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1 # 一點科技工作室
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2 # 九龍山下閒
跟胖哥學物理 為什麼星系多呈扁平的
感謝悟空官方邀請,廣義上星系指無數的恆星系(包括恆星的自體)、塵埃(如星雲等)組成的執行系統。參考銀河系,它是一個包含恆星、氣體的星際物質、宇宙塵和暗物質,並且受到重力束縛的大星系。典型的星系,從只有數千萬顆恆星的矮星系到上兆顆恆星的橢圓星系都有,全都環繞著質量中心運轉。除了單獨的恆星和稀薄的星際物質之外,大部分的星系都有數量龐大的多星系統、星團以及各種不同的星雲。
宇宙中星系是眾多的,我們知道的銀河系已經足夠大了,但是比它大星系還是有。1925年,大名鼎鼎的哈勃拿出強有力的觀測證據,證實了仙女座星雲不僅是一個獨立的河外星系,而且比銀河系大多了。現在我們知道仙女座星系,直徑達20萬光年,是本星系群裡的老大,銀河系只能排行老二。
當下天體物理學界認為星系主要分成三類:橢圓星系、螺旋星系和不規則星系。在這三種星系中雖然形成原因不盡相同,但是幾乎都是扁平的。最根本的原因是因為引力和離心力的共同作用,令旋轉物體變扁,準確的講,這叫星系的共面性。那麼這是為什麼呢?為啥不能是分佈在一個球狀上,而是一個圓盤呢?主要原因是萬有引力和太陽自傳向心力共同作用結果。
既然提問者談到了太陽系,我們就以他為例來說說為什麼呈扁平的。太陽系的八大行星的公轉軌道基本在同一個平面上(太陽最近的水星軌道有細微偏離)。為什麼,其實問題根源在於運動穩定性。太陽系中八顆行星之所以在同一個平面,是因為它們分別處於這兩種形狀下運轉時最為穩定。
我們知道,物體間永遠都存在著一個力萬有引力,它跟質量的大小成正比、與距離的平方成反比!假如太陽只有一個行星的話,是沒有這種顧慮的,因為兩顆星球一定是在同一個圓上的,但是假如有兩顆以上呢?
若是隻有一顆行星,那麼公轉平面自然只有一個。若是有兩顆行星,設定兩顆行星轉動慣量相近,兩顆行星的轉動半徑並不十分相近。假如不在同一個平面的話,其中某顆星球收到的合力就不在一個平面上,在多出來的這個分力的作用下,就會把它拉到這個平面上來。即這個恆星系最穩定的情形一定是三點一線,只有這種情形下,這顆星球才不會被“扯來扯去”。假如星球更多的話,就更是需要在接近一個平面上才行,不然互相干擾太嚴重。有個假設就是一開始是球狀分佈的,但是由於太亂,有些星球被太陽甩出去了,其他的都回到這個平面了,這樣才穩定了下來。
由於太陽有自轉,假如行星的軌道不在太陽的自轉平面附近,那麼由於太陽的引力作用,會把行星扯回這個平面來,只有這樣才是符合力學規律的,引力才幾乎都拿去提供向心力了!也許你要問了?那地球附近的那些極地衛星為啥不會被扯回赤道面呢?這其實是可以解釋的,因為這些極地衛星每過一段時間就要利用自身帶的動力系統調整一次姿勢,以防止被拉回赤道面。也就是說,這是有外力來維持的,所以才會有極地衛星!
我們再來看銀河系裡,而太陽系外緣的柯伊博帶的矮行星軌道會有較大的平面偏離,更遠的奧爾特雲會有更大的偏離角度;銀河系的外緣被俘獲的小星系軌道也會有平面偏離,還有銀河系核心附近的軌道也會有較大偏角。
而銀河系本身也是是以點為中心自轉的體系,如果是以軸為中心,那麼由於萬有引力的作用軸向上也會向內收縮,所以由於萬有引力的作用銀河系的自轉的體系是扁的。宇宙是球形的,因為所有星系都是從宇宙中心運動向宇宙邊緣的,然而銀河系和太陽系都是一群天體繞著一個大質量的天體旋轉的。
在宇宙中高速執行具有星系核的星系,當它追及到另一個具有星系核的星系時,如果兩者的執行速度相近,就會相互吞噬,形成了一個更大的星系。倘若這兩個星系的星系核相遇,就會相互繞轉而形成一個質量更大的高速旋轉的星系核。這個高速旋轉的星系核就像一個巨大的發電機,從它的兩極爆發出能量強大的粒子流向遠方噴射。星系核的能量越大,噴射粒子流的流量也就越大,噴射得也就越遙遠。
我們把這樣的星系核稱作兩極噴流星系核。星系核在噴射高能粒子流的時候,會消耗其自身的能量,然而,當它俘獲了其它星團或者星系以後,就會增添能量。當星系核的能量發生由大到小的變化時,就會建造出兩條粗大的噴流帶。如果星系核的磁軸繞著另一條軸(這條軸稱作星系核的自轉軸)旋轉,那麼,噴流帶的軌跡就會彎曲,而演變成旋渦星系的兩條旋臂。一般的,星系核的磁軸與自轉軸之間的夾角(0~π/2)越大,所建造的星系盤面就會越扁;否則就會越厚。星系核的磁軸繞著自轉軸的旋轉速度越快,旋臂纏卷得就會越緊;否則,就會越松。旋渦星系的兩條旋臂是恆星誕生的活躍區域。
不止銀河系是“扁的”其它星系基本也都是,原因是星系中心存在超大質量黑洞,整個星系中的所有天體都會圍繞它轉動,它本身應該也是在自轉的。想下太陽系的情況,大至上也是扁的,道理上是一樣的,圍繞中心轉的天體大都會分佈在與中心天體自轉軸垂直的“平面”上。雖然不是每個星系都是扁的,有些星系是橢圓形的,但是每個星系都在向扁平發展,因為扁平狀對星系是最穩定的。
囉嗦這麼多,由於筆者習慣用手機回答問題,在手機上不太容易畫圖,所以文字回答不是很通俗。但是總體來講,星系之所以是扁平,主要是所受力和穩定性造成的。但是,有沒有特殊形狀的星系還沒發現,目前被天文學劃分三類星系幾乎都有共面性,形狀都是扁平!
2018年12月19日於宜昌夷陵吾同齋
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3 # 蛋科夫斯基
稍微有點複雜,但是我們可以舉個簡單的例子瞭解一下。陀螺都玩過吧,在地上轉動,他會保持垂直不會倒下去。同樣,在太空的的陀螺也會保持姿態。
這樣,我們就知道了,旋轉的東西在沒有外力的干擾下角動量守恆,自身轉軸不回自己來回跑。星系也是這樣,因為旋轉的方向統一,轉軸朝向也統一,即使一開始不是個平面,引力也會把他們拉到一起。再一轉,就在一個平面了。
所以這些星系大部分看起來都在一個平面,無論是太陽系還是銀河系。但是還有一部分沒穩定下來比較調皮的天體沒在這個平面上。比如太陽系內的彗星們,銀河系中心的那一堆白矮星。這些天體的軌道傾角比較大,短時間內還沒辦法轉到一個平面上。如果時間夠長的話,因為相互間的引力,的確有轉到一個平面上的趨勢。
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4 # 辰悟1
謝邀!這是雲石物質積聚轉動運動中產生的正負磁電電流相互作用力平衡下自然向下墜落,同時它們又在受著各自主星系星際的磁電電流牽引著飛快的執行著。以太陽系內的衛星執行來說,太陽系內的衛星看似在繞太陽平行執行,是實上它們在執行中上下的浮動距離還是很大的,形象的說:太陽的衛星們(地球)在各自繞日軌道中的上下浮動就象似在太陽和銀心中間上下網內來回的跳蹦網繩一樣。銀河系內的星體整個都被銀心黑白洞飛快轉動產生的正負磁電電流和各星際自轉產生的正負磁電電流在相互牽引網中包裹著執行著。這是太陽的衛星們在銀心的大磁電網內碰到上網就開始向下,碰到下網就開始向上被太陽和銀心磁電的共同牽引下不停的在各自的軌道內向下自然的執行著。也可以說,宇宙空間內的一切實體星系星際物體永遠都是帶著各自的團隊在各自的軌道內,向下自然的執行著,不會自轉的星體就是瞎飛瞎撞的流星,因為不會自轉它們就不會產生自已的磁電磁場,沒有磁電它們就不受那一個主星磁電的控制,在自落飛行中撞著誰就是誰,這個流星物質也就成為那個星體的物質,它也就壽終了。如果星系團隊在宇宙空間中會各自分上下行時,星系和星系就不會相互碰撞和吞噬了,星系黑洞對面的正電電粒子極光柱,擊射到強大的阻當物時,極光柱在擊殺阻當物的同時也是星系可能改變一點飛行方向的動力源,總之星系的黑洞一面,在宇宙空間內永遠是向下飛行的一面。星系團隊內的星際自轉的正負磁電電流永遠是在和星系中心的強正負磁電電流的相互牽引下繞著星系中心在自然向下一圈一圈的飛行著。星系黑洞在向下飛行的途中,碰到什麼就吞噬什麼,這也可以說就是宇宙空間內萬物自然生存生死的自然規則。這是我對星系為什麼是扁平的,為什麼太陽系內主要行星幾乎在一個平面執行的簡單的回答!謝謝
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5 # 地外天使講科學
對於有人說星系大多為扁平狀,這是為什麼?為什麼太陽系的主要行星幾乎在一個平面呢之話題,我個人認為,此題有兩個問題,先來說說星系大多為扁平狀的問題,星系之中的物質分為可視物質與不可視物質兩大型別,人們通常看到星系的物質是可視物質存在的狀態,眼中都是呈現出扁平視覺形態,誤把星系狀態視為是呈扁平狀態。
其實,宇宙之中所有的恆星系都不是扁平狀態的,都是呈圓形狀態的,其所形成呈圓形狀態是由恆星磁場的磁控範圍所決定的實際情況,就像一個個“泡泡”一樣而屹立在宇宙的太空間之中,而每個恆星系之恆星磁場的覆蓋範圍,是一種不可視見的磁性物質,是人們的眼睛看不到的情況而實際存在,
因而,人們所看到的星系可視部分確實是呈扁平狀的現象,但包括了不可視物質實際上是呈圓形狀態的。再來談談為什麼太陽系的主要行星幾乎在一個平面呢的問題,太陽系大行星的執行軌道是由太陽磁場之中穩定的磁力線圈所提供的,由於太陽會有自轉的屬性,會連帶性地對太陽磁場及磁力線圈產生圓周牽引力作用,會牽引著處於不同軌道上執行的大行星都進行圓周迴圈運動,
鑑於太陽自轉過程會產生偏向力現象,會引發行星體都能走到偏向力方向的圓周軌道弧圈端面進行圓周迴圈運動,不同軌道上的行星天體,都在太陽自轉偏向力方向的軌道端面上執行,就會連成一個可視物質圓周迴圈運動的平面現象。不知這樣的回答是否準確?!如讀者閱後覺得我說的有道理,希給個點贊並關注我,歡迎大家加入相關討論或發表己見。宇明於東莞市。(注:原創作品,版權所有,抄襲必究。)
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6 # 天外還有人
物體成形自有規則,這才叫天地自有。象雪花,沒人理,自然形。象地質,一邊是水,一邊是油,隔寸尺而不混。這就是天道自然。
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7 # DIRACSEA
打個通俗不太恰當的比喻 ,一個固定點上連著幾個橡皮筋,橡皮筋的一端連著的小球,這些小球可以在橡皮筋的拉力下在空間內四處轉動比做太陽對各行星的引力,而重要的一點你不能忽略,由於各大行星自身的質量也很大,所以他們之間也是存在不可忽略的引力,相當於這幾個小球之間也連有橡皮筋,你想象一下再讓這幾個小球轉動哪種情況才能更順暢。肯定是基本處在一個平面上。
至於為什麼太陽系行星運動處在一個近平面上。標準答案可以從廣義相對論的引力方程式中得到,這其中要的數學基礎和計算量都是相當巨大的。利用牛頓萬有引力定律和數學處理也能得到答案,畢竟牛頓定律在太陽系這個尺度還是基本上適用的。這其中主要需要的數學運算也非常的巨大。
很多人可能會疑問為什麼人造衛星繞地球運動很隨意,而太陽系8大行星的運動卻近乎在一個平面。這可能和太陽系早期產生有一定關係,重要的是任何相對獨立體系都是趨向於穩定的,由於太陽系各行星的自身質量也很大,除了他們與太陽之間的引力之外,他們各自之間也存在著不能忽略的引力,所以要想使整個太陽系運轉穩定,各個行星繞著太陽的運轉就只能趨於一個平面上,彼此之間的張力才不至於過大。我這只是大致概述了原因,具體仍需要數學去定量概述這其中的物理過程。
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8 # 純野生科學家
科學愛好者報到。
太陽系形成之前,這片廣袤空間中是上一代恆星爆炸後留下的球狀雲團,如今的外奧爾特雲就是當初球狀雲團的邊界。這個直徑兩光年的巨大雲團並非靜止不動,它繼承了上一代恆星的角動量,它是在自轉的。
在離心力的作用下,雲團物質紛紛向著雲團的“赤道”,既線速度最大的地方聚集。但云團中心區域質量最大,引力的作用又使它們無法遠離雲團中心。慢慢地,絕大多數雲團物質都聚集到了核心和赤道平面(黃道面)上,一個飛碟狀的原始星盤出現了。
46億年前,雲團中心達到了聚變所需的條件,開始發光發熱,太陽誕生了。新生太陽的周圍,組成行星的原材料在黃道面上聚集、碰撞、結合。約一億年後,地球等大行星形成,然後便各自開始了“軌道清理”工作。碟狀雲團剩餘物質不斷被新生的行星吞噬,行星的質量和引力越來越大了。那些不守規矩的、軌道傾角過大的天體每次公轉經過黃道面,都會被附近行星的引力猛拽一把,直到它肯規規矩矩的呆在黃道面上,與大家一起轉為止。對於極個別的刺頭,要麼撞擊融合(如地月系),要麼直接撕碎(如小行星帶),要麼甩到外圍(如冥王星)。如此折騰了四十億年,到如今,所有行星的執行軌道基本都在黃道面上了,軌道傾角最大的水星,其傾角也才7度而已。
不過也有特例。因為新生的太陽只是一顆黃矮星,質量遠小於上一代恆星,所以她的引力場伸展到奧爾特雲後,影響力就變得微乎其微了。這片冰冷的空間是許多古老慧星的地盤,這些慧星好比原子核周圍的電子機率雲,以各種軌道傾角執行,包裹著太陽系形成了一個球狀的“外殼”。沒辦法,初始軌道就亂,離太陽和大行星又太遠,引力奈何不了它們。
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9 # 吃螃蟹的嘴兒
謝謝邀請!根據太陽系起源學說!太陽系起源於一團星雲!我們都知道宇宙中所有大質量的天體都在自轉!自轉都是發生在一個平面!所以形成太陽時候!星雲收縮時候大部分質量形成太陽!在其自轉平面剩餘部分形成太陽系其他天體!所以太陽系其他行星都是在同一平面圍繞太陽轉動
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10 # 千辰八霸天文宇客
我們賴以生存的太陽系大部分星系都在同一平面上,而且這個平面赤道附近的引力最強。就像其它星系一樣,從側面看就像一張大餅,中間是一個恆星或一個大黑洞。
在宇宙原始的時候,星系就像塵埃一樣沒有形狀,在自引力作用下,才形成一個類球體。塵埃具備力量,稱為角動量,無外界干擾的情況下,這個力量是守恆的,可以形成一個最基本的公轉現象。
在自引力作用下,星雲緻密物會逐漸增大,到一定程度後,大團粒子在角動量作用下,會圍繞質心運動。因此出現了一個整團氣雲旋轉的平面。
我們可以想象這樣的場景是十分混亂的,經過漫長時間的非彈性碰撞後,就會逐漸削弱垂直的力量。所以形成一個扁扁的平面。由於整團氣雲物質不斷自轉,使平行結構形成。大多數星系就在同一平面上運動。
這也是宇宙演化的平衡狀態,假如星系不在一個平面上公轉,彼此間的引力會促使星體逐漸平衡在同一平面上。因此整個宇宙也是趨向圓盤的。
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或許這個可以用太陽系的誕生學說來解釋。
宇宙大爆炸理論,奇點爆炸之後丟擲的一系列團狀物或塵埃或星體狀物質,一個高速旋轉的蝶狀團體物分解開來,逐漸分離出七八個星體,地球就是其中之一,最中間的一部分分離形成太陽。
各星體間受到最初高速旋轉速度的慣性繼續自轉(角動量守恆)和運動,並且方向一致。而由於萬有引力作用,再加上各自繼續高速執行,就形成了各種圍繞中心做公轉運作。
這些星體都是由最初蝶狀分離出來的,速度運動方向基本保持在同一個平面上,所以造成如今太陽系各大行星基本維持在一個平面上繞日公轉。