為什麼太陽系行星軌道都在幾乎一個平面上?為什麼軌道又是如此相似,不會有的很橢圓,有的很圓?
如題。
只說行星的軌道。
為什麼沒有行星軌道不共面?
另外,在自然的形成條件下,月亮這種永遠一面朝著地球的可能性有多大?還是說必然的結果?
引用自己之前的一個回答吧,在講太陽系形成的時候恰好講到了這點,而且這個原理同樣也能解釋漩渦星係為什麼也是扁平的:
原址:為什麼現在沒有大行星亂跑了? - 趙三川的回答
……其實只要五分鐘就能完全明白太陽系的前世今生:
1,一般來說,恆星和它周圍的行星都是誕生於同一星際塵埃雲的,塵埃雲的來源有這麼兩個:宇宙誕生之初就有,然後其它恆星凝聚時剩餘的「下腳料」;或其它恆星生命末期時爆發後拋射出來的「屍骸」,也就是常說的超新星遺迹。
2,我們的太陽系所含有的重元素含量表明,是有其它超新星遺迹成分的(其實構造生命的許多必須元素的唯一來源於就是恆星殘骸,一般的物理條件造不出這些元素。)。有「屍體」作為養分,不像宇宙誕生初期時候的恆星,我們的太陽被歸類為第二代、或第三代恆星。
3,誕生太陽的塵埃雲最初是處於流體靜力平衡的,但是受到其他方向上的作用力干擾,一般是其他恆星的引力或者輻射風暴,產生了相對自身的動量,開始不穩定、不均勻起來。(星際塵埃雲的密度是當前地球大氣密度的數百萬分之一,但相對於空曠的宇宙而言,已經是擁擠而熱鬧非凡了。詳情可點擊:為什麼黑夜是暗的? - 趙三川的回答)
4,不均勻會使得內部引力失衡,就會坍縮。又因為三維空間有三個方向的自由度,所以坍縮的時候,相同自由度的動量會通過物質碰撞相互抵消,但凡事總有例外,最初的不對稱性會遺留一個沒有被抵消的角動量(旋轉),進而在坍縮的時候通過消耗重力勢能使自己愈發壯大(坍縮其實就是自由落體,星雲積累的勢能轉化為其他能量,包括我們重點要講的角動量,還有恆星形成初期時候的能內,內能就是溫度,初中時候物理講過的「壓縮生熱」就是這個。)
5,這個倖存的角動量就是黃道面的(行星公轉軌道的平面)的最初形態,越往後發展,它就轉得越快,最終把塊三維立體的星雲拉成一片圓扁的原行星盤(以下簡稱星盤),這時候的原星盤已經脫離了塵埃狀態,在水分子等物質的作用下開始固結成細小的顆粒物————俗稱霧霾。霧霾會像離心機里的試劑一樣逐漸分層:靠近星盤中心的密度較大,成分主要是硅鐵鈣等構成岩石的元素。越往外側密度越小,氫氦等輕元素佔主要構成。關於星盤形成時候更直觀的演示,可以參考這個視頻【分鐘物理】為什麼太陽系是平的外鏈打不開的朋友直接複製地址http://www.bilibili.com/video/av2363345
6,這個時候星盤中心的物質聚集得差不多了,通過之前不斷地坍縮、升溫,物質團有了足夠的壓強和溫度,核聚變被點燃,成為了真正的太陽。(關於太陽燃燒細節詳情,請點擊:恆星為什麼會燃燒? - 趙三川的回答)
月球一面永遠朝向地球不是偶然的而是必然的!其實在月球形成之初月球自轉比現在快很多。這和地球對月球的引力梯度有關!星球不是一整塊岩石而是鬆散物質的集合,這種鬆散物質在自身引力作用下有趨向於球體的趨勢,在地球引力下月球近地面和遠地面所受引力大小不一樣,這樣月球這不是完全的球形而是被地球引力稍稍扯長了一點。當月球自轉較快時地球引力會在月球上形成一個使它轉慢的力矩,這樣經過數億年月球的自轉不斷變慢直到它自轉和公轉周期一樣!其實太陽對地球也一樣,只是地球自轉太快,要達到鎖定的時間會非常長!
太陽本身並非靜止,當太陽系的行星圍繞著太陽旋轉的同時,太陽也在圍繞著銀河系中心旋轉,所以太陽系行星軌道並不是一個閉合的平面圓或橢圓,而是一個不閉合的旋螺線。
不過,拋開太陽系的整體運動,只針對太陽系內部時,可以假設太陽是靜止而自旋的,其它行星圍繞著太陽周而復始地運轉。這時,他們的軌道才是平面圓或橢圓。
至於,為什麼行星軌道幾乎在同一平面上,這超出我的學識水平。推薦閱讀:
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