19 април 2019
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Говорят медиците
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Защо всички планети се въртят в една и съща равнина (видео)

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 10 февруари 2019 в 00:04149630
Кредит: Outer Places

Учените често казват, че всичко може да се случи в безкрайно голямата Вселена. Въпреки това наблюденията, изчисленията и симулациите показват, че в звездните системи планетите винаги се въртят около една звезда винаги в една и съща равнина и в една посока.

Астрофизикът Итън Сийгъл обяснява в изданието Мedium защо това се случва.

Днес познаваме с невероятна прецизност орбитите на планетите и сме наясно, че в Слънчевата система царува ред - - четирите вътрешни планети, астероидният пояс и четирите газови гиганта - всички че те обикалят около Слънцето в една и съща двуизмерна равнина, с точност до най-много 7° разлика.

Осемте планети на Слънчевата система се въртят около Слънцето в почти еднакви, непроменени равнини. Това е типично за известните звездни системи. Image credit: Joseph Boyle , quora

Всъщност, ако не вземаме предвид Меркурий, най-вътрешната и най-наклонената планета, ще открием, че всичко друго е наистина добре подравнено - отклонението от неизменната равнина на Слънчевата система или средната равнина на орбитите на планетите, е само около два градуса.

И дори ако отидем отвъд тези граници, се оказва, че Поясът на Кайпер също е в тази равнина.

Images credit: Wikimedia commons author Lookang, based on the work of Todd K. Timberlake and Francisco Esquembre (горе); screenshot from Wikipedia (долу).

Всичко това много близо се съгласува с ориентацията на въртене на Слънцето - точно както всички планети се въртят, докато обикалят около Слънцето, самото Слънце също се върти. И както може да се очаква, оста, около която се върти Слънцето, е отново в рамките на приблизително 7 ° отклонение от осите на всички орбити на планетите.

Нещо повече, наблюденията показват, че в почти всяка звездна система планетите са подравнени в една равнина. 

Все пак това състояние на нещата изглежда малко вероятно, освен ако някаква сила не пристиска орбитите на планетите в една равнина.

Би могло да се очаква, че орбитите на планетите ще се ориентират случайно, тъй като Слънцето има сферична форма и гравитацията, силата, която държи планетите в постоянни орбити, работи еднакво във всичките три измерения. Фактът, че всичко е подредено по такъв начин в нашата система, изглежда твърде голямо съвпадение.

Много по-вероятно е да се предположи образуването на рой от множество парчета материя, отколкото подреден набор от почти съвършени кръгове. Интересно е, че ако отидем много далеч от Слънцето - отвъд планетите и астероидите, отвъд пояса на Кайпер, ще намерите точно такава картина.

Image credit: Pearson Education.

И така, какво принуди нашите планети да се вместят на един диск? В една равнина на орбити около Слънцето, вместо да се пръснат около него?

За да разберем това, нека да се пренесем във времето на образуването на Слънцето от молекулярен облак газ, от материята, от която се раждат нови звезди във Вселената.

Голям молекулярен облак, каквито има много в Млечния път и в други галактики от местните групи, често се разпръсва, свива и генерира нови, масивни звезди. Images credit: Yuri Beletsky (Las Campanas Observatory, Carnegie Institution for Science).

Images credit: J. Alves, M. Lombardi and C. J. Lada, A&A, 462 1 (2007) L17-L21.

Когато молекулярният облак стане достатъчно масивен, гравитационно свързан и достатъчно студен, за да се свие и сгъсти под собствената си гравитация, като мъглявината Тръба (the Pipe Nebula - горе вляво), той образува доста плътни области, в които се появяват нови звездни купове (обозначени с кръгове на изображението, в горния десен ъгъл).

Веднага ще забележите, че тази мъглявина, подобно на всяка друга, няма идеална сферична форма, тя е доста необичайно продълговата. Гравитацията не толерира несъвършенства и поради факта, че е инерционна сила, увеличаваща се четири пъти с всяко двойно намаляване на разстоянието до масивен обект и увеличава значително дори малки разлики в първоначалната форма.

Image credit: © 2006–2012 by Siegfried Kohlert, via http://astroimages.de/en/gallery/Orion-Mosaik.html.

В резултат се формира звездообразуваща мъглявина със силно асиметрична форма - звездите в нея се образуват в районите с най-висока плътност на газа. Но ако погледнем вътре и разгледаме отделните звезди, ще видим, че са почти съвършени сфери - като Слънцето.

Image credit: NASA; K.L. Luhman (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Mass.); and G. Schneider, E. Young, G. Rieke, A. Cotera, H. Chen, M. Rieke, R. Thompson (Steward Observatory, University of Arizona, Tucson, Ariz.); NASA, C.R. O’Dell and S.K. Wong (Rice University).

Но както самата мъглявина става асиметрична, така в нея се образуват отделни звезди от свръхплътни асиметрични сгъстявания. Тези сгъстявания колапсират първо в едно от трите измерения, а веществото, от което сме направени ние, атомите, атомните ядра и електроните, се привлича само към себе си, свива се и взаимодейства, когато се сблъска с друго вещество, а резултатът е продълговат диск материя. 

Да, гравитацията ще привлече по-голямата част от материята в центъра на диска, в който се образува звезда, но около нея се формира нещо, което учените наричат ​​протопланетен диск. И благодарение на космическия телескоп Хъбъл, успяхме да видим такива дискове директно.

Image credit: C.R. O’Dell/Rice University; NASA.

Това е първият намек, който показва, че в крайна сметка ще се получи нещо подредено в една равнина. За да преминем към следващата стъпка, ще трябва да се обърнем към симулации, тъй като не можем да наблюдаваме това явление на живо - формирането на младата слънчева система-  защто продължава около милион години.

Но ето я и историята, която разказват симулациите.

Според симулациите асиметричните сгъстявания на материята първо се компресират в едно измерение и след това започват да се въртят именно в тази равнина, в която формират планетите. Image credit: STScl OPO — C Burrows and J. Krist (STScl), K. Stabelfeldt (JPL) and NASA.

След като протопланетният диск „се изравни “ в едно измерение, той ще продължи да се свива с навлизането на все повече материя в центъра си. Но докато по-голямата част от материала ще се концентрира в центъра, немалка част от това количество газ и прах ще останат на стабилна  орбита някъде на същия този диск.

Защо?

Има една физическа величина, която трябва да бъде запазена: ъгловият момент, който ни показва колко се върти цялата система - газ, прах, звезда и всичко останало.

Начинът, по който работи ъгловият момент и как той се разпределя между всички частици на системата, всъщност показва, че всичко в диска трябва да се движи, грубо казано, в една посока - по посока на часовниковата стрелка или срещу нея. С течение на времето този диск ще достигне стабилни размери и плътност, а след това малките гравитационни нестабилности ще започнат да трансформират тези нестабилности в планети.

Разбира се, съществуват малки разлики между частите на диска, както и малки разлики в началните условия. Образуващата се в центъра звезда не е математическа точка, а по-скоро голям обект с диаметър около един милион километра. Когато всички тези части се комбинират заедно, няма да се получи идеална равнина, а нещо приблизително.

Image credit: ESA / NASA.

Всъщност съвсем скоро намерихме първата планетарна система извън Слънчевата система, в която успяхме да наблюдаваме процеса на образуване на млади планети в една равнина.

Младата звезда HL Taurus, разположена на около 450 светлинни години от Земята, е заобиколена от протопланетен диск. Възрастта на самата звезда се оценява на около един милион години. Благодарение на ALMA, масив с дълга база, който улавя светлина с доста дълги (милиметрови) дължини на вълните, или повече от хиляда пъти по-дълги от това, което виждат очите ни, получихме следното изображение.

Протопланетният диск около младата звезда HL Taurus. Пролуките в диска показват местата на нови планети. Image credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), NSF.

Очевидно е, че това е диск, в който всичко е в една и съща равнина, но съдържа тъмни "бразди". Всяка от тези пролуки съответства на млада планета, която е привлякла цялата материя в околността си. Все още не е известно кои от тях ще се слеят, кои ще бъдат изхвърлени от диска и кои ще се придвижват навътре в него и ще бъдат погълнати от звездата-майка, но така или иначе имахме възможност да наблюдаваме важен момент в развитието на млада звездна система.

Но защо планетите са в една и съща равнина?

Защото се образуват от асиметричен газов облак, който първо колапсира по най-късото си направление, веществото „изравнява“ и „се слепва“ със себе си, след което се свива към центъра. Но вместо да се концентрира в него, то започва да се върти около него. В резултат на това планетите се образуват от неравностите в този млад диск , които продължават да се въртят в една и съща равнина с разлика от няколко градуса.

Това е един от случаите, когато наблюденията и симулациите, основани на теоретични изчисления, са изненадващо съвместими. Така че, без значение къде се намирате във Вселената, всички планети около звездите винаги ще се въртят в една и съща равнина.


Препоръчани материали

Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Космология
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.