Почему орбиты планет лежат в одной плоскости?
По модели Солнечной системы можно понять, что орбиты всех ее планет находятся как будто в одной плоскости. Если космическое пространство настолько необъятное, то возникает вопрос: почему планеты двигаются именно по таким траекториям, а не вращаются вокруг Солнца хаотично?
Формирование Солнечной системы
Собранные за много лет знания дают возможность ученым лишь строить предположения о том, как сформировалась Солнечная система. Существует общепризнанная небулярная теория, согласно которой Солнце и планеты возникли из молекулярного облака. Плотное облако при этом подверглось резкому сжатию под действием гравитации.
Предполагаемый возраст Солнечной системы – 4,6 миллиардов лет. В первую очередь, в центральной части газопылевого облака образовалось Солнце. Вокруг него, из вещества, оказавшегося за пределами центра, сформировался протопланетный диск. Позже из него возникли планеты, спутники и прочие космические тела.
Само же облако, по предположению ученых, могло образоваться после взрыва сверхновой звезды. Ее масса, должно быть, соответствовала массе 30 Солнц. Сверхновая звезда заполучила название Коатликуэ. Впоследствии Солнечная система эволюционировала.
Этапы формирования Солнечной системы
Небулярная гипотеза появилась в 18 веке. Ее выдвинули ученые Сведенборг и Лаплас вместе с философом Кантом. По сегодняшний день данная теория проверяется и улучшается на основании новых данных.
В начале 21 века ученые резко изменили мнение о том, как выглядела Солнечная система в начале своего существования. Прежде считалось, что за миллиарды лет ничего не изменилось. Однако, согласно новым представлениям, сейчас она стала более громоздкой.
Из чего состоит Солнечная система?
В современном представлении Солнечная система включает центральную звезду, а также естественные космические тела, которые вращаются вокруг нее. Масса системы – 1,0014 M☉(специальная единица измерения, использующаяся в астрономии).
Большую часть данной массы составляет Солнце, все остальное – планеты системы. В нее входит восемь планет. При этом Солнечная система состоит из внутренней и внешней области. Внутренняя область представлена близлежащими планетами: Меркурием, Венерой, Землей и Марсом. Внешнюю область образуют Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун.
Планеты Солнечной системы в масштабе
Как движутся планеты и Солнце?
Планеты Солнечной системы отдалены друг от друга. Движутся они по специальным траекториям – орбитам. Планетные орбиты имеют форму вытянутого круга. При этом орбиты располагаются почти в одной плоскости, которая называется плоскостью эклиптики.
Именно по эклиптике, большому кругу небесной сферы, движется Солнце. Это движение можно наблюдать с Земли в течение года. Полный оборот Солнце совершает за сидерический год, который равен 365,2564 дням.
Проблема расположения планет напрямую связана с теорией формирования Солнечной системы. Это достаточно сложный вопрос, тем более что ученым остается лишь моделировать и устраивать симуляции данного процесса. Стоит отметить, что фактически орбиты лежат почти в одной плоскости, поскольку им свойственно небольшое отклонение.
Вероятная причина такого расположения заключается в том, что планеты Солнечной системы образовались в пределах единого протопланетного диска. Другими словами – они сформировались из одной и той же материи. В процессе образования центральной звезды частицы за ее пределами продолжали двигаться и вращаться хаотично, но при этом на них действовал общий центр масс. Таким образом, вращение Солнца образовало единую плоскость вращения планет.
Орбита, по которой Земля вращается вокруг Солнца вместе с Луной
В соответствии с Законом всемирного тяготения, планеты вращаются вокруг Солнца, так как оно обладает значительно большей массой. Поэтому Солнечная система остается относительно стабильной и планеты не улетают в космос.
Ученым удалось обнаружить молодую звезду HL Тельца, возраст которой – около 100 000 лет. Она располагается на расстоянии 450 световых лет от Земли. Вокруг звезды обнаружен протопланетный диск, а также одна сформировавшаяся планета возрастом не более 2000 лет. В пределах данного диска отчетливо видны скопления газов, которые впоследствии могут стать планетами.
Эта находка предоставляет возможность ученым наблюдать за формированием новой звездной системы и на основании полученных данных расширять сведения о появлении Солнечной системы.
Расположение орбит планет почти в одной плоскости объясняется небулярной теорией формирования Солнечной системы. В соответствии с ней, Солнце образовалось из-за резкого сжатия газопылевого облака. В центре облака образовалась звезда, а вокруг нее – протопланетный диск. В дальнейшем из него возникли планеты – проще говоря, они сформировались из одной и той же материи. Планеты не улетают в космос, а вращаются по орбитам вытянутой формы вокруг Солнца из-за силы притяжения (Солнце занимает 99% массы всей системы).
Интересное видео об орбитах планет
Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Источник
Почему все планеты вращаются в одной плоскости?
Какая картинка всплывает перед глазами, когда мы представляем солнечную систему? Ровный диск из планет, обращающихся вокруг Солнца в том же направлении, что и Солнце вокруг своей оси.
Эта картинка настолько идеальна, что невольно возникает вопрос: действительно ли все так просто? Как и почему в трехмерном пространстве образовалась практически идеально плоская планетная система с единым направлением вращения? И можно ли называть Солнечную систему в этом плане особенной?
Сейчас Солнечная система действительно выглядит примерно так, как ее изображают на схемах: в центре – Солнце, а вокруг – ряд планет, орбиты которых лежат в одной плоскости (Почти. Об этом чуть позже). Но, как известно, так было не всегда. Для того, чтобы объяснить нынешнюю геометрию Солнечной системы, придется обратиться к процессам ее формирования.
Солнечная система образовалась около 4.6 млрд лет назад из облака космической пыли и газа. Изначально облако, удерживаемое взаимными силами гравитации частиц, имело произвольную форму, предположительно близкую к шару, а его содержимое было примерно равномерно распределено по всем трем плоскостям пространства. Частицы пыли и газа в облаке хаотично двигались и сталкивались друг с другом, не имея упорядоченного направления. И все-таки огромное облако «эволюционировало» к строгому виду системы, которую мы имеем сейчас. Как это произошло?
Во-первых, дело в законе сохранения момента импульса. Как было сказано выше, частицы пыли и газа постоянно находятся в хаотическом движении. Однако чисто математически крайне маловероятно, что общий момент импульса облака будет нулевым. А значит есть некоторое направление, в котором частиц движется больше, чем в любом другом. Общий момент импульса, представляет собой векторную сумму всех моментов импульсов отдельных частиц, и задает направление и скорость вращения замкнутой системы вокруг ее центра масс.
В процессе развития протопланетного диска направление и скорость могли изменяться за счет влияния внешних сил и факторов: это могло быть влияние гравитационной силы близлежащих звездных систем или попадание в систему инородных объектов. Но сейчас для нас это не имеет значения, поэтому влиянием внешних сил можно пренебречь.
При движении «вверх» и «вниз» относительно общего направления вращения системы частицы пыли и газа сталкиваются: импульсы частиц движущихся во всех направлениях кроме основного со временем нивелируются и остаются только частицы движущиеся в том самом основном направлении. То есть общее движение частиц в «вертикальной» плоскости компенсируется и стремится к нулю. При этом устанавливается такое распределение частиц в пространстве и по скоростям, при котором вероятность столкновений наименьшая. Такое состояние соответствует движению в плоскости по круговым орбитам.
Этому процессу помогает центробежная сила, «раскручивающая» протопланетное облако Солнечной системы в тонкий диск. Этот процесс не противоречит вышесказанному, а лишь дополняет его. Итогом станет «сплющивание» облака без изменения скорости и направления вращения системы.
И да, замкнутая система – научная модель. Ни одну систему в нашей Вселенной нельзя называть абсолютно замкнутой: каждое тело, имеющее массу или скорость, в той или иной степени влияет на все другие тела. Вследствие взаимного влияния сил гравитации, угол наклона орбит планет незначительно отклоняется от плоскости эклиптики, но в целом этот разброс невелик.
Можно ли считать плоскую солнечную систему особенной? Однозначно нет. Точно такую картину мы наблюдаем буквально в любой другой звёздной системе, что говорит о том, что везде при формировании звёзд и планетных систем происходили схожие процессы.
Подведем краткий итог:
Почему все-таки все планеты находятся в одной плоскости? Планеты формируются из газопылевого облака, коллапсирующего в кратчайшем направлении. Затем частицы «склеиваются» между собой, после чего сжимаются по направлению к центру. Но вместо того, чтобы упасть на уже сколлапсировавшуюся звезду, они начинают вращаться вокруг нее. Как итог, под действием сил гравитации и центробежной силы, в соответствии с законом сохранения момента импульса, образуются космические тела и планеты, которые продолжают вращаться в той же плоскости.
Источник
Почему все планеты вращаются в одной плоскости?
Как известно, планеты нашей солнечной системы вращаются вокруг Солнца примерно в одной плоскости. Если мы посмотрим на другие системы, то увидим такую же картину. Более того, галактики тоже имеют дисковидную форму? Почему так? Почему галактики и планетные системы не имеют форму, например, сферы?
Вы можете также просмотреть или прослушать эту статью на нашем канале на youtube!
Вращение материи в одной плоскости обусловлено двумя причинами. Во-первых это постоянные столкновения между частицами, во вторых это то, что действие происходит в трёхмерном пространстве. Космические объекты образуются из гигантских газопылевых облаков самой разнообразной формы. Эти облака сжимаются под действием собственной гравитации, а частицы пыли сталкиваются между собой и слипаются в единое целое. Движение каждой отдельной частицы предсказать невозможно, но если посмотреть на них на всех в целом, то окажется, что у них есть общий момент импульса относительно центра масс облака, который и задаёт плоскость в которой всё будет вращаться.
В облаке трудно увидеть это общее направление вращения, но математика говорит, что оно есть, и как обычно оказывается права.
Направление общего момента импульса зависит от множества случайностей, таких как форма облака, его размер, столкновения облака с другими облаками и звёздами. В результате, какой плоскости повезет изначально иметь чуть больший импульс, та со временем, после множества столкновений сгонит к себе всю остальную материю и определит общую ось вращения объекта.
Источник
masterok
masterok Мастерок.жж.рф
Хочу все знать
По модели Солнечной системы можно понять, что орбиты всех ее планет находятся как будто в одной плоскости. Если космическое пространство настолько необъятное, то возникает вопрос: почему планеты двигаются именно по таким траекториям, а не вращаются вокруг Солнца хаотично?
Планеты Солнечной системы отдалены друг от друга. Движутся они по специальным траекториям – орбитам. Планетные орбиты имеют форму вытянутого круга. При этом орбиты располагаются почти в одной плоскости, которая называется плоскостью эклиптики. Именно по эклиптике, большому кругу небесной сферы, движется Солнце. Это движение можно наблюдать с Земли в течение года. Полный оборот Солнце совершает за сидерический год, который равен 365,2564 дням.
Проблема расположения планет напрямую связана с теорией формирования Солнечной системы. Это достаточно сложный вопрос, тем более что ученым остается лишь моделировать и устраивать симуляции данного процесса. Стоит отметить, что фактически орбиты лежат почти в одной плоскости, поскольку им свойственно небольшое отклонение.
Вероятная причина такого расположения заключается в том, что планеты Солнечной системы образовались в пределах единого протопланетного диска. Другими словами – они сформировались из одной и той же материи. В процессе образования центральной звезды частицы за ее пределами продолжали двигаться и вращаться хаотично, но при этом на них действовал общий центр масс. Таким образом, вращение Солнца образовало единую плоскость вращения планет.
Предполагаемый возраст Солнечной системы – 4,6 миллиардов лет. В первую очередь, в центральной части газопылевого облака образовалось Солнце. Вокруг него, из вещества, оказавшегося за пределами центра, сформировался протопланетный диск. Позже из него возникли планеты, спутники и прочие космические тела.
Само же облако, по предположению ученых, могло образоваться после взрыва сверхновой звезды. Ее масса, должно быть, соответствовала массе 30 Солнц. Сверхновая звезда заполучила название Коатликуэ. Впоследствии Солнечная система эволюционировала.
В соответствии с Законом всемирного тяготения, планеты вращаются вокруг Солнца, так как оно обладает значительно большей массой. Поэтому Солнечная система остается относительно стабильной и планеты не улетают в космос. Ученым удалось обнаружить молодую звезду HL Тельца, возраст которой – около 100 000 лет. Она располагается на расстояние 450 световых лет от Земли. Вокруг звезды обнаружен протопланетный диск, а также одна сформировавшаяся планета возрастом не более 2000 лет. В пределах данного диска отчетливо видны скопления газов, которые впоследствии могут стать планетами.
Эта находка предоставляет возможность ученым наблюдать за формированием новой звездной системы и на основании полученных данных расширять сведения о появлении Солнечной системы.
Источник
Спросите Итана №82: почему все планеты находятся в одной плоскости?
Возможности почти безграничны, но почему же всё выстраивается в линию?
Надежда – это не убеждение в том, что всё закончится хорошо, но уверенность в наличии у происходящего смысла, вне зависимости от результата.
— Вацлав Гавел
Почему все планеты вращаются примерно в одной плоскости?
Если подумать обо всех возможностях, это действительно кажется маловероятным.
Сегодня мы разметили орбиты всех планет с невероятной точностью, и нашли, что все они обращаются вокруг Солнца в одной и той же двумерной плоскости с разницей не более 7°.
А если убрать Меркурий, самую внутреннюю планету с самой наклонной плоскостью вращения, всё остальное окажется очень хорошо выровненным: отклонение от средней плоскости орбиты составит около двух градусов.
Также все они достаточно хорошо выровнены по отношению к оси вращения Солнца: как планеты вращаются вокруг Солнца, так и Солнце вращается вокруг своей оси. И, как можно было ожидать, ось вращения Солнца находится в пределах 7° отклонения от [осей] орбит планет.
И всё-таки такое положение дел выглядит маловероятным, если только какая-то сила не сдавила орбиты планет в одну плоскость. Можно было бы ожидать, что орбиты планет сориентировались бы случайным образом, поскольку гравитация – сила, удерживающая планеты на постоянных орбитах – одинаково работает по всем трём измерениям.
Можно было бы ожидать некую толпу вместо аккуратного и последовательного набора из почти идеальных кругов. Интересно, что если отдалиться от Солнца достаточно далеко, за планеты с астероидами, за орбиты комет типа Галлея и за пояс Койпера – именно такую картину вы и обнаружите.
Так что же принудило наши планеты оказаться в одном диске? В одной плоскости орбит вокруг Солнца, вместо роя вокруг него?
Чтобы разобраться в этом, давайте перенесёмся во времена формирования Солнца: из молекулярного облака газа, из той материи, из которой рождаются все новые звёзды во Вселенной.
Когда молекулярное облако вырастает достаточно массивным, и становится гравитационно связанным и достаточно холодным, чтобы сжаться и сколлапсировать под собственной тяжестью, как туманность Труба (вверху, слева), она сформирует достаточно плотные районы, в которых будут образовываться новые звёздные кластеры (вверху, справа).
Можно заметить, что эта туманность – и любая другая, похожая на неё – не будет идеальной сферой. Она имеет неровную вытянутую форму. Гравитация не прощает несовершенств, и из-за того, что гравитация – сила ускоряющаяся, которая увеличивается вчетверо каждый раз при уменьшении дистанции вдвое, она берёт даже небольшие неровности в изначальной форме и очень быстро их увеличивает.
В результате получается формирующая звёзды туманность сильно асимметричной формы, и звёзды образуются там, где газ плотнее всего. Если заглянуть внутрь, на отдельные присутствующие там звёзды, они представляют собой почти идеальные сферы, как наше Солнце.
Но так же, как туманность стала асимметричной, так и отдельные звёзды, сформировавшиеся внутри, появились из неидеальных, чрезмерно плотных асимметричных комков материи внутри туманности.
В первую очередь они сколлапсируют в каком-то одном (из трёх) измерении, и поскольку материя – вы, я, атомы, состоящие из ядер и электронов – собирается вместе и взаимодействует, если швырнуть её в другую материю, у вас в результате получится вытянутый диск материи. Да, гравитация притянет большую часть материи к центру, где и сформируется звезда, но вокруг неё вы получите то, что называется протопланетарным диском. Благодаря телескопу им. Хаббла мы видели такие диски непосредственно!
Вот вам первая подсказка, почему у вас получится нечто выровненное в плоскость вместо сферы со случайно летающими планетами. Далее нам нужно обратиться к результатам симуляций, поскольку мы не присутствовали в молодой солнечной системе так долго, чтобы наблюдать это формирование воочию – оно занимает порядка миллиона лет.
И вот что нам говорят симуляции.
Протопланетарный диск, сплющившись в одном измерении, продолжит сжиматься по мере того, как всё больше газа будет притягиваться к центру. Но пока большое количество материала затягивается внутрь, приличная его доля окажется на стабильной орбите где-то на этом диске.
Из-за необходимости сохранения такой физической величины, как момент импульса, который показывает количество вращения всей системы – газа, пыли, звезды и прочего. Из-за того, как работает момент импульса, и как он примерно равномерно распределяется между разными частицами внутри, следует, что всё внутри диска должно двигаться, грубо говоря, в одном направлении (по часовой или против часовой). Со временем диск достигает стабильных размеров и толщины, а затем небольшие гравитационные отклонения начинают вырастать в планеты.
Конечно, по объёму диска существуют небольшие различия между его частями (и гравитационные эффекты между взаимодействующими планетами), а также играют роль и небольшие различия начальных условий. Формирующаяся в центре звезда представляет собой не математическую точку, а большой объект диаметром порядка миллиона километров. И когда вы собираете всё это вместе, это приводит к распределению материи не в идеальной плоскости, но в форме, близкой к ней.
Вообще, мы только довольно недавно обнаружили первую планетную систему, находящуюся в процессе формирования планет, и их орбиты расположены в одной плоскости.
Молодая звезда слева вверху, на задворках туманности – HL Тельца, расположенная в 450 световых годах от нас – окружена протопланетарным диском. Самой звезде всего миллион лет. Благодаря ALMA, массиву с длинной базой, улавливающему свет на довольно длинных волнах (миллиметровых), длина которых более чем в тысячу раз превышает длину видимого света, мы и получили это изображение.
Это явно диск, со всей материей в одной плоскости, при этом в нём есть тёмные пропуски. Эти пропуски соответствуют молодым планетам, собравшим близлежащую материю! Мы не знаем, какие из них сольются вместе, какие будут вышвырнуты, и какие подойдут поближе к звезде и будут ею проглочены, но мы наблюдаем критический этап формирования молодой солнечной системы.
Так почему же все планеты находятся в одной плоскости? Потому, что они формируются из асимметричного облака газа, коллапсирующего сначала в самом коротком из направлений; материя сплющивается и держится вместе; она сокращается внутрь, но оказывается вращающейся вокруг центра. Планеты формируются благодаря неровностям в материи диска, и в результате все их орбиты оказываются в одной плоскости, различающиеся друг от друга максимум несколькими градусами.
Потрясающая история, и благодаря не только симуляциям, но и наблюдениям Вселенной, показывающая потрясающее согласие наших лучших научных теорий и реального состояния Вселенной.
Спасибо за прекрасный вопрос! Присылайте мне ваши вопросы и предложения для следующих статей.
Источник