為什麼太陽系的天體大多在黃道面上,奧爾特雲卻是球形?


瀉藥,我盡量避免使用公式或者晦澀的語言。

海王星軌道以內的行星及其他天體,由於相互之間的距離都比較近,彼此的相互作用十分頻繁與明顯,這樣在長期的引力作用下下,即使是不在同一黃道平面上運動的天體也會被拉回到同一平面,這也大概是我們人類目前能直接探索的區域。

而奧爾特雲,一般被認為是一層包裹在外太陽系以外厚球殼,其內徑大概有小几千個AU,在這樣的距離它作為一個整體確實仍會受到太陽的引力作用——不然也不會圍繞著太陽形成球殼——但是這一部分引力其實已經比較弱了。

(圖片出處:https://en.m.wikipedia.org/wiki/Oort_cloud)

同時,我們認為的奧爾特雲外徑大概有一光年多,而我們知道比鄰星距離我們也就四光年,此外還會偶爾有各種途經太陽系附近的其他天體,也就是說其他恆星系或者天體對於奧爾特雲的引力相比於太陽的引力已經不可忽略了。我們當然不會指望這些恆星系或其他天體也會老老實實的呆在黃道平面上,這樣經過它們很複雜的長期引力作用,奧爾特雲也就不會只保持在一個固定平面上了。

另外,太陽系距離銀心大概8kpc,這個距離裡面的那部分銀河的質量當然也不是擺設,考慮到它對於奧爾特雲的引力,我們可以算出太陽系的潮汐半徑大概就在奧爾特雲外沿附近,也就是說,奧爾特雲受到的來自於銀河系的潮汐力足夠大到將其從一個環形或碟形拉伸成球殼的形狀,但還不足以將整個奧爾特雲拉到脫離太陽系的程度(換句話說,我們可以認為在奧爾特雲外沿以外的地方即使有一些小型天體也都已經被潮汐力或其他恆星的引力拉走了)。

當然,以上的解釋都是在不考慮奧爾特雲的形成的前提下給出的,就算它裡面的物質在一開始是分布在黃道平面上的,經過足夠長的時間它也會演變成球殼的形狀。而如果奧爾特雲的一部分是來源於被太陽俘獲的星際間物質,那這一部分自始至終就更沒有要被局限於黃道平面的理由了。

PS. 猜猜人類何年何月能把探測器推進到奧爾特雲的位置?


科幻文學愛好者亂入自作聰明答一波
這個問題是不是近似等價於兩個問題:為什麼國際天文聯合會規定行星要清掃自己的軌道(回答為什麼奧爾特星雲是球形)?太陽系的行星為什麼都在一個平面上?(回答為什麼是一個黃道面?)
先回答第二個問題,就太陽系來說現在比較流行的說法是太陽系是上一代超新星爆發殘留的一團星際塵埃形成,這團塵埃的總的初始速度是近似不變的,加上引力的作用和三維空間里的物體塵埃的相互碰撞,時間只要足夠久能形成星系圓盤的形狀。比如包括太陽系在內的絕大部分恆星系,行星系甚至是銀河系這種體量的星系都是圓盤狀的。
回答第一個問題,奧爾特星雲之所以還是球形,是因為塵埃小,相互距離遠,時間不夠導致碰撞不充分。鬼才知道為啥規定行星要清掃自己的軌道。


太陽系的天體只有行星等分布在太陽赤道面兩側附近,而一些彗星在太陽各緯度都有分布,如下圖。

現在認為行星是太陽系中年齡老的天體,而彗星是年輕的天體。

在高中地理必修一中,認為行星軌道在黃道面附近,叫做共面性。

關於太陽系的起源有兩種學說,一是系內成因說,認為太陽系的行星等是在太陽系內部形成的。另一學派是系外成因說,認為太陽系的行星等是在太陽系外的宇宙空間形成的,然後被太陽捕獲成為繞太陽轉動的天體。

在太陽系,太陽是巨大的天體,自轉,繞銀河系銀心公轉。

地質力學創始人李四光做了球體離心試驗,試驗如下:
下圖是地質力學的模擬實驗:在直徑20厘米的泡沫塑料球體上,塗16層聚醋酸乙烯乳液,構成厚約3毫米的薄膜,經電動機旋轉加力(500轉/分),在近球體赤道附近,於試料上形成一系列近東西向的褶曲。地質力學所作的上述模擬試驗完全證明,所有旋轉球體都會產生自兩極向赤道方向的離心力,其表面物質也將在離心力作用下產生變化。

太陽是個自轉的巨大的引力球體,被其捕獲的行星,將像上述試驗一樣,逐漸移動到太陽赤道面附近。行星在向太陽赤道移動時,行星的軸與太陽赤道面夾角(在沒有外力作用時)保持不變。

地球被太陽捕獲時,地軸與太陽赤道面的夾角為66度34分既地球的赤道面與太陽赤道面夾角為23度26分左右,當地球移動到太陽赤道面附近,依然保持這個角度,所以地球傾斜在軌道上轉動。見下面兩幅示意圖。

僅供參考。


角動量守恆的結果。一般星系演化大多都會變成圓盤狀。


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