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為什麼太陽系所有行星 幾乎都在同一個平面上(圖)

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關於太陽系的圖片,相信大家都看過不少,通常來講,在這些圖片中,太陽系中所有行星都是位於同一個平面的,這其實與太陽系中的實際情況差不多。

在過去的日子裡,科學家早已發現,相對於地球公轉軌道所在的平面(也就是“黃道面”)來講,即使是差得最多的水星,其公轉軌道所在的平面的傾斜度也僅僅只有大約7度。那麼,為什麼太陽系所有的行星,幾乎都在同一個平面上,而不是錯落分布呢?下面我們就來聊一下這個話題。

根據科學界的主流觀點,太陽系的“前身”其實是一片巨大的原始星雲,這被稱為“太陽星雲”,在大約46億年前,“太陽星雲”因為受到了外界的某種擾動而發生了引力坍縮,於是這片星雲中的物質就不斷地向其中心區域匯集,進而造成該區域的物質密度越來越高,溫度也不斷攀升,並最終在這裡形成了一顆恒星,也就是太陽,而星雲中殘余的物質,則逐漸形成了太陽系中的其他天體,其中就包括太陽系中的八大行星。


太陽系所有的行星之所以幾乎都在同一個平面上,其實就與太陽系的形成過程密切相關。

對於“太陽星雲”中的粒子來講,“太陽星雲”的引力坍縮,會讓它們向星雲的質心運動,但由於它們都有各自的運動,因此它們中的絕大多數都不會徑直向星雲的質心運動,而是會一邊圍繞著星雲的質心旋轉,一邊向星雲的質心運動,所以它們或多或少的都具有角動量。



很明顯,“太陽星雲”中所有粒子的分布不可能是完全均勻的,與此同時,它們的角動量也不可能做到完美地“抵消”,所以在引力坍縮的過程中,“太陽星雲”就會在某個方向上具備一個淨角動量,並因此開始圍繞著其質心旋轉。

在這種情況下,就存在著一個與“太陽星雲”的旋轉軸垂直,同時通過其質心的平面,為方便描述,我們可以將其稱為“赤道面”,據此我們就可以將“太陽星雲”中所有粒子的運動軌跡簡單地分為兩類,第一類是它們的軌跡與“赤道面”平行,第二類則是它們的軌跡與“赤道面”存在著一定的傾斜度。


可以看到,對於運動軌跡是第二類的粒子而言,在它們的運動過程中,就會不斷地在“赤道面”的“上方”和“下方”穿行,換句話來講就是,它們具有垂直於“赤道面”的運動分量。

在“太陽星雲”持續收縮的過程中,其中的粒子密度也越來越高,而因為角動量守恒,“太陽星雲”收縮了,其旋轉半徑也會變小,所以它在整體上的旋轉速度也會越來越快,如此一來,“太陽星雲”中粒子間的相互作用(如碰撞、摩擦、吸積以及引力作用等)就會越來頻繁,“力度”也會越來越大。


同樣是因為角動量守恒,在這些粒子的相互作用過程中,雖然它們的動量會不斷地變化,但是“太陽星雲”在整體上的淨角動量卻一直保持不變,這就意味著,在此過程中,那些運動軌跡是第二類的粒子,其垂直於“赤道面”的運動分量會被不斷地削弱,其造成的結果就是:它們會越來越趨向於運動軌跡是第一類的粒子,進而導致“太陽星雲”在整體上變得越來越“扁平”。

也就是說,在引力坍縮的過程中,“太陽星雲”其實是在逐漸“扁平化”的。

所以科學家普遍認為,當太陽在星雲中心區域形成的時候,星雲中的殘余物質就已經形成了一個圍繞著太陽運行的盤狀結構,這也被稱為“原行星盤”,而太陽系中的八大行星,其實都是“原行星盤”中的物質相互吸積而成,也正因為如此,太陽系所有的行星,就幾乎都在同一個平面上,而不是錯落分布。

需要指出的是,這種觀點除了在理論上成立之外,還有實際觀測數據的支持,因為在過去的日子裡,科學家發現不少正處於演化初期的恒星都遵循著這一規律,比如說在金牛座方向,距離我們460光年的“HL Tauri”,就是一個典型的例子。

“HL Tauri”是一顆剛形成不久的恒星,它的“原行星盤”還沒有消失,從觀測數據中可以清楚地看到,其中存在著多顆正在形成的行星“蝕刻”出來的巨大間隙,據此我們不難想象出,在不遠的未來,“HL Tauri”的行星也將幾乎都在同一個平面上,就像我們太陽系中的行星一樣。
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