貓眼星雲,一顆恆星最終爆炸,周圍的物質向四處噴射。
第一代大恆星終結後,爆炸成為超新星,周圍的物質被噴射到宇宙中。這些星際物質的一部分往往又聚集在一起,形成新的星系,太陽系就是這樣形成的。
我們把這部分物質看做一個有無數質點的質點系,運動中的質點對質量中心都有一個動量矩矢量M(mv),把這些動量矩矢量合成的結果,我們稱為主矩,它確定了一個所在的平面。與主矩所在的平面相垂直的軸,設為z軸。
此圖太陽中心向上的軸為z軸,x、y軸在星系平面內。
當這些宇宙物質聚合成星球時,都向主矩的平面聚合。如前所述,太陽系只有對z軸的動量矩不等於零,對x和y軸的動量矩都等於零。其動量矩定理的數學表達式為:
dΣM(mv)/dt=ΣM(F)
上式左端是質點系對z軸動量矩的和,對時間的一階導數;右端是質點系的外力對z軸取矩的和。如此相當於行星所處的平面,就是主矩所在的平面,太陽和所有行星對z軸動量矩的和,就是主矩。
因為太陽系各星球之間的力為內力,上式右端為零。學過數學就知道,左端ΣM(mv)為一常數,這就是動量矩守恆定理。所以太陽為參考系,太陽和行星繞太陽中心z軸轉動的動量矩不變。也就是說,在太陽系的形成過程中,太陽系總的動量矩即主矩,大小和所在平面始終是不變的。
由前面的敘述可知,太陽系行星的大部分質量,就在和z軸垂直的平面內運動。不會在其他平面內運動,否則對x軸或y軸就有了動量矩,這和簡化的結果不相符。
題目把與z軸垂直的平面稱為水平面,其實在宇宙中是無所謂水平的。
其實太陽系九大行星水平公轉太陽是相當的,而不會垂直公轉是因為力的作用。在萬有引力和離心力的拉扯下,九大行星不得不水平公轉太陽,而且經過時間的磨合,規則越趨穩定。
也就是說都很聽話,各就各位,各行其道,互不幹涉。
其實這些都是相對平面角度來看的,整個太陽系內的十個星體可不是在同一個水平面上。那是天文科學家畫圖時給我們的直觀印象,太陽系是立體的。但是絕對不會是垂直公轉太陽,那樣想像就很可怕,不按照同一個運行規則在太陽系運轉,等待它的將是毀滅,除非是天外星體闖入。
不管是太陽系,還是銀河系,放在整個宇宙空間來看,所有的行星都是水平公轉自己的母恆星吧。這個不絕對,宇宙那麼大,規則也不會一樣。放眼整個浩瀚的星空,太陽應該也算是一個公轉於銀河系的行星了。
那麼,銀河系的星體會不會垂直公轉於某個星系呢?不太可能吧。整個宇宙的運行規則應該是一樣的。
就說我們生活的地球吧,作為一顆星星,水平公轉太陽那麼多年了,還是在四平八穩地運轉著。沒聽說科學家觀察到有什麼異常的舉動,所以說引力和離心力在找平衡的過程中,總是互相牽扯,互相包容,互相消耗彼此的能量。
月亮呢,那麼久了還是老老實實的在為地球照明。也沒聽說怎麼怎麼樣了?都是有其運行規則的。
除非哪一年,每個星體都消耗完了自身的能量,要消失了。什麼樣的規則也不會再起作用了。