Когда мы думаем о солнечной системе, часто представляем себе упорядоченный ряд планет, вращающихся вокруг Солнца, которое также вращается вокруг своей оси, в той же плоскости.
Такое представление кажется идеальным, но заставляет задуматься: действительно ли всё так просто в трехмерном космосе? Почему солнечная система образовалась в таком виде, с планетами, движущимися в одном направлении? И является ли она уникальной в этом отношении?
На сегодняшний день солнечная система действительно похожа на изображения, которые мы видим на схемах: Солнце находится в центре, а вокруг него расположены планеты, орбиты которых лежат примерно в одной плоскости (с некоторыми исключениями). Однако это не всегда было так. Чтобы понять, как сложилась современная структура солнечной системы, необходимо рассмотреть процесс её формирования из газопылевого облака.
Солнечная система возникла около 4.6 миллиардов лет назад из облака космической пыли и газа. Изначально это облако, удерживаемое гравитационными силами между частицами, имело случайную, вероятно, более сферическую форму, с равномерно распределённым содержимым во всех трех измерениях пространства. Частицы пыли и газа двигались хаотично и сталкивались друг с другом без какого-либо порядка. Но со временем это огромное облако трансформировалось в упорядоченную систему, которую мы наблюдаем сегодня. Как именно произошла эта эволюция?
Протопланетный диск, как видит его художник, формируется под влиянием закона сохранения углового момента. Изначально частицы пыли и газа двигаются хаотично, но полный угловой момент такого облака вряд ли будет равен нулю. Это означает, что большинство частиц движется в определенном направлении больше, чем в других. Угловой момент системы — это векторная сумма моментов всех отдельных частиц, определяющая направление и скорость вращения системы вокруг ее центра масс.
Развитие протопланетного диска может подвергаться изменениям под действием внешних сил, например, гравитационного влияния соседних звездных систем или столкновений с инородными объектами. Но эти факторы сейчас не играют ключевую роль, и мы можем их игнорировать.
Когда частицы движутся в направлении, перпендикулярном основному направлению вращения системы, они сталкиваются. В итоге их движение в любом направлении, кроме главного, со временем уменьшается, и остаются только те частицы, которые движутся в этом основном направлении. Таким образом, движение частиц в вертикальной плоскости компенсируется и стремится к нулю, в результате чего устанавливается распределение частиц, сводящее к минимуму вероятность столкновений. Это соответствует движению по круговым орбитам в плоскости.
Центробежная сила играет роль в процессе, "раскручивая" протопланетное облако в тонкий диск. Это дополняет предыдущее объяснение, ведя к "сплющиванию" облака, при этом скорость и направление вращения системы сохраняются.
Важно понимать, что понятие замкнутой системы является лишь научной абстракцией. В реальности нашей Вселенной нет абсолютно замкнутых систем, поскольку любое тело, обладающее массой или движущееся с определенной скоростью, оказывает влияние на другие тела. Это взаимодействие, в частности, обусловлено гравитационными силами, из-за чего угол наклона орбит планет относительно плоскости эклиптики может немного отличаться, хотя общее распределение орбит остается достаточно упорядоченным.
Уникальна ли плоская структура нашей солнечной системы? Ответ – нет. Подобные упорядоченные системы являются нормой во Вселенной, и мы видим такое же расположение звезд и планет в многих других звездных системах. Это свидетельствует о том, что процессы формирования звезд и планетарных систем во вселенной происходят по схожему сценарию.
В заключение, можно подытожить:
Почему же все планеты располагаются в одной плоскости? Планеты формируются из газопылевого облака, которое коллапсирует в наиболее коротком направлении. Затем происходит объединение частиц, после чего они начинают сжиматься в направлении к центру. Вместо падения на звезду, которая уже сформировалась в центре, эти частицы начинают вращаться вокруг нее. В результате, под воздействием гравитационных и центробежных сил, соблюдая закон сохранения углового момента, формируются космические тела и планеты, продолжая вращение в одной плоскости.
Вы можете поддержать наш проект финансово через Юmoney: 5599002038791291
Ставьте палец вверх, чтобы видеть в своей ленте больше статей о космосе и науке!