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1 # 付禮成
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2 # 詩人的眼睛看世界
這個問題提的好,這可能是很多人感到百思不得其解的天文問題。
首先要說的是行星系的軌道共面,眾所周知:行星系的中心的恆星也在運動,所以恆星運動的前方受到恆星系的阻力特別大,而恆星運動的後方沒有阻力,這樣行星如果是按恆星運動方向環繞恆星運動,那麼到達恆星前方時距離中心恆星就很近,也可以說近到能與中心恆星合併的危險距離,而運動到中心恆星的後方,由於阻力為零,而且和中心恆星背道而馳,就會脫離中心恆星的束縛,成為流浪行星,所以在行星系裡,那樣運動的行星根本不會存在,經過大浪淘沙,行星系裡行星運動軌道幾乎都在中心恆星運動方向的橫截面上。
比如太陽系,就是如此,所以在太陽系裡,找不到與地球軌道垂直軌道的行星。
現在天文學界普遍的認知是行星軌道共面,其實這也是錯誤的,準確的說,行星軌道是在中心恆星運動方向的橫截曲面上。
中心恆星運動前方阻力,那麼就勢必造成行星系整個前方都面臨阻力,由於行星系質量絕大多數集中在中心恆星身上那麼,整個行星系形狀也就成了卵形,既外形為曲面,也就造成了行星軌道面成了曲面。
就拿太陽系來說,地球處於近日點,軌道就在軌道曲面的凹處,所以太陽直射在南迴歸線,當地球處於遠日點,軌道就在軌道曲面的凸處,所以太陽直射在北迴歸線。
還有一個證據,那就是冥王星軌道雖然和海王星軌道相交,但是由於海王星的軌道在內,冥王星軌道在外,曲率不同,所以根據軌道共面應該相交,而實際上它們的軌道高度差很大的。
今天對於冥王星外天體很難發現,原因就是沒有掌握太陽黃道是個曲面,而不是傳統認識的平面。因為離太陽越遠,曲率越大,偏離傳統認知的黃道面越遠。
好了,詩人簡單說到這裡,歸納一句:行星系裡,沒有互相垂直的行星軌道,當然也不存在同一平面的行星軌道,有且只有中心恆星運動方向橫截曲面的行星軌道。
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3 # 力學Nerd王小胖
星系軌道幾乎都在同一平面,正是引力作用的結果。我是力學專業出身,我就從經典力學的角度,詳細跟大家分享一下具體的原因。
1、萬有引力經典力學中,其實並不關心引力的本質是什麼。自從牛頓發現萬有引力之後,我們都是直接用這個結果。歷史也告訴我們,這個結果並沒有太大的誤差。
萬有引力說的是,任何物體之間,都存在著互相吸引的力。牛頓當然沒有解釋原因,只是描述了這樣的一個現象。後來,愛因斯坦的相對論認為,引力是由於時空扭曲造成的。大質量的物體,會引起時空的扭曲,從而產生引力。不過量子力學並不這樣認為,然而量子力學也無法找到“引力子”這樣的基本粒子。所以,我覺得愛因斯坦的引力本質解釋是比較合理的。
2、引力的性質實際上,題主所說的引力是均勻的並不十分準確,但是引力是各向同性的。從整體上來講,宇宙中的物質幾乎平均的分散在各處,如下圖。但是,如果放大了看,在區域性部位,物質的分佈是不均勻的,其實下圖也能看出來。
在三維空間內,存在某物體,由於質量的存在,引起了時空的扭曲。這個扭曲是三維空間的扭曲,所以是四面八方的,即各向同性的:任何一個方向,相同距離的引力大小一樣。
3、平面狀星系的形成星系之所以形成平面狀,正是由於星系物體之間引力作用的結果,只有平面星系才是穩定的星系。
我們可以想象一下太陽系的形成過程。太陽這個大質量天體,某天突然捕獲到了一個行星,這個行星就開始圍繞太陽旋轉。由此,只有兩個天體的星系首先初步形成,它倆之間組成了一個平面。過了一段時間後,太陽又捕獲了一個行星,此時就會有兩個平面。但是由於這兩個行星之間也存在著引力,這個引力就會把這兩個平面拉近,最終形成同一個平面。後來,更多的行星被太陽捕獲了,行星之間的相互引力作用,將各自的軌道平面拉到了一起,變成同一個軌道平面。
4、總結整體上宇宙是均勻的,但是區域性看來是不均勻的,但是引力是各向同性的,即各個方向的引力都一樣。星系平面狀態的形成,正是天體在引力作用下的演變結果,只有平面狀的星系,才是穩定的星系,是天體軌道演化的必然結果。
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不同行星軌道共面的原因,是由引力的大小決定的。以地球為例,地球有二極,在極點半徑很小,我們一步就可以從東跨到西。這是大家都知道的事,另外大家也知道,在不同緯度和高度的物體,重量也不相等,這在物理學中都學過的,為什麼會這樣呢?因為物體的重量除了和氣壓有關外,還和星球的半徑有關。處在半徑大的位置的物體,所受引力即向心力越大,斥力也越大。太陽也是球形,也有二極,以軸心旋轉的球的半徑就不一樣了。太陽比地球大百多倍,二極半徑和中心緯度的半徑比就越大,引力比也就越大,這就是不同行星共面,圍著太陽形成碟狀的原因。