,同時產生磁場,磁場力,也會產生運動,這就是自傳。

反之自傳產生的圓周運動加強了離心作用,而公轉又加強了向心作用。

它們之間的關係正負兩個力等於零。

維持在一個恆定的軌道上週而復始的循環著亙古不變的運動項目。


寶樹白石


運動中平衡一一宇宙的第一需要。物質是無限細分的,也是無限聚合的物質之所以能夠分離是因為它互相聚合,而互相集合,本身是為了結夠上的穩定,是一種相互需要。運動和平衡的宇宙,宇宙在不停的運動著,在運動中維持著平衡,平衡在宇宙中比比皆是,在宇宙各天體中比比皆是。運動是宇宙不斷的尋求自身的穩定、自身平衡的結果。事物是豐富多彩的,事物總是作為過程邇存在的。宇宙中的任何事物,都處在不斷運動的變化和發展中,在宇宙中,運動形式和平衡的形式多種多樣,有趨於穩定的平衡,有正在形成的平衡,有已經穩固的平衡,還有正在打破破的平衡。一切平衡的關係,都是在運動中實現的。趨於穩定的平衡,銀河系有四條旋臂,在其他很多星系中,也有許多星系帶有自己的旋臂,這些星系的旋臂是如何形成和如何維持呢?銀河系在運動、變化和發展過程中,圍繞著銀心旋轉,就像一個漩渦,形成了激烈的旋渦流,也就形成了一定數量的旋臂,而旋臂的作用,又反過來促進了銀河系的平衡。銀河系除了自轉以外,還在和附近的幾千個星系一起,圍繞著它附近的一個大吸引體一一巨大質量中心一一不斷的運動者,構成了一個更大範圍的星系一一本星系群。所謂大吸引體,就是本星系群的中心。而銀河系本身在本星系群中的位置,極有可能就像太陽系在銀河系中的位置一樣,只是處在這個星系群的邊緣或某一條臂上而已。第二,正在形成平衡。宇宙各星系中,還有許許多多的星系的平衡問題上為完全解決,還在不斷的運動中,並在這個過程中尋找平衡,直到最終形成穩固的平衡。這樣的星系有,位於大熊星座的M82星系,還有人把它叫做雪茄星系,這是一個大十字星系,為天爐星座的NGC136星系,是一個棒旋星系,它距離我們約6000萬光年,還有位於後發星座的NGC4676星系,它距離我們約3億光年。這樣的星系還有很多。這些星系的平衡正在形成中。第三,已經穩固的平衡,在自然界中,物體最穩固的形狀莫過於球形和橢球形。在宇宙中,星系存在形式也不例外。人們已經發現,許多星系形狀是球形的或者是橢圓形的。宇宙間的球形星系,是一種非常穩定的星系。比如,武仙座的M13星系、就是一個球狀星系,他擁有幾十萬顆行星,在它的中心,恆星密度是太陽附近恆星密度的500倍,它距離我們約25000光年。此外,盡在m87星系中,就有約20000個球狀星系圍繞著,它距離我們約4700萬光年。宇宙中這樣的球狀星系很多,分佈很廣。在這些球行星系中,已經形成了穩固的平衡。宇宙平衡的條件。宇宙是運動和平衡的宇宙,運動是平衡的條件,平衡是宇宙存在的基礎,運動和平衡是宇宙的存在方式。宇宙要運動,就必須擁有巨大的能量,能量地雷原就是宇宙大爆炸產生的本始宇宙能,這是宇宙不斷膨脹的基本推動力。這也是宇宙星系的基本的要素。謝謝!


AAAET




無論是宇宙開始時的大爆炸,還是較大的恆星成為超新星時發生的爆炸,這些噴發到宇宙中的物質會形成新的恆星、行星、大大小小的星系等天體。

物體的運動遵循一個基本規律,就是動量矩守恆,這在很多文章中有介紹。就是一個很多質點形成的質點系,在沒有外力矩的情況下,其角動量是不變的。也就是轉動慣量J和角速度ω的乘積是個常量:Jω=常量



我們把各種天體的轉動說明白會很麻煩,很多人也未必能耐心看和理解清楚。為了形象一點,我們可以做個比喻:我們可以看看核爆炸時形成的煙雲,煙雲翻轉滾動有靜止的嗎?當然沒有。如果我們把這些煙雲看做爆炸後的宇宙物質,當它們各部分形成很多天體後,由動量矩守恆,當然各種天體都會處於翻轉滾動狀態。而且隨著星球、星系體積的減小,轉動慣量會減小,轉速會增大。



各種天體相互的引力作用,也會使天體圍繞著其他天體轉動,形成大的星系或者恆星、行星、衛星的關係。由此,宇宙中的天體,都會處於轉動和運動狀態,也就不難理解了。


仰望星空


宇宙中的各種天體為什麼要轉?

關於天體旋轉的現象,人類有歷史記載以來就已經發現了,不過形成體系卻是在2000年前的古希臘時代,托勒密的地心說系統的總結了觀察到的天體運行,提出了地球為中心的宇宙說,當然大家都知道這是錯誤的,從地心說到現代宇宙論,我們不妨來簡單瞭解下


從正圓的日心說到現代宇宙觀

地心說統治了人類文明超過1500年時間,直到哥白尼開始懷疑地心說的各種設定,比如行星逆行等,哥白尼細緻的觀察了天體運行,在在1513年完成了《天體運行論》,提出了日心說。但哥白尼認為行星都以正圓形軌道繞太陽公轉。

  • 開普勒在1609年出版了《新天文學》,提出行星三大定律,揭示了行星的軌道是橢圓而非正圓形。
  • 伽利略在1609年發明瞭望遠鏡,觀測木星以及它的衛星,記錄了大量觀測資料,並且通過觀測太陽黑子,發現太陽也在自轉。
  • 牛頓在開普勒以及伽利略的運動研究的基礎上,在1687年出版的《自然哲學的數學原理》提出了三大定律以及萬有引力定律,揭示天體之間運行的秘密。
  • 英國天文學家布拉德雷在1748年,公佈了他觀測發現地球的章動現象是受到月球影響所致;
  • 1783年,發現了天王星的赫歇爾在分析了7顆恆星的運動後,推測出太陽正在向武仙座方向運行。並且赫歇爾通過大量的觀測,第一次繪製出了銀河系形狀。當然與真正的銀河系大相徑庭,儘管猶如一個攤破了大餅,但這個銀河系是赫歇爾之後100年內最精細的銀河系恆星分佈圖。

  • 拉普拉斯在1799年後陸續出版的《天體力學》,論述了行星之間互相影響的攝動理論。拉普拉斯另外在數學層面證明了太陽系行星軌道運行的穩定性,在1796年《天體力學》出版以前他就提出了太陽系可能形成於一片星雲的說法,解釋了為什麼太陽系內所有行星的旋轉運動都同一個方向。

  • 19世紀天文學家對仙女星系的認識逐漸瞭解到可能銀河系也是這樣的螺旋星系;
  • 1918年美國天文學家沙普利發現太陽系在銀河系邊緣;
  • 1926年瑞典天文學家貝蒂爾·林德布拉德分析出銀河系也在自轉;

在從地心說到銀河系的認識過程中,唯有旋轉是一直以來不變的特性,牛頓無法解釋這個原因“上帝之手推了它一把”,牛頓如是說。

為什麼天體都會轉動?真是上帝推了一把?

從誕生的後的天體運行可以找到它們運動的規律,但卻無法找到形成這種運動的原因,不過卻可以輔助我們去分析為什麼會形成這種運動方式,我們可以發現,天體如果不考慮進動或者其它天體引力或者廣義相對論彎曲時空影響的話,它的運動非常簡單,沿著測地線運動,這將指導我們發現天體轉動的奧秘。

  • 天體形成的星雲說

康德和拉普拉斯都提出了天體形成的星雲假設,當然這個理論在二十世紀處在初步成熟,因為英國物理學家詹姆斯·霍普伍德·金斯在二十世紀初發現了星雲坍縮的幾個條件,即形成金斯不穩定性的幾個條件。

當分子云不足以對抗引力時,就會發生坍縮,它需要滿足如下幾個條件:

  1. 當分子云密度擾動區域時會發生引力坍縮
  2. 當分子云密度大於金斯密度或者質量大於金斯質量時,會發生引力坍縮

超新星爆炸是促成其條件的因素之一。

  • 坍縮初期的博克球狀體

星雲內部滿足這一個條件的會形成一個坍縮區域,這在星雲觀測中屢有發現,而這個區域可能有數十顆太陽的質量,也有可能分裂成多個區域誕生多顆恆星。

綽號為“毛蟲”的博克球狀體。它發光的邊緣表明它正在被星團中最熱的恆星電離。

  • 坍縮運動的測地線軌跡

只有在絕對理想的狀態下,向引力中心掉落的物質測地線才會指向質心,但這條件在複雜的星雲內部是無法滿足的,因此在坍縮過程中形成旋轉的星雲積盤是必然的。

獵戶星雲(M42)中的稠密氣體和塵埃正在孕育大量恆星。

來自於坍縮測地線運動中心天體會繼承這個運動,因為角動量守恆,這些角動量必然會被繼承,因此從中誕生的天體都是轉動的,包括公轉也同樣如此,因為形成行星的星雲坍縮區域本來就圍繞中心原恆星公轉。

星系的幾種運動方式

銀河系的自轉運動我們幾乎可以說是參考仙女星系M31的發現的,因為這個距離銀河系最近的完整星系猶如鏡子一樣可供我們對比,而銀河系與仙女星系儘管大小上有所差別,但自轉卻並沒有區別。

  • 旋渦星系或者棒旋星系等以整個星系都處在自轉運動為主;

星系的分類

本星系群中的銀河系和仙女星系都屬於Sb型,都屬於棒旋星系,三角座星系則屬於Sc型

銀河系

  • 矮星系的不規則自轉方式

比如人馬座矮橢球星系,大小麥哲倫等都屬於矮星系,不過人馬座矮星系正在和銀河系合併。

上圖是大麥哲倫星系的成員運動方式,這個矮星系大致仍然在自轉中,但很不規則,因此恆星的軌跡形成了一枚指紋。

  • 橢圓星系僅有部分恆星以不規則自轉為主。

橢圓星系是已經過了恆星快速形成的時期,當前形成過程已經結束的部分星系,幾乎不自轉或者僅以少量恆星的不規則運動的星系。

著名的M87就是橢圓星系,它的中心就是今年4月10日首次取得的黑洞真身。

在星系以上更大的尺度內,運動並非以轉動為主,而是不貴則的,有些類似溪流(如上圖),看起來是不是一個很怪異的羽毛狀?

有不轉的天體嗎?

準確的說應該沒有,只有傳說中的史瓦希黑洞是可能不轉的,比如克爾黑洞或者克爾紐曼黑洞都是自轉的,理論上恆星型黑洞形成時都會繼承恆星的自轉,因此黑洞是自轉的,但原初黑洞可能並沒有經過恆星階段,因此它可能是史瓦希黑洞,但到現在為止我們尚未觀測到這種類型黑洞。不過從理論上來看,它是存在的,也許這是宇宙中唯一上帝推不動的天體了。

史瓦希黑洞是一種特殊結構的黑洞,但各位不要將其吸積盤的轉動與黑洞的自轉混淆起來,它與黑洞的自轉沒有任何關係。

文末再提一下未來本星系群的成員的命運,大小麥哲倫星系可能沒有那麼快被銀河系合併,但銀河系與仙女星系的合併可能無法避免,但在之前可能會大麥哲倫星系會先和仙女星系合併。不過多次超級計算機的模擬結果都不一致,但本星系群的合併是最終趨勢。


星辰大海路上的種花家


宇宙的各種天體為什麼轉動,天體沒有決對性轉動,比如慧星,流星,隕石,還有水氣層,冰凌雲,它們不會轉,都是受氣壓和氣流因素而運動,只有桵圓形天體在氣壓層中轉動,運動力來自天體本身形狀運轉,因星球是圓形或桵圓形,氣壓是無法阻止重球形物體滾動,所以星球體自動在氣壓上滾行,由於星球是桵圓形,運行正中為直線點,直線點左右分兩向,一旦一向低於另一向壓力,有壓力的一向就會往下沉,翹起一向,經過一定運轉,另一向又會翹起另一方,就這樣產生原地圈,就是人們講的迴歸,如果其它星體像地球一樣,同樣產生冷熱溫溼的氣候,這才是天體運轉的定律。


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