不只是地球,太陽系裡每一顆星星的自轉軸都是歪的,最誇張的天王星甚至還躺著轉,金星還是反著轉的,同樣在太陽系同一個黃道面上誕生,為什麼會千姿百態?下面簡單探討下。
從角動量守恆的角度來看,行星的公轉與自轉並沒有直接關係,簡單的說行星的自轉軸和公轉平明兩者之間沒有任何關係,無論行星怎麼轉都與黃道面無關,但這並不代表與形成沒有關係,因為太陽系的行星都是原生行星,因此這個問題必須要從太陽系的誕生開始討論。
太陽系誕生最被廣泛接受的模型是康德-拉普拉斯星雲說,儘管我們無法看到太陽系誕生的過程,但從太陽系鄰近的區域觀測到了正在誕生的恆星與行星,根據宇宙學理論,我們可以將在宇宙的其它區域發生的過程來解釋太陽系的誕生過程。
阿塔卡馬毫米波射電望遠鏡對金牛座HL Tauri的連續成像,恆星和行星正在誕生中
行星被認為是在中心的太陽誕生後通過吸積逐漸形成的,因此在太陽系內側軌道上形成氣態行星的可能性極低,從原恆星的軌道上的碎片開始逐漸碰撞形成數千米的大塊狀物,這些塊狀物之間再通過碰撞形成更大的天體,直到它的直徑超過靜力平衡而形成球狀天體。
吸積是天體通過引力吸引和積累的過程,在這一點上我們需要了解的是恆星的形成過程也是一個完整的吸積過程,而行星誕生於恆星的吸積盤面上,行星吸積盤的發揮空間只有恆星吸積盤的上下厚度以內。因此從能量最小的角度考慮,行星吸積盤的自轉軸傾角與恆星吸積盤面的角度是差異是不會太大的。
如下圖各大行星與黃道垂面的夾角,水星是最正的,木星其實也很正,只有3°,天王星最霸氣,98°,幾乎平躺著,金星最NB,177°,反著轉,和太陽系任何一顆行星都不一樣。
從上文我們可以了解到,完全的90°垂直這種可能性是很小的,只有在完全沒有擾動的條件下才可能形成,而太陽系裡天體之間引力互相牽制非常複雜,因此我們並不奢求它們都是90°垂直,但也不要太誇張,比如水星和木星就可以接受,那其他行星是怎麼形成這個五花八門的傾角的呢?這還是要從形成和後期的運行兩個因素開始說起:
1、形成過程中的因素
前文我們說了,吸積的過程其實就是一個碰撞的過程,甚至我們可以這樣確認在早期形成過程中,天體根本就沒有確定的自轉軸,而是在不停的翻滾中,因為很難確定下一次撞擊來自何方,但無論怎麼變化,整體方向都是來自黃道面,因為其周圍的吸積盤本身就誕生於黃道面上
因此最終形成行星自轉軸傾角並不會很正,只是大致不會歪的太嚴重。
2、運行過程中的因素
行星在度過了誕生階段以後,並不是說它的未來就一帆風順,比如月球就認為是地球在數十億年前遭受了軌道上一顆忒亞的天體撞擊下分裂的部分形成了月球,而這個理論還受到廣泛的支持。
我們相信這些很誇張的傾角自轉的行星都遭受過難以想像的過去,比如金星的反向自轉,天王星躺著公轉這種典型的案例。
行星自轉軸與黃道面垂直只是一種理想狀態,而歪著轉才是行星該有的POSE。
其實地軸的傾角與生命誕生並無特別的關係,不過只是沒有四季而已!不過另一個原因就值得商榷了,因為早期地球的自轉速度很高,比如3億年前地球一天只有22小時,而更久以前甚至只有數小時,晝夜交替時間過短不適合誕生生命,而忒亞的撞擊誕生了月球,而相互之間的潮汐引力機制相當於給地球裝了剎車,這才讓地球自轉減速,創造出生命誕生的環境。
當然這這樣的假設仍然還處於猜測中,比如月球的成分與地球相似就是一個證據,但後期的發展又完全不一樣,這表明月球很久以前就從地球分離了。