为什么太阳系所有的行星都在统一平面呢?

野史和安安的老爸


这个问题很简单,我也不打算用高深的物理名词解释。

我们先假设这样一件事。如果太阳系诞生之初,行星们绕太阳运作是乱七八糟的方向。它们的公转轨道可能平行,也可能垂直,也可能存在较大的角度差。


于此同时行星不仅受到太阳的引力,还受到其他行星的引力。当然太阳的引力作用比其他行星的作用大得多。

该行星和其他行星直接的相互作用方向在它们之间的连线上。彼此之间就有一个相互牵制的力。现在小行星A受到太阳的引力,还受到行星B的微弱引力。时间久了,这三个天体就基本保持在同一水平面上了。


太阳系中其他行星也包含着同样的道理,时间久了,大行星们就会保持在同一水平面上。

但是严格来说,并不是八大行星都在同一水平面上,比如水星和天王星公转轨道与太阳还有一定角度差。不过这些角度差并不大,大体可以认为是同一水平面。

要知道,整个太阳系的行星都围绕太阳旋转。并且受到其他行星的作用。每个行星都有指向太阳的向心力,于此同时还受到其他行星的引力。所以行星的合力必然会处于大致同一平面上。

这也是所有星系都是圆盘形的原因了。


科学认识论


太阳系中的已知八大行星并非在完全相同的一个平面上绕着太阳旋转,例如,水星的公转轨道与太阳赤道的夹角约为3.4度,而天王星的约为6.5度。但行星的公转轨道之间的夹角很小,可以认为它们大致运行在相同的平面上。至于原因,这与太阳系的形成方式有关。

太阳系的前身是弥漫在太空中的一团无规则星云,其中的绝大部分物质都是来自于早期宇宙。在太阳星云中,粒子在做无规则的热运动,它们会互相碰撞。于是,整个星云将会在一个方向上多出一些角动量,这个方向就成了星云整体自转的方向。

随着引力坍缩,星云中的物质逐渐掉落到中心。由于角动量守恒,星云的自转速度会越来越快。这就如同花样滑冰运动员在原地旋转时,把手臂收进来,旋转速度就会加快。

在远离星云赤道面的地方,物质没有足够的速度来摆脱引力作用,所以它们会逐渐被引力中心吸引过去。而在星云的赤道面附近,那里的自转速度比较快,所以物质可以抵抗引力作用,从而绕着引力中心旋转。

最终,星云中心形成了太阳,而绕着太阳旋转的物质会在引力作用下结合成各大行星及其各种小天体。因此,从相同的原行星盘中形成的行星,它们的公转轨道几乎是共面的。

此外,由于角动量守恒,行星的自转和公转方向也应该是相同的。但由于早期太阳系中普遍存在的天体撞击事件,使得金星和天王星的自转方向被撞反。不过,这种撞击不足以彻底扭转行星的巨大公转角动量,所以行星的公转方向都是相同的,并且与太阳的自转方向相一致。


火星一号


答:这是太阳系角动量守恒下,能量最低原理导致的结果。


能量守恒(或者质能守恒)和角动量守恒,是宇宙中最基本的两个守恒定律,在一个系统中,能量可以从一种状态转化为另外一种状态,其中机械能和角动量,在动力学上有着密切关系;但无论机械能如何变化,一个系统的角动量肯定是守恒的。

在自然界中,还存在另外一条普遍定律——能量最低原理:指能量是守恒的,但是系统总是趋向于使自身能量降低,因为能量最低的状态比较稳定,这就叫做能量最低原理。


也就是说一个系统的能量越低越稳定,比如:

(1)一个高能量的热力学系统,总是趋向于向外辐射热量,来降低自身能量;

(2)一个原子中的电子,总是趋向于释放能量后回到基态,因为基态是最稳定的。

(3)一块山上的石头,总是趋向于落回山谷,因为山谷处势能是最低的;

(4)甚至你从A地到B地时,总是趋向于选择走最短的一条路径,因为这样是最节省体力的;


能量最低原理作用于太阳系也是一样的,在太阳系形成之初,原始星云的运动会保留一个角动量,对太阳系整体而言,忽略外来物质和逃逸物质,太阳系整体角动量是守恒的,角动量方向和目前太阳系各大行星公转角动量方向一致。

后来原始星云坍缩成太阳和各大行星,恒星和行星继承了星云的角动量,可能当初各大行星会处于不同的平面内。

但是根据能量最低原理,只要经过足够长的时间,这些行星都会趋向于处于同一个平面内,而且公转方向都相同;因为太阳系平面就是“谷底”。


试想:同样一颗行星围绕太阳旋转的角动量,只有和其他行星在同一个平面内时,才会使自身以最小的动能,达到同样的角动量;如果不在太阳系平面内公转,那么就需要达到更高的公转速度,才能保持同样的角动量。

太阳系整体角动量是守恒的,所以天体间的引力作用,最终会使各行星在太阳系平面内公转,此时各行星以最小的动能,来满足太阳系角动量守恒,这就是能量最低原理。


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艾伯史密斯



太阳系所有行星基本都和太阳处于同一平面内,行星轨道和太阳赤道的夹角基本可以忽略不计,我们在平常看到的太阳系科普图里会发现八大行星和呈现一个扁平状,这种看起来巧合的现象其实是角动量守恒在背后“捣鬼”

宇宙中的恒星都起源于星云之中,我们的太阳起源于49亿年前的一片分子云中,原本稳定的分子云受到不明原因的外界扰动(有可能是超新星爆发)而产生变化,某一部分发生了坍塌,巨量的氢和氦慢慢聚拢并且旋转,高温和高压让内部的氢元素发生了核聚变反应,我们的太阳由此诞生。


而构成太阳系所有行星的物质一开始就存在于太阳形成时期的恒星盘上,恒星盘中心的太阳诞生之后残余物质仍然继续旋转,并且在旋转的过程中形成了行星和其他天体。

虽然太阳系的行星基本都在黄道面上运行,但位于太阳系边缘的冥王星轨道就比较特立独行,它和太阳赤道之间的夹角达到了17度,这也是它被开除行星籍的原因之一。


宇宙探索未解之迷


为什么太阳系所有的行星都在同一平面运行?

其实太阳系的所有行星只能说大致在同一平面运行,而这个平面则以地球公转轨道平面为基准,我们称这个为黄道面!而且我们在地球上能看到这个平面哦.....

左侧是黄道光,右侧是银河,黄道光是在黄道面上环绕太阳公转的尘埃带反射太阳光所致!从两者的角度也可以看出太阳系公转平面与银河系的银道面有比较大的夹角,大约62度左右!

太阳系的黄道面成因与太阳系的成因是有关系的,原生星系大都如此!上图是太阳系从早期的星云坍缩过程,在中心质心形成之后,在更大规模的上的表现就是会围绕这个质心公转,会逐渐扁平化!

这是恒星系形成的必由之路,只有富集的尘埃云带才有形成行星的条件,而在这个厚厚的尘埃带形成的明显位置不太会超过这尘埃带的上下厚度!而无论尘埃带多大速度如何,从中形成的行星会自然继承它们的角动量,我们也可以将之称为角动量守恒,它不会无缘无故丢失,只会转移到另一个天体上!

但冥王星明显就是特立独行的,一个大椭圆轨道,并且近日点和远日点相差达到了20天文单位,它的运行方式更像一颗彗星而并非是行星,当然以冥王星的质量不可能成为一颗彗星,而且在其外侧还发现了阋神星,早先以为比它还要大,其实两者相差无几(略小)!因此才被2006年的IAU开除出九大行星行列!

对于这个黄道面离散型天体,天文学家实在也想不出什么好的解释方案,形成比较早?还是形成后被撞击?还是路过太阳系被捕获?都不足以全面说明冥王星的轨道!当然这并不影响其他八大行星的公转平面大致相同的描述!


星辰大海路上的种花家


虽然并没有天文知识,但一些自然现象还是了解的。比如马达的飞轮转起来之后,如果上面沾有水滴,水滴是向平面方向飞去。

同样的,太阳周围的行星也是在太阳的斥力作用下,向平面方面运动。所不同者,太阳还有引力,把行星相对固定在自己的四周。

这一切类似的现象可以从生活之也能发现,洗衣机脱水也是向平面方面甩去,离心机也是向平面方向甩去,车轮也是如此。


三农范


谢谢“地全知”好友的邀请!

我们赖以生存的太阳系大部分星系都在同一平面上,而且这个平面赤道附近的引力最强。就像其它星系一样,从侧面看就像一张大饼,中间是一个恒星或一个大黑洞。


在宇宙原始的时候,星系就像尘埃一样没有形状,在自引力作用下,才形成一个类球体。尘埃具备力量,称为角动量,无外界干扰的情况下,这个力量是守恒的,可以形成一个最基本的公转现象。

在自引力作用下,星云致密物会逐渐增大,到一定程度后,大团粒子在角动量作用下,会围绕质心运动。因此出现了一个整团气云旋转的平面。

我们可以想象这样的场景是十分混乱的,经过漫长时间的非弹性碰撞后,就会逐渐削弱垂直的力量。所以形成一个扁扁的平面。由于整团气云物质不断自转,使平行结构形成。大多数星系就在同一平面上运动。

这也是宇宙演化的平衡状态,假如星系不在一个平面上公转,彼此间的引力会促使星体逐渐平衡在同一平面上。因此整个宇宙也是趋向圆盘的。


弄潮科学


事实上是螺旋递进的,太阳自旋会让吸引力集中在太阳赤道附近,由于太阳各区域的转搜不同,会让太阳赤道近似一个加厚的面形状,其它太阳系行星在这个面内受吸引力做天体运动。




阿拉丁白猫


这个问题有意思,其实之前(很多年前,大概几十亿年前了吧)也是混乱旋转的,但是由于太阳赤道中心引力和两端引力的不同,导致了行星运行轨迹极其缓慢的在变化,到现在这个阶段基本处于一个水平,如果再过N十亿年,可能这个平面会更平,不过到那个时候,也基本上到了太阳系万物over的时候了!


夜来风雨


蟹妖!

高赞答案是对的!

简单说来,太阳主宰太阳系的运动。太阳的引力是随着距离太阳半径的增加而减小。也就是太阳的引力场, 距太阳越近,引力越强;距太阳越远,引力越弱,直至消失。其范围达到了1光年。同样,因太阳的旋转,其引力场在太阳的赤道面上最强,并随着其倾角的增大而逐渐减弱。

太阳的引力场,不仅随距离的增大而减小,而且,太阳旋转面的引力场,也随其倾角增大而逐渐减弱,就好像一条隐形的轨道,作用于行星的运动中!


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