為什麼太陽系銀河系都是扁平漩渦狀?整個宇宙是一個更大漩渦嗎?

2020-11-30 星辰大海路上的種花家

中學地理課上我們會學到一個名詞,叫做黃道面,這是地球環繞太陽公轉時形成的一個平面。儘管地球形成的公轉平面才叫黃道面,但太陽系所有行星都大致在這個盤面附近圍繞太陽公轉!當然還有一個名詞叫做銀道面,是大量環繞銀心公轉的恆星形成的銀盤面,與太陽系的黃道面是一個虛擬的平面不一樣,應道面是客觀存在的,因為大量的恆星形成了一個切切實實的盤面!

為什麼太陽系或者更大的銀河系和仙女星系,都是這種扁平漩渦狀,宇宙就是由這樣的星系構成的嗎,或者在更大的尺度上會有更大的漩渦出現嗎?

從太陽系和銀河系的誕生說起

太陽系誕生於一片星雲,這個說法最早是德國哲學家康德提出來的,幾十年後法國物理學家、數學家拉普拉斯獨立提出了這一假說,因此又稱康德-拉普拉斯星雲說!儘管早期這些都是猜測,但事實上現代天文非常認可這個說法!

形成過程中的原始行星盤

當然這並非虛言,因為在金牛座和獵戶座的星雲中,都觀測到了大量正在形成中的行星積盤!這些行星積盤已經通過早期的不穩定坍縮,還有可能經歷了內部分裂,最終形成了正在誕生恆星和行星星雲積盤,在這個過程中,非常關鍵的有幾個因素,首先是不穩定擾動引起坍縮,其次是坍縮區域分裂或者獨立收縮,然後是星雲因為角動量扁平化!

恆星和行星的誕生過程

行星誕生於扁平化的星雲積盤中,所以行星公轉平面和黃道面角度相差並不大,將太陽系所有行星的過道畫出來的話,它就是一個大環套小環的形狀!

八大行星的公轉軌道

銀河系是怎麼誕生的?

儘管伽利略在16世紀就發明瞭望遠鏡,但對銀河系的認識卻道二十世初期才有突飛猛進的認識,而對於銀河系的誕生和演化更是一頭霧水,1962年三位科學家提出了一個ELS模型,他們認為銀河系誕生過程和太陽系類似,也是誕生於一塊巨大的星雲!

似乎一切都很完美,因為這個假說完美解決了銀河系的角動量,但仍然存在非常嚴重的問題,比如太陽系中越靠近恆星的行星個頭反而小,而越靠近邊緣處則行星越稀少,但銀河系似乎並沒有遵循這個道理,銀盤邊緣仍然存在大量的恆星,所以這個ELS模型無法解釋這種情況。

1977年有兩位科學提出了不同於ELS模型的另一個模型,這個取用兩位科學首字母命名的SZ模型的核心思想是:銀河系是碰撞與捕獲過程中漸漸成長的,但當時沒有觀測手段驗證,因此長期得到冷落,一直到1990年代後發現的人馬座橢球星系被銀河系撕扯成長條狀,這個碰撞捕獲的銀河系成因說才被實錘!

星系的演化與發展

星系大都是自轉的,因為星系中心存在質量非常龐大的巨型黑洞,因此星系中的恆星會沿著測地線運動,所以自轉形成也是非常自然的事情,但由於星系體積龐大,質量分散,因此這種運動是非常鬆散的,而且還有形成過程中的吞噬或形成時間先後上的不一致,星系的發展大致有如下幾種形狀:

哈勃音叉(哈勃序列)

這是天文學家哈勃在1926年提出的星系形態分類法,因為這個圖標形狀非常像音叉,所以又被稱為哈勃音叉!一般的星系被分為:

橢圓星系螺旋星系透鏡星系不規則星系在這些星系中橢圓星系的運動並不是以自轉為主,只有少許不規則運動,這類星系內部星雲物質很少,幾乎難有年輕恆星,比如去年剛拍下中心黑洞照片的M87就是一個橢圓星系!螺旋星系則以自轉運動為主,比如銀河系和仙女星系都是,透鏡星系則介於橢圓星系和螺旋星系之間。

星系合併

另外則是不規則星系,大都是合併中的星系或者是矮星系,當然不規則星系也不會一直都不規則,它未來可能形成規則的橢圓星系或者漩渦星系,但未來的發展我們很難預料!另外一些不規則的愛星系如大小麥哲倫星系,它們的自轉很像一枚指紋,這是星系內部質量分布不均造成的!

大麥哲倫星系的「指紋」自轉

但它仍然是自轉的,這是質量分散導致的不規則自轉而已。

大尺度上宇宙的結構

我們了解了星系的運動方式,比如在IC1011這種超級星系中,幾乎就只剩下了不規則運動,那麼可想而知,比星系尺度更大的星系團和超星系團的運動方式就更加不規則了!至少可以肯定銀河系不是繞著誰公轉的,但恰恰相反,宇宙在更大尺度上的運動非常有意思,比如從銀河系開始,到更大的本星系群,再到室女座超星系團,再到拉尼亞凱亞超星系團,再是雙魚-鯨魚座超星系團複合體,它們的範圍高達數億光年,整體形狀排布非常有意思:

宇宙在更大尺度上表現的就是這種絲狀結構

像是一條流淌的星河,銀河系只在一個絲狀的分支上!但更大尺度上星系的分布基本又是均勻的,這也是宇宙各向同性的切實體現,但這並不影響局部形成星系和恆星,這宇宙真是恰到好處!

大尺度上的網狀結構

所以宇宙是更多的像一個錯綜複雜的網,而不是環套環,即使它是由環套環的星系構成也不影響它在更大尺度上構成絲網狀!

相關焦點

  • 太陽系在銀河系中,銀河系位於超星系團,那比超星系團更大的是?
    準確的說就是要了解我們處在宇宙的哪個位置,否則這個問題無窮無盡,不過希望不要討論宇宙位於哪裡!天文學家也許可以勾勒出我們處在宇宙的某處,但很明顯沒有一個科學家能告訴大家宇宙在哪裡!這是一張從太陽繫到整個可觀測宇宙逐級關聯圖,各位應該很清楚的看到我們太陽系所在銀河系以及更高的本星系群與超星系團在宇宙中的位置!宇宙在大的尺度上表現是比較均勻的,那麼宇宙在小一些的尺度上是如何表現的呢?
  • 太陽系銀河系都是扁平的,地球兩端的南北極夜空還能看到星星嗎?
    太陽系和銀河系是確實是扁平的,至少從視覺上來看是這樣,不過認識太陽系和銀河系卻耗費了不少時間,現在從小學的科學教科書中,太陽系行星環繞,銀河系棒旋星系,但這卻是建立在無數天文學家的努力之上。認識太陽系曾經以為地球是宇宙的中心,託勒密地心說有這相當嚴格的邏輯來解釋地心說中碰到難以想像的問題,比如行星逆行就是一個最明顯的BUG,而數千年中儘管有人懷疑這個說法,但只有到了哥白尼時代才真正提出了太陽才是宇宙的中心,當然那時的認識還是比較初步,比如哥白尼以及伽利略和第谷還是認為行星是正圓形軌道,但第谷是一個無比忠實的記錄者,留下了海量的觀測資料。
  • 太陽系是扁平橢圓狀?看完太陽系模擬運動圖,才知道沒這麼簡單!
    我們知道在地球之外有太陽系,在太陽系之外還有宇宙,對我們來說宇宙太過於浩瀚和神秘,從上個世紀六七十年代開始,美國宇航局所發射的探測器成為了我們最為方便,也最為直觀了解太空的方式,在眾多的探測器當中,旅行者1號應該是第1位的大功臣。
  • 太陽系的中心是太陽,那麼銀河系的中心是什麼?
    銀河系的中心也就是銀河系的自轉軸與銀道面的交點,而銀河系的核球即銀核是在人馬星座方向。太陽系的中心是太陽,銀河系的中心是銀河,宇宙的中心是我,因為宇宙是無窮大,所以任何一個地方都是中心。因為地球本身即自轉又公轉,不能形成固定的園心。
  • 探求宇宙奧秘,了解宇宙中漩渦形星雲中的恆星
    1750 年,英國儀器製造商託馬斯·賴特出版了一本著作,書名為《關於宇宙的獨創理論或新假設》。他在書中提出,恆星位於一個平坦、厚度有限的厚板,即「磨石」之中,但其光線卻能夠沿厚板平面的所有方向朝很遠的距離延伸。
  • 人類一直被太陽系「困住」,怎樣拍到銀河系的照片?難道是假的?
    銀河系照片從何而來?人類連太陽系都沒離開,一切都是假的嗎?銀河系對於人類是個龐大存在,提起銀河系自己的腦中都會浮現這樣一種畫面,它被各種「花裡胡哨」的星系包圍,這是所有人對銀河系的印象,不知道大家有沒有意識到這樣一個問題,人類連太陽系都難以飛出去,為何能夠了解銀河系的模樣?
  • 地球在太陽系內,太陽系在銀河系內,銀河系又在哪裡?
    地球和這幾顆行星共同組成了內太陽系。以小行星帶為界,內側是內太陽系,外側是外太陽系。內太陽系和外太陽系所有的受到太陽引力束縛的天體共同組成了太陽系。地球和太陽系內的其它天體都在圍繞著太陽系公轉。它們都在太陽系內。太陽系的直徑大約1~2光年。
  • 太陽系處於銀河系的「郊區」,那銀河系在宇宙中又處於什麼位置?
    在幾百年前,人類還自信滿滿地認為,地球就是宇宙的中心,天上的日月星辰全部都是圍繞著地球運轉,然而現在的我們早已經明白,人類當初的這種想法是完全錯誤的,與整個可觀測宇宙相比,太陽都只能算是一粒塵埃,而比太陽小100多萬倍的地球更是連塵埃都算不上。我們都知道,太陽系是銀河系內眾多恆星系中普通的一員,而宇宙又是由難以計數的各種星系所組成。那麼太陽系在銀河系中處於什麼位置?
  • 太陽系處於銀河系的什麼位置,銀河系又處於宇宙中的什麼位置?
    引言:太陽系是人類生存的一個星系,太陽系中有8大行星,水星金星,地球,火星,木星,土星,天王星,海王星,這些都是在太陽系裡面的行星,而且在太陽系中除了這些行星之外,還有很多其他的天體,比如說小行星,隕石,流星等等,不過太陽系最了不起的地方就在於地球誕生了生命,而且還誕生了智慧生命人類,人類的誕生對於太陽系來說是很了不起的,因為目前人類還沒有在太陽系其它的星球發現有生命存在,那麼太陽系處於銀河系的什麼位置呢
  • 為什麼漩渦星系的旋臂不會發生纏繞?看看天文學家怎麼說
    當然,有大量目標可供選擇,包括即將消亡的恆星,超新星殘骸,孕育恆星的星雲以及新舊星團,但沒有什麼能夠和漩渦星系的壯麗相比較。這些「宇宙島嶼」中存在著數以億計的恆星,向我們展示著它們獨一無二的構造。你要知道,對於這一個結構,如果你認真想想,那是令人費解的,正如我們的提問者格雷格 羅傑斯所做的一樣:
  • 中國是我的漩渦
    愛的日子如同一個漩渦,而別的日子像開闊的水域,圍繞著那漩渦流動,被那漩渦吞沒。我們的一生可能會經歷不同的大小漩渦,也有可能一生只裂出了一個漩渦,成為我們的漏洞、我們的軟肋,我們的致命要害,即使後來一切都過去了,但仍有一片持續而低沉的悲傷,在生命底下延伸,像靜水流深,像暗流吞吐。 記得前幾天,有人對我說,知道什麼是真正的愛的感覺嗎?我說不知道,他說是那種墜樓的感覺。
  • 太陽系繞著銀河系轉,銀河系繞著什麼轉?
    按照我們目前的物理學理論,我們知道宇宙中的一切並不存在「絕對靜止」,運動是相對的。宇宙中,幾乎所有的天體都存在著自轉的情況。除了自轉,許多天體還會公轉,比如,月球會繞著地球轉,而地球會繞著太陽轉。實際上,我們所在的太陽系也是如此,太陽系位於銀河系第三旋臂上,可以說是銀河系的郊區地帶。
  • 人馬座A如何運轉了整個銀河系?其實和國家的運作十分相似
    我們都知道,太陽是太陽系的中心天體,木星是木星系的中心天體,地球是地月系的中心天體,通常中心天體的質量都是很大的,比如太陽的質量佔了太陽系可見物質的99.86%,木星也佔了木星系質量的95%以上,地球也佔了地月系質量的90%多,銀河系的中心人馬座a是一個超級黑洞,這個黑洞的質量為430萬個太陽的質量,天文觀測預估它的史瓦西半徑為2400萬公裡,也就是說它看上去是一個直徑4800萬公裡的大黑球
  • 地球圍繞太陽旋轉,太陽系圍繞銀河系旋轉,銀河系繞什麼轉?
    由於宇宙中存在萬有引力,各種天體都會圍繞其中心的母體旋轉,地球的母體是太陽,因此地球圍繞太陽旋轉已經成為一個非常常識。地球圍繞太陽旋轉如上所述,宇宙中任何物體都有一個中心,太陽系也不例外,作為地球的母星系,太陽系也圍繞其中心旋轉,這個中心是銀河系的中心,簡稱銀心,為什麼太陽圍繞銀河系的中心旋轉?
  • 身為漩渦一族,為什麼鳴人的頭髮是紅色的?
    動漫火影忍者中有很多非常強大的家族,比如說擁有血繼限界寫輪眼的宇智波一族,還有擁有仙人體的千手一族,一般這些超級家族都有一個共同的特點,那就是他們都是忍者的始祖
  • 三角星系是僅次於仙女座星系和銀河系的第三大星系
    三角星系又稱M33或NGC598,是僅次於仙女座星系和銀河系的第三大星系,也是本星系群中最小的漩渦星系。三角星系的直徑約為60000光年。相比之下,仙女座星系的跨度為20萬光年,而銀河系的跨度約為10萬光年。除了體積較小外,三角星系所包含的恆星遠少於這兩個星系。三角星系大還是銀河系大和銀河系大?
  • 太陽系是扁平的,旅行者號為什麼不垂直黃道面飛行?
    不僅僅是太陽系如此,更大一級的銀河系整體也呈現出扁平狀的結構。銀河系的直徑20萬光年,中心厚度1.2萬光年,太陽系位於一條旋臂之上距離銀心2.6萬光年繞其運動。因此就經常有人問:人類發射探測器為什麼不垂直於黃道面發射,這樣就很快的可以飛出太陽系了?例如旅行者一號、二號姐妹。發除此疑問的可能忽略了三個問題,我們一一來說明一下。
  • 銀河系有多大?銀河系在宇宙中心嗎?
    (關注「小龍科普」,帶你領略科技之美)銀河系首先由伽利略通過天文望遠鏡發現,而後人類進入了漫長的計算與觀測中。銀河系是一個巨型棒旋星系,銀河系在圍繞宇宙中心旋轉的同時也在自轉,兩條主要的旋臂和兩條未形成的旋臂組成,旋臂相距4500光年。
  • 火影忍者:鳴人繼承了漩渦一族的體質,可他的頭髮為什麼是黃色的
    動漫火影忍者可以說是陪伴了很多80後,90後們的整個青春的動漫,在這部動漫之中,漩渦鳴人作為整部動漫的主角,自然也是擁有一個不尋常的背景,只不過是我們前期都被鳴人的平民模樣給欺騙了,到後來才知道,原來鳴人的父親竟然是木葉村的四代火影。
  • 仙女座星系和銀河系可能已經開始碰撞了,你害怕了嗎?
    直到2012年,實文學家們通過分哈勃望遠鏡觀測到的的仙女座星系,在2010-2012年的運動狀態,發現仙女座星系正在以每秒120千米的速度,向著銀河系「飛奔」而來,因此,根據目前我們所認知的仙女座星系的大小,以及銀河系的大小,科學家們推算出銀河系和仙女座星系,大約在37.5億年後就會碰撞到一起,並最終融合成為一個全新的巨大星系。