太阳系|是什么力量控制着太阳系中的行星,让它们基本上处于同一个平面?

地球一直围绕着太阳公转 , 我们将其公转的轨道平面称为“黄道面” , 有意思的是 , 除了地球以外 , 太阳系中的其它行星的公转轨道平面也与“黄道面”相差无已 , 即使是倾斜度最大的水星 , 也只不过差了7度左右 。 那么到底是什么力量控制着太阳系中的行星 , 让它们基本上处于同一个平面呢?这需要从太阳系的演化讲起 。
太阳系|是什么力量控制着太阳系中的行星,让它们基本上处于同一个平面?
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根据“现代星云说” , 我们的太阳系诞生于一团由气体以及弥散状态的尘埃组成的星云 , 其主要成分为氢和氦 , 除此之外 , 还含有少量的其它元素以及甲烷、水、氨等物质 , 这被称为“太阳星云” 。
在大约46亿年前 , “太阳星云”受到了某种外力的扰动 , 星云的引力平衡被打破 , 在此之后就开始发生坍塌 , 在引力的作用下 , 其中的气体和尘埃一边相互碰撞和吸积 , 一边向星云的质心移动 。
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在这个过程中 , 虽然单个粒子的运动轨迹是杂乱的 , 但是由于大量粒子的相互碰撞不可能刚好抵消整体的角动量 , 因此星云中的大团粒子就必定会在某个方向上产生净角动量 , 进而在这个方向上围绕着星云的质心旋转 , 同样的道理 , “太阳星云”这个整体也会在某个方向上产生净角动量并开始旋转 。
在三维的空间坐标系中 , “太阳星云”的这种整体旋转被给定在一个固定的平面 , 为了方便讨论 , 我们可以将这个平面称为“赤道面” 。
很明显 , 此时星云中的物质并不是全部位于赤道面 , 在这种情况下 , 星云中的物质运动轨道就可以分为两种情况 , 第一种是物质的运动轨道就在赤道面上 , 第二种则是物质的运动轨道与赤道面存在着倾角 , 在这种情况下 , 运行在这种轨道上的物质就会在赤道面“上下”穿行 。
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我们来举例说明 , 上图中的轨道2位于赤道面 , 而轨道1和轨道3都与赤道面存在着倾角 , 当运行在这轨道1和轨道3上的物质在赤道面“上下”穿行的时候 , 就会与运行在轨道2上物质发生碰撞 , 同时还伴有引力作用 , 从而使物质垂直于赤道面的运动分量被不断地削弱 , 其结果就是将“太阳星云”的扁平化 。
随着坍塌过程的持续 , “太阳星云”的体积不停地收缩 , 由于角动量守恒 , “太阳星云”的旋转速度会越来越快(这里大家可以参考一下花样滑冰运动员在旋转时收起了手臂) , 与此同时 , 坍塌还使星云的物质密度逐渐增大 , 引力的作用也因此而越来越明显 , 这无疑加速了“太阳星云”扁平化的进程 。
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也就是说 , “太阳星云”的坍塌是趋向于扁平化的 , 在这个过程中 , 太阳首先在星云的质心形成 , 它占据了整个太阳系大约99.86%的质量 , 其余的物质则在太阳周围形成了一个类似圆盘形的结构 , 这被称为“原行星盘” , 而太阳系中的所有行星都诞生于此 。
【太阳系|是什么力量控制着太阳系中的行星,让它们基本上处于同一个平面?】由此我们可以看到 , 其实是“太阳星云”的角动量控制着太阳系中的行星 , 让它们基本上处于同一个平面 。
看到这里可能有人会说了 , 几十亿年前的事情谁都不知道 , 科学家似乎可以随便推测 , 反正现在也没有办法去证实 。
其实不然 , 这是因为虽然我们目前并没有办法回到46亿年前 , 去亲眼见证太阳系的诞生 , 但是在浩瀚的宇宙中 , 可以说处于任何演化阶段的恒星系我们现在都能够找到 , 所以我们只需要对那些处于演化初期的恒星系进行观测 , 就可对上述理论进行验证 。
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上图为“阿塔卡玛毫米/亚毫米波阵列望远镜”(ALMA)于2014年拍摄到的一颗“年轻”恒星 , 该恒星被称为“HL Tauri” , 位于金牛座方向大约460光年处 , 从中我们可以清楚地看到这个恒星系的原行星盘 , 以及刚刚诞生的行星在其中蚀刻出的间隙 。
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除此之外 , 天文学家还观测到了不少类似的恒星系 , 比如说上图就是由ALMA望远镜观测到的20个原行星盘 , 尽管这些处于演化初期的恒星系的形状存在着一定的差异 , 但是它们总体上都与“现代星云说”所描述的一致 。 所以我们完全可以据此推测出 , 太阳系的形成过程也同样如此 。
好了 , 今天我们就先讲到这里 , 欢迎大家关注我们 , 我们下次再见 。
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