天體為什麼都要轉？牛頓認為上帝推了把，但上帝也有推不動的時候

關於天體旋轉的現象，人類有歷史記載以來就已經發現了，不過形成體系卻是在2000年前的古希臘時代，託勒密的地心說系統的總結了觀察到的天體運行，提出了地球為中心的宇宙說，當然大家都知道這是錯誤的，從地心說到現代宇宙論，我們不妨來簡單了解下

從正圓的日心說到現代宇宙觀

地心說統治了人類文明超過1500年時間，直到哥白尼開始懷疑地心說的各種設定，比如行星逆行等，哥白尼細緻的觀察了天體運行，在在1513年完成了《天體運行論》，提出了日心說。但哥白尼認為行星都以正圓形軌道繞太陽公轉。

• 克卜勒在1609年出版了《新天文學》，提出行星三大定律，揭示了行星的軌道是橢圓而非正圓形。

• 伽利略在1609年發明瞭望遠鏡，觀測木星以及它的衛星，記錄了大量觀測資料，並且通過觀測太陽黑子，發現太陽也在自轉。

• 牛頓在克卜勒以及伽利略的運動研究的基礎上，在1687年出版的《自然哲學的數學原理》提出了三大定律以及萬有引力定律，揭示天體之間運行的秘密。

• 英國天文學家布拉德雷在1748年，公布了他觀測發現地球的章動現象是受到月球影響所致；

• 1783年，發現了天王星的赫歇爾在分析了7顆恆星的運動後，推測出太陽正在向武仙座方向運行。並且赫歇爾通過大量的觀測，第一次繪製出了銀河系形狀。當然與真正的銀河系大相逕庭，儘管猶如一個攤破了大餅，但這個銀河系是赫歇爾之後100年內最精細的銀河系恆星分布圖。

• 拉普拉斯在1799年後陸續出版的《天體力學》，論述了行星之間互相影響的攝動理論。拉普拉斯另外在數學層面證明了太陽系行星軌道運行的穩定性，在1796年《天體力學》出版以前他就提出了太陽系可能形成於一片星雲的說法，解釋了為什麼太陽系內所有行星的旋轉運動都同一個方向。

• 19世紀天文學家對仙女星系的認識逐漸了解到可能銀河系也是這樣的螺旋星系；

• 1918年美國天文學家沙普利發現太陽系在銀河系邊緣；

• 1926年瑞典天文學家貝蒂爾·林德布拉德分析出銀河系也在自轉；

在從地心說到銀河系的認識過程中，唯有旋轉是一直以來不變的特性，牛頓無法解釋這個原因「上帝之手推了它一把」，牛頓如是說。

為什麼天體都會轉動？真是上帝推了一把？

從誕生的後的天體運行可以找到它們運動的規律，但卻無法找到形成這種運動的原因，不過卻可以輔助我們去分析為什麼會形成這種運動方式，我們可以發現，天體如果不考慮進動或者其它天體引力或者廣義相對論彎曲時空影響的話，它的運動非常簡單，沿著測地線運動，這將指導我們發現天體轉動的奧秘。

• 天體形成的星雲說

康德和拉普拉斯都提出了天體形成的星雲假設，當然這個理論在二十世紀處在初步成熟，因為英國物理學家詹姆斯·霍普伍德·金斯在二十世紀初發現了星雲坍縮的幾個條件，即形成金斯不穩定性的幾個條件。

當分子雲不足以對抗引力時，就會發生坍縮，它需要滿足如下幾個條件：

1. 當分子雲密度擾動區域時會發生引力坍縮

2. 當分子雲密度大於金斯密度或者質量大於金斯質量時，會發生引力坍縮

超新星爆炸是促成其條件的因素之一。

• 坍縮初期的博克球狀體

星雲內部滿足這一個條件的會形成一個坍縮區域，這在星雲觀測中屢有發現，而這個區域可能有數十顆太陽的質量，也有可能分裂成多個區域誕生多顆恆星。

綽號為「毛蟲」的博克球狀體。它發光的邊緣表明它正在被星團中最熱的恆星電離。

• 坍縮運動的測地線軌跡

只有在絕對理想的狀態下，向引力中心掉落的物質測地線才會指向質心，但這條件在複雜的星雲內部是無法滿足的，因此在坍縮過程中形成旋轉的星雲積盤是必然的。

獵戶星雲（M42）中的稠密氣體和塵埃正在孕育大量恆星。

來自於坍縮測地線運動中心天體會繼承這個運動，因為角動量守恆，這些角動量必然會被繼承，因此從中誕生的天體都是轉動的，包括公轉也同樣如此，因為形成行星的星雲坍縮區域本來就圍繞中心原恆星公轉。

星系的幾種運動方式

銀河系的自轉運動我們幾乎可以說是參考仙女星系M31的發現的，因為這個距離銀河系最近的完整星系猶如鏡子一樣可供我們對比，而銀河系與仙女星系儘管大小上有所差別，但自轉卻並沒有區別。

• 旋渦星系或者棒旋星系等以整個星系都處在自轉運動為主;

星系的分類

本星系群中的銀河系和仙女星系都屬於Sb型，都屬於棒旋星系，三角座星系則屬於Sc型

銀河系

• 矮星系的不規則自轉方式

比如人馬座矮橢球星系，大小麥哲倫等都屬於矮星系，不過人馬座矮星系正在和銀河系合併。

上圖是大麥哲倫星系的成員運動方式，這個矮星系大致仍然在自轉中，但很不規則，因此恆星的軌跡形成了一枚指紋。

• 橢圓星系僅有部分恆星以不規則自轉為主。

橢圓星系是已經過了恆星快速形成的時期，當前形成過程已經結束的部分星系，幾乎不自轉或者僅以少量恆星的不規則運動的星系。

著名的M87就是橢圓星系，它的中心就是今年4月10日首次取得的黑洞真身。

在星系以上更大的尺度內，運動並非以轉動為主，而是不貴則的，有些類似溪流（如上圖），看起來是不是一個很怪異的羽毛狀？

有不轉的天體嗎？

準確的說應該沒有，只有傳說中的史瓦希黑洞是可能不轉的，比如克爾黑洞或者克爾紐曼黑洞都是自轉的，理論上恆星型黑洞形成時都會繼承恆星的自轉，因此黑洞是自轉的，但原初黑洞可能並沒有經過恆星階段，因此它可能是史瓦希黑洞，但到現在為止我們尚未觀測到這種類型黑洞。不過從理論上來看，它是存在的，也許這是宇宙中唯一上帝推不動的天體了。

史瓦希黑洞是一種特殊結構的黑洞，但各位不要將其吸積盤的轉動與黑洞的自轉混淆起來，它與黑洞的自轉沒有任何關係。

文末再提一下未來本星系群的成員的命運，大小麥哲倫星系可能沒有那麼快被銀河系合併，但銀河系與仙女星系的合併可能無法避免，但在之前可能會大麥哲倫星系會先和仙女星系合併。不過多次超級計算機的模擬結果都不一致，但本星系群的合併是最終趨勢。