Почему все планеты вращаются
Почему орбиты планет лежат в одной плоскости?
По модели Солнечной системы можно понять, что орбиты всех ее планет находятся как будто в одной плоскости. Если космическое пространство настолько необъятное, то возникает вопрос: почему планеты двигаются именно по таким траекториям, а не вращаются вокруг Солнца хаотично?
Формирование Солнечной системы
Собранные за много лет знания дают возможность ученым лишь строить предположения о том, как сформировалась Солнечная система. Существует общепризнанная небулярная теория, согласно которой Солнце и планеты возникли из молекулярного облака. Плотное облако при этом подверглось резкому сжатию под действием гравитации.
Предполагаемый возраст Солнечной системы – 4,6 миллиардов лет. В первую очередь, в центральной части газопылевого облака образовалось Солнце. Вокруг него, из вещества, оказавшегося за пределами центра, сформировался протопланетный диск. Позже из него возникли планеты, спутники и прочие космические тела.
Само же облако, по предположению ученых, могло образоваться после взрыва сверхновой звезды. Ее масса, должно быть, соответствовала массе 30 Солнц. Сверхновая звезда заполучила название Коатликуэ. Впоследствии Солнечная система эволюционировала.
Этапы формирования Солнечной системы
Небулярная гипотеза появилась в 18 веке. Ее выдвинули ученые Сведенборг и Лаплас вместе с философом Кантом. По сегодняшний день данная теория проверяется и улучшается на основании новых данных.
В начале 21 века ученые резко изменили мнение о том, как выглядела Солнечная система в начале своего существования. Прежде считалось, что за миллиарды лет ничего не изменилось. Однако, согласно новым представлениям, сейчас она стала более громоздкой.
Из чего состоит Солнечная система?
В современном представлении Солнечная система включает центральную звезду, а также естественные космические тела, которые вращаются вокруг нее. Масса системы – 1,0014 M☉(специальная единица измерения, использующаяся в астрономии).
Большую часть данной массы составляет Солнце, все остальное – планеты системы. В нее входит восемь планет. При этом Солнечная система состоит из внутренней и внешней области. Внутренняя область представлена близлежащими планетами: Меркурием, Венерой, Землей и Марсом. Внешнюю область образуют Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун.
Как движутся планеты и Солнце?
Планеты Солнечной системы отдалены друг от друга. Движутся они по специальным траекториям – орбитам. Планетные орбиты имеют форму вытянутого круга. При этом орбиты располагаются почти в одной плоскости, которая называется плоскостью эклиптики.
Именно по эклиптике, большому кругу небесной сферы, движется Солнце. Это движение можно наблюдать с Земли в течение года. Полный оборот Солнце совершает за сидерический год, который равен 365,2564 дням.
Проблема расположения планет напрямую связана с теорией формирования Солнечной системы. Это достаточно сложный вопрос, тем более что ученым остается лишь моделировать и устраивать симуляции данного процесса. Стоит отметить, что фактически орбиты лежат почти в одной плоскости, поскольку им свойственно небольшое отклонение.
Почему вращается Земля?
Миллиарды лет, изо дня в день, Земля вращается вокруг своей оси. Это делает восходы и закаты обыденностью для жизни на нашей планете. Земля делает это с тех пор, как сформировалась 4,6 миллиарда лет назад. И будет продолжать делать это до тех пор, пока не прекратит свое существование. Вероятно это произойдет тогда, когда Солнце превратится в красный гигант и проглотит нашу планету. Но почему Земля вообще вращается?
Почему вращается Земля?
Земля образовалась из газопылевого диска, который вращался вокруг новорожденного Солнца. Благодаря этому пространственному диску частицы пыли и горной породы сложились вместе, образуя Землю. По мере того, как Земля росла, космические камни продолжали сталкиваться с планетой. И оказывали на нее воздействие, которое заставило нашу планету вращаться. И поскольку все обломки в ранней Солнечной системе вращались вокруг Солнца примерно в одном и том же направлении, столкновения, которые заставили вращаться Землю (и большинство остальных тел Солнечной системы) — раскрутили ее в этом же самом направлении.
Газопылевой диск
Возникает резонный вопрос — а почему вращался сам газопылевой диск? Солнце и Солнечная система образовались в тот момент, когда облако пыли и газа стало уплотняться под действием собственного веса. Большая часть газа собралась вместе, чтобы стать Солнцем, а оставшийся материал создал окружающий его планетарный диск. Прежде чем он обрел форму, молекулы газа и частицы пыли перемещались в его границах равномерно во всех направлениях. Но в какой-то момент, случайным образом, некоторые молекулы газа и пыли сложили свою энергию в одном направлении. Это установило направление вращения диска. Когда газовое облако стало сжиматься, его вращение ускорилось. Тот же процесс происходит когда фигуристы начинают вращаться быстрее, если прижмут к телу руки.
В космосе не так много факторов, способных замедлить вращение планет. Поэтому как только они начинают вращаться, этот процесс уже не прекращается. Вращающаяся молодая Солнечная система большой угловой момент. Эта характеристика описывает тенденцию объекта к продолжению вращения. Можно предположить, что все экзопланеты, вероятно, тоже начинают вращаться в одинаковом направлении вокруг своих звезд, когда формируется их планетарная система.
А мы вращаемся наоборот!
Интересно, что в Солнечной системе некоторые планеты имеют направление вращения, обратное движению вокруг Солнца. Венера вращается в противоположном направлении относительно Земли. А ось вращения Урана наклонена на 90 градусов. Ученые не до конца понимают процессы, заставившие эти планеты получить такие направления вращения. Но у них есть некоторые предположения. Венера, возможно, получила такое вращение в результате столкновения с другим космическим телом на ранней стадии своего формирования. Или, возможно, Венера начала вращаться так же, как и другие планеты. Но со временем гравитация Солнца стала тормозить ее вращение из-за ее плотных облаков. Что в сочетании с трением между ядром планеты и ее мантией заставило планету вращаться в другую сторону.
В случае с Ураном ученые предположили, что произошло столкновение планеты с огромным каменистым обломком. Или, возможно, с несколькими разными объектами, которые изменили ось его вращения.
Несмотря на такие аномалии, очевидно, что все объекты в космосе вращаются в том или ином направлении.
Все вращается
Астероиды вращаются. Звезды вращаются. Согласно данным NASA, галактики тоже вращаются. Солнечной системе требуется 230 миллионов лет, чтобы совершить один оборот вокруг центра Млечного Пути. Одни из самых быстро вращающихся объектов во Вселенной — это плотные, круглые объекты, называемые пульсарами. Они являются остатками массивных звезд. Некоторые пульсары, имеющие размеры города, могут совершить оборот вокруг своей оси сотни раз за секунду. Самый быстрый и известный из них, обнаруженный в 2006 году и получивший название Terzan 5ad, вращается 716 раз в секунду.
Черные дыры могут делать это еще быстрее. Предполагается, что одна из них, названная GRS 1915 + 105, может вращаться со скоростью от 920 до 1150 раз в секунду.
Однако законы физики неумолимы. Все вращения в итоге замедляются. Когда Солнце сформировалось, оно вращалось вокруг своей оси со скоростью один оборот за каждые четыре дня. Сегодня нашей звезде требуется около 25 дней, чтобы совершить один оборот. Ученые считают, что причиной этого является то, что магнитное поле Солнца взаимодействует с солнечным ветром. Именно это замедляет его вращение.
Вращение Земли тоже замедляется. Гравитация Луны воздействует на Землю таким образом, что она медленно замедляет свое вращение. Ученые рассчитали, что вращение Земли замедлилось в сумме примерно на 6 часов за последние 2740 лет. Это составляет всего 1,78 миллисекунды в течение столетия.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Почему все планеты вращаются вокруг Солнца в одном направлении и что может заставить их «передумать»?
Это очень интересный вопрос, но чтобы ответить на него нам придется вернуться на 4,6 миллиардов лет назад – к тому времени, когда только начала формироваться Солнечная система.
Звезды образуются из плотных облаков газа и пыли, которые плавают в пространстве Вселенной. Когда более плотные области этих облаков начинают разрушаться под действием собственной силы тяжести, их скорость вращения увеличивается за счет сохранения момента импульса. Поскольку газ сжимается для образования звезды, он сохраняет направление вращениявращениявращения
Во время этого процесса материал, который не поглотила звезда, в конечном итоге, образует вокруг нее протопланетный диск . Как следует из названия, в этих газопылевых дисках образуются планеты, вращающиеся вокруг своих звезд. Естественно, что этот протопланетный диск также будет вращаться в том же направлении, в котором вращается звезда, которая в свою очередь, вращается в направлении вращения исходной туманности.
Дело в том, что частицы пыли, содержащиеся в этом диске, начинают сталкиваться друг с другом, образуя все бОльшие и бОльшие тела по размеру тела, обладающие все бОльшим гравитационным полем. Так будет происходить до тех пор, пока эти маленькие комочки вещества не станут объектами планетарного размера.
Вот симуляция, которая иллюстрирует этот процесс:
Как вы можете видеть, все планеты нашей солнечной системы вращаются вокруг Солнца в одном и том же направлении в результате процесса их формирования: они образовались в результате столкновения миллионов кусочков вещества из протопланетного диска, которые двигались в одном направлении. Они кружили вокруг Солнца, а планеты,образовавшиеся после притяжения этих кусочков, сохранили свое направление орбиты.
Давайте проведем аналогию: представим ванну, наполненную водой и пеной. Если вы уберете пробку из ванны, то вода начнет стекать в слив, образуя водоворот. Когда водоворот закручивает воду, то некоторые пузырьки на ее поверхности соединяются вместе и образуют еще большие пузырьки, когда они «вращаются» вокруг стока. Но когда они собираются вместе, они все равно будут продолжать двигаться в том же направлении, что и водоворот, который их затягивает.
В нашем примере примере пузырьки – это кусочки материи из протопланетного диска, которые собираются вместе, когда сталкиваются, между собой и образуют планеты.
Ага, но все это произошло давным-давно, откуда астрономы знают, что наша солнечная система действительно сформировалась таким образом?
Для этой гипотезы механизм формирования Солнечной системы восходит к середине восемнадцатого века. Долгие годы спустя благодаря усовершенствованиям телескопов астрономы смогли непосредственно наблюдать звезды, окруженные протопланетными дисками, тем самым подтвердив, что эта идея в действительности верна.
Теперь мы увидели, что все планеты одной и той же звездной системы должны вращаться в одном и том же направлении (по направлению вращения их звезды), поскольку они сохраняют направление вращения протопланетного диска, в котором они формируются. Но даже в этом случае были обнаружены планеты, которые вращаются вокруг своих звезд в направлении, противоположном тому, что мы ожидаем, явление, называемое ретроградной орбитой . Хотя такие планеты, конечно, находятся не в нашей солнечной системе.
Например, WASP-17b и HAT-P-7b – это две экзопланеты с массой, приблизительно равной массе Юпитера, которые вращаются вокруг своих звезд в направлении, противоположном направлению вращения их звезды, что не соответствует модели планетарного образования, которое мы только что видели.
И какая сила может заставить планету двигаться по ретроградной орбите? Инопланетяне?
Нет, к сожалению, инопланетяне тут не причем. Есть несколько механизмов, которые могут заставить планету принять ретроградную орбиту совершенно естественным образом.
Например, если планета вращается в направлении, противоположном ее звезде, то может случиться так, что вместо того, чтобы формироваться в том же протопланетном диске, что и другие, она не будет захвачена гравитацией звезды, и будет свободно перемещается в космосе. Такие межзвездные планеты уже были обнаружены, (например, PSO J318.5-22 ).
На самом деле, даже в нашей собственной солнечной системе есть подобный случай, но в маленьком масштабе: одна из лун Нептуна, Тритон, кружит вокруг своей планеты в направлении, противоположном остальным ее спутникам, поэтому предполагается, что это может быть объект из пояса Койпера, который был захвачен гравитацией Нептуна.
Что интересно, планеты с ретроградной орбитой не нужно захватывать отдельно, существуют также механизмы, которые позволяют этим типам орбит появляться и во время фазы формирования планет .
Например, была обнаружена звезда, окруженная протопланетным диском, чья внутренняя область вращается в направлении, противоположном внешнему , что может привести к созданию системы, в которой внутренняя и внешняя планеты вращаются вокруг звезды в противоположных направлениях. В этом случае это явление могло быть вызвано обменом материала между двумя планетарными туманностями, которые вращались в противоположных направлениях, создавая два диска вещества, которые вращаются вокруг звезды в разных направлениях, как показано на следующем изображении:
Наконец, планета, вращающаяся вокруг своей звезды в «нормальном» направлении, может выйти на ретроградную орбиту благодаря эффекту Лидова-Козаи. Это явление происходит, когда гравитационные возмущения второй планеты постепенно увеличивают наклон орбиты другой, пока она полностью не развернется, в результате чего в конечном итоге будет вращаться вокруг своей звезды в направлении, противоположном первоначальному.
Источники:
http://alivespace.ru/pochemu-vrashhaetsya-zemlya/
http://zen.yandex.ru/media/id/5af18cff8c8be36795a8504e/5d348dca5ba2b500afcfc1eb
Загрузка...
