八大行星各有不同,為什麼恰巧都被安排在同一平面上?

2020-12-05 科學美少男

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為什麼太陽系中的行星都在一個平面?這其實是一個隨波逐流的現象。如果站在銀河系之中,太陽系之外,望向太陽系,你會發現太陽如同一個巨人帶著一幫熊孩子在奔跑。

圖:太陽系在銀河系中運動

那麼太陽系是怎麼來的?

太陽系的主心骨是太陽,它幾乎佔據了整個太陽系的質量,只留下0.14%的殘渣廢料構成了太陽系的其他部分,包括了我們八大行星。

圖:太陽系恆星和行星的大小比例示意圖

而原料則來自於一朵較為集中並且巨大的雲,由氣體和塵埃組成,裡面包含了構建太陽系的所有原材料。在寂靜的宇宙中,這朵雲安安靜靜地漂浮著。我們能從太陽系行星所含元素中大致推測出這朵星雲的物質構成,但是我們無法推測出它的形狀,甚至是它是如何形成太陽系,因為成型的原因有很多。

圖:哈勃太空望遠鏡拍攝——馬頭星雲

或許是遠處超新星的爆炸,能量的釋放擾動了它,又或許是遠處一顆流浪星球的經過,又或許是遠處同樣有一朵雲輕輕地飄了過來,又或許由於不規則的性質,造成了物質的密度差使高密度區開始逐漸吸收附近的物質,形成了太陽的雛形,總之這朵雲開始聚集,越是聚集,質量越大,引力也就越大。

在一個圓形的操場中有四條跑道,同樣的速度跑內圈肯定跑得圈數多,跑外圈肯定圈數少,或者我們也可以這樣理解,跑內圈轉得快,跑外圈轉得慢。

最初的這朵巨大無比的雲,覆蓋了大量面積,在銀河系慢慢地飄著,由於高密度區域的出現,星雲中的物質逐漸向內靠攏,就如同從「外圈」,進入了內圈,高速旋轉。

(註:跑道只是個通俗版本,實際上涉及到了引力加速度、擾動、離心力、科裡奧利力及角動量守恆。角動量守恆費曼的例子很生動:花樣滑冰選手為什麼越轉越快?一開始它伸展手臂,抬起一隻腿,慢慢的旋轉著,然而隨著她把手臂和抬起的腳往回收,隨著身體在空間內越集中,她旋轉的速度就越快

由於引力的作用,星雲開始縮小,物質高速旋轉,其中大部分物質都聚集到最中心形成球體,由於角動量的緣故這個球體也在高速自轉著,至於少量的產於在外圍繞著中心球體旋轉。

圖:原行星盤,太陽與物質

此時,太陽外層軌道的物質(還不是行星)並不在一個水平面上,它們或許是這樣的:

圖:沒有離心力與向心力作用的軌道

但還有一個因素要考慮,由於物質高速旋轉會產生向心力與離心力用,因此,物質應該朝向太陽的中心旋轉,也就是太陽的中心,所以物質看起來應該是這樣的:

圖:初期物質軌道

這樣的狀況也不會持久,不在水平面上的物質由於軌道傾斜,在旋轉過程中會上下運行,穿越水平軌道,在通過水平位置時會與水平軌道上的物質產生碰撞。隨著時間的推移,非彈性碰撞會逐漸減弱向上及上下的運動速度,最終乖乖地待在水平面,於是我們終於有了一個大概的平面,就像這樣:

圖:達到同一平面

時間接著推移,這個平面上的小粒子隨著旋轉會相互間碰撞,在引力的作用下慢慢聚集成更大的物體,最後「吃掉」軌道上所有天體,形成行星。

圖:行星的形成

當然,在這個過程中或許會飛來系外天體被太陽系俘獲。因此如果發現一個物體不在這個平面上旋轉,並且與其他行星方向不同,那麼可能就不是在太陽系中形成的。

圖:冥王星任重而道遠

九大行星是我們以前小時候學的老皇曆,冥王星之所以被踢出九大行星就是因為我們上面說到的它並沒有吃掉軌道上的其他天體,它處於柯伊伯小行星帶,在帶中還有一些大個頭、大質量的天體存在,一道不容二星,因此我們現在是八大行星。

還有一個問題,恆星的誕生!

圖:核聚變——太陽誕生(太陽星雲極其龐大並沒有那麼小,圖有點出入)

太陽隨著物質的聚集,質量越來越大,中心的引力的逐步的攀升,物質在核心相互擠壓碰撞達到一個極高的溫度和壓強,引發了核聚變反應,一顆恆星誕生。

圖:氫核聚變反應

總結

太陽星雲由於高密度區的出現開始利用「引力」吞噬星雲,星雲物質由外到內,由於角動量守恆等因素高速旋轉,傾斜角不同的軌道物質與以原星雲物質聚集的初始水平面(物質最多)進行不斷地碰撞與緩衝下,達到了同一水平面。

相關焦點

  • 宇宙是立體的,那為何太陽系的八大行星都大致處於同一平面之上?
    在太陽周圍,由近及遠有八顆行星圍繞其穩定運行。整個太陽系顯得如此有序。從任何一張太陽系的圖作上看起來,太陽系就如同一張圓形的大餅,而這其中有一件有趣的事情,那就是宇宙是立體的,可太陽係為什麼卻是平面的?為什麼所有的行星都處於同一平面運行呢?
  • 為什麼行星的軌道在同一平面上?
    行星和太陽如何運動?根據太陽系的模型,人們可以理解其所有行星的軌道好像在同一平面上。如果外層空間是如此之大,那麼就會出現一個問題:為什麼行星會沿著這樣的軌跡運動,而不是繞太陽混亂地旋轉呢?太陽系的形成多年積累的知識使科學家只能對太陽系的形成方式做出假設。
  • 為什麼所有行星都在同一平面上旋轉?
    均勻的行星盤繞太陽旋轉,其方向與太陽在其軸上的方向相同。資料來源:scienceabc.com這幅畫是如此完美,以至於人們不由自主地提出了一個問題:一切真的那麼簡單嗎?在三維空間中,如何以及為什麼形成了一個具有單一旋轉方向的近乎完美的行星系統?在這方面太陽系能被稱為特殊系統嗎?
  • 為什麼太陽系的行星基本都在相同平面上公轉?
    太陽系中的已知八大行星並非在完全相同的一個平面上繞著太陽旋轉,例如,水星的公轉軌道與太陽赤道的夾角約為3.4度,而天王星的約為6.5度。但行星的公轉軌道之間的夾角很小,可以認為它們大致運行在相同的平面上。至於原因,這與太陽系的形成方式有關。
  • 太陽系八大行星排列順序與行星之間的距離
    與類木行星相比,類地行星的體積要小很多,四顆類地行星加起來也不及天王星的四分之一。包括太陽在內的太陽系家族所有成員,應該都是在同一時期形成的。在火星與木星的運行軌道之間,也就是區分兩類大行星之間的空間,是小行星活動的天地。這裡散布著一大群小行星,所以也被稱為小行星帶,它同樣也是太陽系家族的重要成員之一。
  • 你知道嗎,曾經太陽系有許多行星,可為什麼現在只剩八大行星呢?
    你知道嗎,曾經太陽系有許多行星,可為什麼現在只剩八大行星呢?當今太陽系中算上我們賴以生存的地球一共有八大行星。本來早些年我們還擁有第九大行星冥王星,可隨著科學的發展和進步,經過我們更精準的測量發現在我們太陽系中距離最遠,軌道最偏的就是冥王星了,而他較小的質量更是不能稱為第九大行星。其實在宇宙形成之初,我們的太陽系曾經擁有上百顆行星,而為什麼如今就只剩下八大行星了呢?想要知道這一切的原因,首先我們就需要先了解太陽系的形成。
  • 行星、矮行星、小行星、彗星都繞太陽公轉,為什麼名字各不相同?
    在我們的宇宙空間中,有大量的天體存在,包括恆星、行星、矮行星、小行星、衛星、彗星、黑洞、星際物質等等。所有這些天體都處在不停的運動之中,天體之間相互吸引、相互繞轉,從而形成了不同等級的天體系統。太陽是太陽系的中心天體,其他天體,如行星、矮行星、小行星和彗星等都是繞著太陽公轉。
  • 在太陽系八大行星地表上看太陽分別有多大?
    「近大遠小」這一視覺規律,想必大家都知道,因此從距離上出發,離太陽越遠的行星,從其表面上看太陽,就會越小。為了描述這個太陽大小的變化程度,我們利用視直徑的概念來表達。一個簡單的公式:視直徑≈太陽直徑/太陽到行星的距離(也可以稱呼為張角),通俗來講,這個視直徑越大意味著該物體在我們眼睛看到的畫面中佔據更多的部分。
  • 八大行星連成直線不可能?130年後九星連珠都來了
    讓太陽系中的八大行星連成一條直線,這是不可能實現的,這是因為雖然太陽系有黃道平面,但是每一顆行星在太陽系中都有各自的領域、界面,而且與太陽的黃道平面有一定的夾角,所以嚴格的說,八大行星是不可能完全處於一條直線上的。這可不是胡說八道的,且聽我慢慢道來。
  • 太陽系當中,八大行星的公轉方向,為何都是一致的?
    太陽系當中,八大行星的公轉方向,為何都是一致的?我們知道在太陽系當中存在八大行星,其中包括水星金星地球火星四顆固態小行星,還有木星土星天王星海王星四顆氣態巨行星——天王星和海王星又由於溫度極低,表面覆蓋一層冰殼,也被定義為氣態巨行星下的冰巨星分類。八大行星圍繞著太陽公轉的同時也在自轉,同時太陽本身也在自轉。
  • 太陽系的八大行星有可能排成一條直線嗎?多少年一次?
    這就是傳說中的「九星連珠」,當然現在冥王星已經降級為矮行星,那麼就是「八星連珠」!其實已經比較接近連珠的情況挺多次了,啥事情都沒有發生!那麼咱來了解下,到底多少年才有可能發生真正的「九星(八星)連珠」呢?以往發生類似狀況的時又各是啥時候?
  • 能量最低原理的應用——為什麼太陽系所有行星都在一個平面內?
    能量守恆(或者質能守恆)和角動量守恆,是宇宙中最基本的兩個守恆定律,在一個系統中,能量可以從一種狀態轉化為另外一種狀態,其中機械能和角動量,在動力學上有著密切關係;但無論機械能如何變化,一個系統的角動量肯定是守恆的。
  • ...太陽系邊緣,為什麼沒有給我們傳回一張「太陽系八大行星全家福」?
    它與其姊妹船旅行者1號基本上設計相同。不同的是旅行者2號循一個較慢的飛行軌跡,使它能夠保持在黃道(即太陽系眾行星的軌道水平面)之中,藉此在1981年的時候透過土星的引力加速飛往天王星和海王星。正因如此,它並沒有像它的姊妹旅行者1號一樣能夠如此靠近土衛六。但它因此而成為了第一艘造訪天王星和海王星的宇宙飛船,完成了藉這個176年一遇的行星幾何排陣而造訪四顆氣態巨行星的機會。
  • 冥王星到底有多「可怕」?被踢出行星行列,可一點也不冤
    ,但在2006年國際天文聯合會上冥王星被移出了行星之列,九大行星自此變成了八大行星。人們之所以認為海王星存在是因為天文學家發現有行星影響著天王星的軌道,這種影響在天文學上又叫做攝動。當時被認為有可能就是傳說中的X行星,不過最終證實它並不是,因為它太小了,只是恰巧出現在了那裡,又恰巧被發現了而已。而X行星隨著旅行者2號的發射最終被證明根本不存在,只是計算錯誤。
  • 2020山東事業單位考試地理常識之「八大行星」
    ,下面是2020山東事業單位考試地理常識之「八大行星」。在這兩個部分中前者無疑是最讓考生頭疼的一部分,主要在於其難度係數較大,雖然有文科考生在高中時期學過自然地理部分,但是因時間久遠能夠記住的學生也是少之甚少。對於理科考生更是為難,在學習生涯中根本就沒有接觸過這一部分。本文主要給考生介紹自然地理裡面的第一部分天體系統中的八大行星。在考試中主要考察八大行星的分類,以及相關行星的特點。
  • 假如八大行星都有人類居住,那麼太陽系是一個怎樣的世界?
    這是一個開腦洞的題目,我們知道太陽系中的八大行星,只有地球適宜人類居住,地球表面平均溫度約為15℃,擁有合適的大氣層,也擁有大量液態水的存在。而其他七顆行星,木星、土星、天王星和海王星都是「氣態行星」,而水星和金星的表面平均溫度都在400℃以上,火星表面的平均溫度約為-55℃,而且火星大氣層十分稀薄,這七大行星目前都不具備人類生存的條件。
  • 太陽系曾發現了十一行星,那為什么九大行星還要減少成八大行星?
    布朗一直未決定讓公眾知道第十大行星的發現,直到他準確地計算出它的大小和軌道。但在2005年7月28日,另一組西班牙天文學家宣布在柯伊伯帶發現了高亮度星體,布朗的研究小組發現保存研究材料的地點被黑客入侵。迫於壓力,布朗很不情願地於在7月29日發布新聞。在這一點上,全世界都暫時承認了新星命名為「33-UB313」(齊娜)。
  • 道奇小課堂 | 八大行星
    那麼太陽系裡有哪些行星呢?今天就跟著道奇還有小朋友們一起來了解吧!那麼太陽系裡有哪些行星呢?今天就跟著道奇還有小朋友們一起來了解吧!太陽系內主要天體的軌道,都在地球繞太陽公轉的軌道平面(黃道)的附近。它是八大行星中是最小的行星,也是離太陽最近的行星。水星最接近太陽,是太陽系的八大行星中按前後順序排名第一的行星。
  • 九大行星變八大行星,冥王星為何被除名?
    冥王星於2006年被移出九大行星行列,降級成為矮行星,自此太陽系只剩八大行星。冥代表著死亡,但冥王星的可怕之處與它的名字無關。冥王星遠離太陽,相對於地球而言,冥王星上的環境十分惡劣,這才是它的可怕之處。
  • 為何距離太陽越近,行星的公轉速度就越快?一切都是為了「生存」
    我們知道在太陽系當中一共有八大行星,其中由近到遠,以小行星帶為分界線,前四顆固態小行星分別是水星、金星、地球和火星,後四顆氣態巨行星(冰巨星)分別是木星、土星、天王星和海王星。由於角動量守恆的遠離,包括地球在內的八大行星軌道,基本上都處在同一個平面內(可能存在後來的天體撞擊,發生一定的偏折,但總體來說還是近似在同一平面的)。