宇宙是一个广阔而神秘的地方,天文学中最有趣的问题之一就是为什么行星的轨道是平的。我们知道行星围绕太阳运行的轨道是椭圆的,但为什么这些轨道几乎是圆形的,而且被限制在一个平面内呢?
要回答这个问题,我们需要回顾太阳系形成的时间。关于太阳系形成的主流理论是星云假说,该假说认为太阳系是在大约46亿年前由气体和尘埃组成的云团形成的。当云在自身引力作用下坍缩时,它开始越来越快地旋转,形成了一个扁平的旋转圆盘,被称为原行星盘。
在这个圆盘内,气体和尘埃开始聚集在一起,最终形成了我们今天所知道的行星。但为什么这些行星最终会在如此平坦的圆形轨道上运行?答案就在角动量的物理学中。
角动量是衡量一个物体有多少旋转运动的尺度,它在一个封闭系统中是守恒的。在太阳系的情况下,旋转的原行星盘是一个封闭的系统,所以系统的总角动量保持不变。随着气体云和尘埃的坍塌,它开始旋转得越来越快,这增加了它的总角动量。
随着原行星盘旋转得更快,它产生的离心力使气体和尘埃变平,变成薄煎饼状的结构。这个扁平的圆盘成为了行星的诞生地,当它们形成时,它们继承了圆盘的角动量。因为角动量是守恒的,所以行星必须在原行星盘的同一平面上围绕太阳运行。
但为什么轨道几乎是圆形的呢?这是由于重力的影响。当行星形成时,它们的引力开始牵引原行星盘中的气体和尘埃,使其在不同的区域聚集在一起。这些团块最终形成了行星,它们的引力继续塑造太阳系中其他物体的轨道。
随着时间的推移,行星的轨道变得更圆,因为圆轨道比椭圆轨道更稳定。椭圆轨道上的任何物体都在不断地被拉向质心,导致其路径随着时间而改变。相比之下,在圆形轨道上的物体受到恒定的引力,使其保持在稳定的轨道上。
总之,太阳系的平坦度是由于旋转的原行星盘中角动量守恒。行星接近圆形的轨道是行星自身引力影响的结果,这导致其他物体的轨道随着时间的推移变得更圆。通过研究太阳系中行星和其他物体的轨道,我们可以更好地了解宇宙是如何在数十亿年里形成和演化的。
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