Если посмотреть на Солнечную систему сверху (со стороны северного полюса Земли), можно заметить удивительную закономерность: все планеты движутся вокруг Солнца в одном направлении — против часовой стрелки. Не только планеты, но и большинство астероидов, и даже пыль в межпланетном пространстве. Это не случайность и не совпадение, это прямое следствие того, как формировалась Солнечная система.
1. Исходное облако
Солнечная система сформировалась из гигантского молекулярного облака — из холодного разреженного газа и пыли, который вращался вокруг общего центра тяжести.
Почему облако вообще вращалось? В межзвёздной среде редко встречаются облака без малейшего вращения. Даже если облако изначально не вращается, гравитационные взаимодействия с соседними облаками, ударные волны от сверхновых и турбулентность создают небольшой угловой момент (момент вращения).
Когда облако начало сжиматься под действием собственной гравитации, вращение ускорилось. Это эффект фигуристки, которая прижимает руки к телу и начинает вращаться быстрее. Сохранение углового момента — фундаментальный закон физики.
А знаете ли вы? Если бы исходное облако не вращалось, вся масса просто упала бы на Солнце. Не было бы диска, не было бы планет. Вращение — это причина, по которой планеты вообще существуют.
2. Образование протопланетного диска
Из-за быстрого вращения облако сплющилось в диск. Это тоже следствие физики: вращающееся газовое облако стремится принять форму плоского диска, перпендикулярного оси вращения. Такой диск называется протопланетным и он окружал молодое Солнце.
Весь газ и пыль в этом диске двигались по орбитам в одном направлении — в том же, в котором вращалось исходное облако. Сопротивления воздуха в космосе нет, но частицы газа сталкивались друг с другом и в среднем двигались согласованно. Никакой силы, которая заставила бы их вращаться в разные стороны, не было.
Планеты сформировались из этого диска и унаследовали направление движения.
А знаете ли вы? Толщина протопланетного диска составляла около 10-20% его диаметра. Он был очень тонким по космическим меркам, но именно в нём сконцентрировалось вещество для формирования планет.
3. Как из диска образовались планеты
Пылинки в диске сталкивались и слипались, образуя более крупные агрегаты — сантиметровые, метровые, километровые. Это планетезимали и они продолжали вращаться вокруг Солнца в том же направлении, что и газ.
Крупные планетезимали росли быстрее, притягивая более мелкие объекты. В конце концов в каждой зоне диска оставался один доминирующий зародыш — протопланета. Она двигалась по орбите в том же направлении, что и исходный диск.
Никакой причины изменить направление не было. Чтобы планета начала вращаться вокруг Солнца в противоположную сторону, ей нужно было бы столкнуться с массивным объектом, летящим навстречу, или быть захваченной гравитацией из межзвёздного пространства. Вероятность таких событий крайне мала.
А знаете ли вы? Небольшая часть объектов в Солнечной системе всё же вращается в обратную сторону — это кометы из облака Оорта, некоторые астероиды (например, (514107) Каэпаокаавела, который прилетел из межзвёздного пространства и вращается вокруг Солнца в противоположном направлении), а также внешние спутники планет (захваченные гравитацией), но планеты — нет.
4. Исключения, подтверждающие правило
В Солнечной системе есть два заметных исключения из общего правила, и оба они подтверждают теорию формирования диска.
Венера. Венера вращается вокруг своей оси в противоположную сторону по сравнению с большинством планет (ретроградное вращение). Но вокруг Солнца она движется нормально — против часовой стрелки. Аномальное осевое вращение Венеры, вероятно, результат гигантского столкновения с крупным объектом в ранней истории.
Уран. Уран вращается «на боку» (ось наклонена на 98 градусов). Его спутники и кольца вращаются в том же направлении, что и Уран вокруг Солнца. Сама планета тоже движется вокруг Солнца в общем направлении, но из-за удара, опрокинувшего её, кажется, что она вращается «неправильно».
Ни одна планета не движется вокруг Солнца в противоположном направлении. Ни одна.
5. Что в других планетных системах
Астрономы наблюдали сотни протопланетных дисков вокруг молодых звёзд. Все они вращаются — в том или ином направлении. Экзопланеты, сформировавшиеся в таких дисках, тоже должны вращаться вокруг своей звезды в ту же сторону, что и диск.
Недавние наблюдения телескопа Уэбба подтвердили, что в некоторых системах протопланетный диск вращается в одну сторону, а внутренняя часть диска — в другую (например, в системе с двумя звёздами). Это приводит к формированию планет с разным направлением орбит. Такие системы редки, но они существуют.
Пока не найдено ни одной экзопланетной системы, где все планеты вращались бы вокруг звезды в разные стороны. Хаотические системы (где гравитационные возмущения разбросали планеты) возможны, но в них планеты обычно выпадают из системы или сталкиваются. Долговременная стабильность требует согласованного вращения.
А знаете ли вы? Наша Солнечная система — не единственная, где все планеты вращаются в одну сторону. Большинство известных систем устроены так же. Но есть и исключения, например, система WASP-94, где две планеты вращаются вокруг разных звёзд двойной системы.
6. Куда делись планеты с другим направлением
В ранней Солнечной системе могли существовать планетезимали, которые вращались в обратную сторону. Как они могли появиться? Например, при столкновении двух крупных тел осколки разлетаются во всех направлениях; некоторые могли получить орбиту с обратным вращением.
Но такие объекты были бы нестабильными. В плотном протопланетном диске, где всё вещество движется в одну сторону, объект, движущийся навстречу потоку, сталкивается с частицами газа на гиперзвуковых скоростях. Он быстро теряет энергию и падает на Солнце либо сталкивается с другим объектом и разрушается.
Те, кто чудом выжил, были выброшены гравитацией Юпитера на окраины Солнечной системы. Сегодня они составляют часть облака Оорта, но никакой обратно вращающейся планеты нет и быть не могло.
7. Закон сохранения углового момента как причина
В основе всего этого лежит фундаментальный закон физики: угловой момент системы сохраняется, если на неё не действуют внешние силы. Исходное облако имело некоторый угловой момент. Когда оно сколлапсировало в звезду и диск, угловой момент никуда не делся. Он распределился между Солнцем (которое вращается вокруг своей оси) и орбитальным движением планет.
Солнце вращается вокруг своей оси в ту же сторону, что и планеты — против часовой стрелки (если смотреть с северного полюса). Это прямое следствие того, что угловой момент исходного облака сохранился.
Если бы в Солнечной системе существовала планета, вращающаяся вокруг Солнца в обратную сторону, общий угловой момент системы был бы меньше. Для этого нужно было бы внешнее вмешательство — например, гравитационный захват планеты из межзвёздного пространства. Такое возможно (так появились обратные спутники у планет), но для планеты земной группы или газового гиганта это маловероятно.
А знаете ли вы? Угловой момент Солнца составляет всего около 1% от углового момента всей Солнечной системы. Остальные 99% приходятся на орбитальное движение планет, в основном Юпитера. Это потому, что большая часть углового момента исходного облака ушла в диск, а не в звезду.
Итог
Единое направление вращения планет — не случайность и не замысел. Это неизбежное следствие того, что Солнечная система сформировалась из вращающегося газопылевого облака. Гравитация сжала облако, закон сохранения углового момента закрутил его быстрее, облако сплющилось в диск, а планеты собрались из этого диска, унаследовав его вращение.
Порядок, который мы видим сегодня, — это следствие законов физики, работавших 4,6 миллиарда лет назад. И эти же законы работают в любой другой планетной системе, которую мы наблюдаем.
Подпишись, если понравилась статья!