Warum umkreisen alle Planeten des Sonnensystems ungefähr dieselbe 2D-Ebene?

Die Antworten von Nic und Approximist treffen die Hauptpunkte, aber es lohnt sich, ein zusätzliches Wort zum Grund hinzuzufügen, warum die Umlaufbahnen ungefähr in derselben Ebene liegen: Erhaltung des Drehimpulses.

Das Sonnensystem begann als eine große Stoffwolke, die um ein Vielfaches größer war als ihre derzeitige Größe. Es hatte einen sehr geringen anfänglichen Drehimpuls – das heißt, es drehte sich im Durchschnitt um eine bestimmte Achse. (Warum? Vielleicht nur zufällig! Alle Bestandteile flogen herum, und wenn Sie diese zufälligen Bewegungen addieren, gibt es im Allgemeinen einen Drehimpuls ungleich Null.) Da der Drehimpuls erhalten bleibt, beschleunigte sich die Rotationsrate, als die Wolke zusammenbrach (Das übliche Beispiel ist die Eiskunstläuferin, die beim Drehen ihre Arme einzieht und entsprechend beschleunigt).

Ein weiterer Kollaps in der Richtung senkrecht zur Rotationsebene ändert den Drehimpuls nicht, aber ein Kollaps in den anderen Richtungen würde ihn ändern. Der Zusammenbruch verwandelt also die anfängliche Wolke, unabhängig von ihrer Form, in einen Pfannkuchen. Die Planeten haben sich aus diesem Pfannkuchen gebildet.

Übrigens kann man die Zeichen dieses anfänglichen Drehimpulses auch an anderen Dingen erkennen: Nicht nur alle Planeten umkreisen ungefähr dieselbe Ebene, sondern auch die meisten ihrer Monde und die Rotation der meisten Planeten um sie Achsen ebenso.

1. Mehr oder weniger ja. Die Planeten kreisen meist in der gleichen Ebene, aber mit kleinen Abweichungen im Vergleich zur Größe des Systems. Die größte relative Neigung beträgt etwa 4 bis 6 Grad. Diese „Ebenheit“ ist auf die Orbitalmechanik zurückzuführen, wo das Sonnensystem ursprünglich kugelförmig war und nun zu einer flachen Scheibe „zerfallen“ ist. Diese Scheibe ist im Wesentlichen eine stabile Niedrigenergiekonfiguration und daher ist das System im Laufe der Zeit mehr und mehr scheibenartig geworden.

2. Die Sonde Voyager 1 „verlässt“ das Sonnensystem, während wir hier sprechen, aber es gibt keine wirklich feste Grenze, und daher ist es schwierig, eine endgültige Antwort zu geben.

1. Die Bahnebenen verschiedener Planeten haben kleine Neigungen zur Ekliptikebene . Das entsprechende Wikipedia-Diagramm sollte eine bessere Ansicht bieten als die 2D-Bilder, die Sie gesehen haben.

2. Sowohl Voyager 1 als auch 2 befinden sich außerhalb des Sonnensystems

Wir wissen es nicht, aber ich nehme an, das ist das typische Hypothesenmuster, die Akkretionsscheibentheorie, die versucht, eine Modelldynamik zu finden, die erklären könnte, was wir sehen, insbesondere in unserem eigenen Sonnensystem, das das einzige ist, das wir haben sehr vollständige Informationen über. Wir sehen nicht nur, dass die Planeten unseres eigenen Sonnensystems alle in derselben Ebene kreisen, sondern wir können auch viele Scheibenverteilungen um andere starke Gravitationsquellen beobachten, die wir auch Akkretionsscheiben nennen.

So wie ich es verstehe, geht der Grund dafür, dass die meisten umlaufenden Materie in derselben Ebene landen, ungefähr so ​​​​aus:

Ich denke, die Annahme ist, dass viel Staub ziemlich homogen über eine Region verteilt war, die größer ist als das Sonnensystem. Konglomerationen wandeln den Staub in eine zufällige Verteilung von Klumpen um und die Schwerkraft zieht schließlich die meisten Klumpen in größere Klumpen (Protoplaneten), die wachsende Fluchtgeschwindigkeiten haben, während genügend Staub übrig bleibt. Die Klumpen verbinden sich, bis der größte Teil der Masse in der einen oder anderen großen Konzentration vorliegt, typischerweise in einer größten, aber manchmal in zwei oder mehr.

So wie die Schwerkraft den meisten Staub in der Nähe mit einer ähnlichen Geschwindigkeit in die größte lokale Ansammlung zieht und sich ihr anschließt, würde ein System voller Globs (das einen Protostern in einer zufälligen kugelförmigen Wolke von Umlaufbahnen umkreist) die Globs durch die Schwerkraft miteinander interagieren lassen, was dazu führen würde instabile Bahnen und immer mehr Kollisionen. Je mehr eine Umlaufbahn zufällig geändert wird, desto wahrscheinlicher ist es, dass sie auf etwas trifft (Protostern- oder Protoplanetenkugeln) und sich ihm anschließt und auch eine gewisse Geschwindigkeit bei der Kollision aufhebt. Auch wenn die Trägheit immer noch auf eine zufällige Wolke von Umlaufbahnen in keiner bestimmten Ebene fallen würde, wird diese Ebene, sobald die Wolke zufällig mit einer gewissen Konzentration großer Klumpen in derselben rauen Ebene endet, eine größere Nettoanziehung und mehr Kollisionschancen haben erobern, als andere Flugzeuge, und wenn diese Ebene Materie von Umlaufbahnen in anderen Ebenen einfängt, wird die Abweichung in Kollisionen absorbiert, und die Materie in dieser Ebene selbst wird an der anderen Materie in dieser Ebene ziehen, was zu immer mehr Kollisionen in dieser Ebene führt, die die Abweichung aufheben . Dh es wäre ein positiver Feedback-Loop-Effekt. Die beteiligten Phasen und Zahlen sind jedoch alle unbekannt, so dass selbst wenn die Theorie Sinn macht, die tatsächliche Situation möglicherweise nicht so funktioniert, da der theoretische Effekt in der Praxis möglicherweise nicht annähernd genug ist, um das Ergebnis zu erzielen, das wir sehen . Wir kennen beides nicht, weil wir die Details des Anfangszustands nicht kennen, der unseren Stern oder andere geformt hat, und ich denke, es wäre eine entmutigende Aufgabe, zu versuchen, den Fortschritt eines solchen über so lange Zeit zu modellieren (und zu machen Sie es viele Male, um Trends und Möglichkeiten zu sehen). die Abweichung wird in Kollisionen absorbiert, und die Materie in dieser Ebene selbst wird an der anderen Materie in dieser Ebene ziehen, was zu mehr und mehr abweichungsaufhebenden Kollisionen in dieser Ebene führt. Dh es wäre ein positiver Feedback-Loop-Effekt. Die beteiligten Phasen und Zahlen sind jedoch alle unbekannt, so dass selbst wenn die Theorie Sinn macht, die tatsächliche Situation möglicherweise nicht so funktioniert, da der theoretische Effekt in der Praxis möglicherweise nicht annähernd genug ist, um das Ergebnis zu erzielen, das wir sehen . 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Es gibt auch einen Effekt, bei dem Energie, die dem Rotationsimpuls von Materie entnommen wird, die in eine Masse gezogen wird, in bipolaren Jets freigesetzt wird, was ich nicht ganz verstehe, aber andere tun es, und es gibt spektakuläre Beobachtungen, die dies deutlich zeigen.

Eine Möglichkeit, die mir in den Sinn kommt, ist, dass, entweder nur in unserem Fall oder vielleicht in den meisten oder allen Sternentstehungsprozessen, tatsächlich passiert ist, dass sich zwei riesige Staubfelder mit unterschiedlichen Gesamtgeschwindigkeiten kreuzten – diese Kreuzung (so scheint es mir) würde neigen dazu, lokal eine Ebene zu sein, und würden dazu führen, dass Reibung, Geschwindigkeiten und Konzentrationen von Anfang an in einer Ebene konzentriert sind. Vielleicht bleiben Staubwolken Staubwolken, es sei denn, zwei Staubwolken mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und ausreichender Dichte treffen sich auf die richtige Weise, und dies führt tendenziell zu einer Umlaufebene, zusammen mit den Tendenzen in der Akkretionsscheibentheorie.

Nachdem ich all das gesagt und verschiedene Artikel durchgesehen hatte, um es zu überprüfen, stieß ich auf eine ziemlich großartige Website voller Erklärungen zu Dingen mit einem Abschnitt über Akkretionsscheiben, der sehr ins Detail geht, was ich sehr empfehlen kann: http://www. Scholarpedia.org/article/Accretion_discs