【宇宙科普】是什麼力量控制著太陽系中的行星,讓它們基本上處於同一個平面?

天空之城 2021/02/21 檢舉 我要評論
 

哇!真的第一次見哎,知識不會,衹是姿勢不對;科學凡此種種,用人話講才能聽懂

文/天空之城

 

地球一直圍繞著太陽公轉,我們將其公轉的軌道平面稱為「黃道面」,有意思的是,除了地球以外,太陽系中的其它行星的公轉軌道平面也與「黃道面」相差無已,即使是傾斜度最大的水星,也只不過差了7度左右。那麼到底是什麼力量控制著太陽系中的行星,讓它們基本上處於同一個平面呢?這需要從太陽系的演化講起。

根據「現代星雲說」,我們的太陽系誕生於一團由氣體以及彌散狀態的塵埃組成的星雲,其主要成分為氫和氦,除此之外,還含有少量的其它元素以及甲烷、水、氨等物質,這被稱為「太陽星雲」。

在大約46億年前,「太陽星雲」受到了某種外力的擾動,星雲的引力平衡被打破,在此之後就開始發生坍塌,在引力的作用下,其中的氣體和塵埃一邊相互碰撞和吸積,一邊向星雲的質心移動。

在這個過程中,雖然單個粒子的運動軌跡是雜亂的,但是由於大量粒子的相互碰撞不可能剛好抵消整體的角動量,因此星雲中的大糰粒子就必定會在某個方向上產生淨角動量,進而在這個方向上圍繞著星雲的質心旋轉,同樣的道理,「太陽星雲」這個整體也會在某個方向上產生淨角動量並開始旋轉。

在三維的空間坐標系中,「太陽星雲」的這種整體旋轉被給定在一個固定的平面,為了方便討論,我們可以將這個平面稱為「赤道面」。

很明顯,此時星雲中的物質並不是全部位於赤道面,在這種情況下,星雲中的物質運動軌道就可以分為兩種情況,第一種是物質的運動軌道就在赤道面上,第二種則是物質的運動軌道與赤道面存在著傾角,在這種情況下,運行在這種軌道上的物質就會在赤道面「上下」穿行。

我們來舉例說明,上圖中的軌道2位於赤道面,而軌道1和軌道3都與赤道面存在著傾角,當運行在這軌道1和軌道3上的物質在赤道面「上下」穿行的時候,就會與運行在軌道2上物質發生碰撞,同時還伴有引力作用,從而使物質垂直於赤道面的運動分量被不斷地削弱,其結果就是將「太陽星雲」的扁平化。

隨著坍塌過程的持續,「太陽星雲」的體積不停地收縮,由於角動量守恆,「太陽星雲」的旋轉速度會越來越快(這裡大家可以參考一下花樣滑冰運動員在旋轉時收起了手臂),與此同時,坍塌還使星雲的物質密度逐漸增大,引力的作用也因此而越來越明顯,這無疑加速了「太陽星雲」扁平化的進程。

也就是說,「太陽星雲」的坍塌是趨向於扁平化的,在這個過程中,太陽首先在星雲的質心形成,它佔據了整個太陽系大約99.86%的品質,其餘的物質則在太陽周圍形成了一個類似圓盤形的結構,這被稱為「原行星盤」,而太陽系中的所有行星都誕生於此。

由此我們可以看到,其實是「太陽星雲」的角動量控制著太陽系中的行星,讓它們基本上處於同一個平面。

看到這裡可能有人會說了,幾十億年前的事情誰都不知道,科學家似乎可以隨便推測,反正現在也沒有辦法去證實。

其實不然,這是因為雖然我們目前並沒有辦法回到46億年前,去親眼見證太陽系的誕生,但是在浩瀚的宇宙中,可以說處於任何演化階段的恒星系我們現在都能夠找到,所以我們只需要對那些處於演化初期的恒星系進行觀測,就可對上述理論進行驗證。

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