Dlaczego planety obracają się w tym samym kierunku, chociaż uformowały się z wirujących planetoid?

9

Osiowe przechylenia planetoid wydają się zmieniać losowo (daj mi znać, jeśli to założenie jest błędne), podczas gdy planety mają silną tendencję do obracania się w ten sam sposób. Jeśli planety powstały w wyniku zderzenia asteroid, czy suma przypadkowych przechyleń nie powinna spowodować losowej rotacji planet? Oczywiście ważne są inne czynniki, takie jak kąt i prędkość uderzeń, efekt YORP, rozpad odśrodkowy i tak dalej, ale jak to razem wzięte mogą mieć jakikolwiek systematyczny wpływ na rotację?

Ceres zachowuje się z nachyleniem 4 °, ale druga z odkrytych asteroid ma pochylenia 84 °, 50 °, 42 °. Cząsteczki pyłu (i cząsteczki gazu, jeśli mają zastosowanie) z pewnością obracają się losowo. Mgławica Słoneczna miała spin netto, którego grawitacja i tarcie ujawniły się na orbitach planet. Ale czy siatka rotacji nie powinna być indywidualna dla każdej planety, z nieskorelowanymi nachyleniami, tak jak orientacja orbit dla każdej gwiazdy?

— LocalFluff
źródło

Przypuszczam, że nachylenie orbity powinno być brane pod uwagę oprócz pochylenia osiowego.

— LocalFluff,

Jeden z moich ulubionych filmów na ten temat: youtube.com/watch?v=tmNXKqeUtJM

— userLTK

Podobne: astronomy.stackexchange.com/questions/6183/…

— BowlOfRed

13

Masz rację, że pochylenie planetoid rozkłada się w bardzo losowy sposób i że obrót mgławicy słonecznej ma niewielki wpływ na to przechylenie i tylko trochę go przekrzywia.

Jednak nie masz racji, że losowość po prostu się sumuje. Losowość faktycznie eliminuje coraz więcej, gdy połączysz dużą liczbę asteroid, dopóki obrót mgławicy nie stanie się czynnikiem dominującym. Jest to związane z prawem dużych liczb .

Na przykład rzuć kostką. Wynik jest losowy. Rzuć 10 kostkami, obliczyć ich sumę i podzielić przez 10. Jeszcze nie tak daleko od średniej? Możesz zrobić to samo z tysiącami kości lub milionami asteroid. Kiedy liczba planetoid, które tworzą obiekt, jest naprawdę wysoka, nachylenie nie będzie dalekie od średniej wartości, określonej przez obrót mgławicy.

Ten sam argument przemawia za nachyleniem i faktem, że chociaż orbity planet są eliptyczne, nie są one tak odległe od koła, jak losowa orbita.

— SE - przestań strzelać do dobrych facetów
źródło

Ale prawo wielkich liczb sumuje się do średniej. Rzucanie planetami, takimi jak kości, w sumie nie powodowałoby rotacji planet. Czy to nie dziwne, że kostki prawie przez cały czas pokazują parzystą liczbę kropek? Jeśli obrót mgławicy wpływa na obrót każdej planety, ale nie na obrót planetoid, potrzebuję więcej wyjaśnień, aby zrozumieć, jak to jest. Czy istnieje związek między obrotem mgławicy Słonecznej a obrotem poszczególnych planet w niej utworzonych?

— LocalFluff,

3

@LocalFluff To, że średnia przypadkowego ruchu wyniesie zero, jest moim celem! Wynikowy obrót wynika z jedynego nieprzypadkowego składnika, obrotu mgławicy słonecznej.

— SE - przestań strzelać do dobrych facetów

To byłoby najbardziej rozsądne wytłumaczenie, ale wciąż dość krótkie. W jaki sposób obrót mgławicy słonecznej systematycznie wpływa na każdą planetę, która się w niej tworzy w ten sam sposób? Czy nie należy wpływać na połowę planet w sposób, który ich przewrócił?

— LocalFluff,

1

Nie lubię nitpick, ale twój trzeci akapit bardzo często miesza słowo kostki. „rzucać kostką” powinno być „rzucać kostką ”, a „kostka” nie jest słowem, właściwą liczbą mnogą jest „kostka”. Próbowałem zasugerować edycję, ale to nie wystarczyło znaków do policzenia.

— Cody,

2

Muszę się zgodzić z LocalFluff tutaj. Przestałeś właściwie odpowiadać na pytanie, opisując, w jaki sposób „nieprzypadkowy obrót mgławicy słonecznej” powoduje, że planety obracają się wraz z nimi. Jeśli twoim argumentem jest to, że losowo łączące się asteroidy łączą się ze średnią, wtedy średnio asteroidy obracają się z dyskiem, a pozostaje pytanie, jak to się stało (średnio). Właśnie przeniosłeś pytanie do innego królestwa, ale nie dostarczyłeś odpowiedzi.

— zephyr

3

Pamiętaj, że w dysku protoplanetarnym prędkość obrotu , która jest keplerowska, jako odległość gwiazdy r zmienia się jak Powinno to posłużyć do zilustrowania części tego punktu: na każdym mamy i na odwrót. Tak widziane z pozycji planety gaz i pył „na lewo” od niego systematycznie płynie szybciej, a „na prawo” od niego systematycznie płynie wolniej niż planeta. Tak więc, jeśli zaakceptujesz znaczną część całkowitej masy końcowej, a tym samym pędu kątowego z tego przepływu, automatycznie zainicjujesz systematyczny obrót. $v_r$

v_{r} (r) = \sqrt{\frac{G M}{r}} (1)

$v_r(r) = \sqrt{\frac{GM}{r}} ~ ~~~~~~~~~~~~ (1)$

r < r_{0}

$r<r_0$

v_{r} > v_{r} (r_{0})

$v_r>v_r(r_0)$

Ale kiedy to jest istotne?
Regionem, z którego może się gromadzić protoplaneta lub asteroida, jest maksymalnie grawitacyjna sfera wpływów, a także Kula Wzgórza o promieniu gdzie jak wyżej, jest odległością pół-dużej osi.

r_{H} = r_{0} \sqrt[3]{\frac{m_{p l a n e t}}{3 m_{s t a r}}} (2)

$r_H = r_0 \sqrt[3]{\frac{m_{planet}}{3 m_{star}}} ~~~~~~~~~(2)$

r_{0}

$r_0$

Teraz, jeśli jest zbyt mały, aby wyczuć gradienty prędkości w (1), lub inaczej mówiąc, jeśli obiekt akrecyjny nie jest wystarczająco masywny, aby mógł znacznie rozciągnąć się na dysk protostellarny, wówczas akrecja będzie kumulować losowe momenty. Jeśli protoplanetowi uda się urosnąć do znacznej kuli Hilla, zaczyna on akrecję gazu i ciał stałych z ogromną różnicą prędkości , która jest zawsze systematyczna, a nie losowa. $r_H$ $r_H$
$v_r(r)-v_r(r_0)$

TL; DR Małe obiekty, mniej więcej wielkości asteroid, akceptują przypadkowe pchnięcia pędu. Masywne obiekty protoplanetarne i wyższe akceptują systematyczne różnice prędkości, nadając im w ten sposób pęd netto.

— AtmosphericPrisonEscape
źródło

Czy możesz być pewien, że dysk protoplanetarny to Keplerian? Czy masz źródło? Jak wskazuje LocalFluff , spowoduje to różnicowy obrót dysku (im szybciej, tym bliżej jesteś), co powinno spowodować, że obroty będą przeciwnie wyrównane względem obrotu dysku. Dysk jest rozszerzonym obiektem z dużą ilością konkurujących sił oprócz siły grawitacji centralnej i myślę, że powiedzenie, że jest to Keplerian, jest w najlepszym razie bardzo przybliżone.

— zephyr

Z pewnością mogę się zgodzić, że do czasu ustanowienia dysku te inne siły powinny być znikome i będą bardzo blisko Keplerowskie, ale do tego momentu protoplanety prawdopodobnie już mają swoje końcowe kierunki obrotu (poza wszelkimi poważnymi zderzeniami).

— zefir

@zephyr: Absolutnie myli się co do terminów. Dlaczego miałoby to być? Dysk Keplerowski ustala się w skali czasu swobodnego spadania wraz z gwiazdą centralną. Odtąd między narodzinami planet a rozproszeniem dysku w wieku 1-10 lat Myrs jest prawie Keplerowski. Zgadzam się, że dysk nie jest idealnie keplerowski, ponieważ w grze występują gradienty ciśnienia, ale stanowią one kilka procent subkeplerianizmu. W przypadku planetarnego pędu kątowego należy uwzględnić pęd względny, więc argument LocalFluff jest błędny.

— AtmosphericPrisonEscape

2

Zachowanie momentu pędu. Obrót dysku protoplanetarnego zostanie określony losowo, gdy formuje się początkowo, ale potem staje się czynnikiem dominującym. Materia w dysku krąży następnie wokół środka masy w tym samym kierunku, nawet gdy grupuje się w asteroidy, a następnie protoplanety. Mimo że obiekty mają swój własny obrót, wszystkie mają większy wpływ wpływającego na nie dysku. Więc wszystkie planety obracają się w tym samym kierunku, z wyjątkiem Urana i Wenus. Myślę, że hipotezą dla nich jest nadal zderzenie protoplanetarne, które przewróciło Urana na bok i Wenus.

— GBowman
źródło

Czy nie powinna istnieć tendencja do obracania się w przeciwnym kierunku, ponieważ wewnętrzna część dysku (i planety) krąży szybciej niż zewnętrzna?

— LocalFluff,

1

Zachowanie momentu pędu w dużej mierze zachowuje moment pędu, gdy gazowe mgławice planetarne skraplają się, tworząc planety pomimo tarcia i zderzeń. Jest to zilustrowane poniżej.

Pęd kątowy ciał w naszym Układzie Słonecznym podano w http://www.zipcon.net/~swhite/docs/astronomy/Angular_Momentum.html

Nie są stałe, ale planety gazowe są tego samego rzędu wielkości. Orbital Momentum pędu Promień ciała orbity (km) okres obiegu (dni) masa (kg) L

Rtęć 58.e6 87,97 3,30e23 9,1e38

Venus 108.e6 224,70 4,87e24 1,8e40

Ziemia 150.e6 365.26 5.97e24 2.7e40

Mars 228.e6 686,98 6,42e23 3,5e39

Jupiter 778.e6 4332.71 1.90e27 1.9e43

Saturn 1429.e6 10759,50 5,68e26 7,8e42

Uran 2871.e6 30685.00 8,68e25 1,7e42

Neptune 4504.e6 60190.00 1.02e26 2.5e42

Są one uporządkowane e ^ 43. (Mars ma mniejszy moment pędu. Niektóre mogły być rozdzielone na pas asteroid).

Każda zewnętrzna planeta wydaje się mieć ten sam moment pędu!

Początkowo myślałem, że Surya Siddhanta stosuje stałość momentu pędu, ale jest to jeszcze prostsze. Jest to po prostu teoria pługa śnieżnego, która powoduje, że większe orbity zbierają więcej cząstek. Zobacz „W jaki sposób autorzy Suryi Siddhanty znaleźli średnice innych planet w Układzie Słonecznym?”

Podaję tę tabelę, aby zilustrować stałość momentu pędu nawet w naszym Układzie Słonecznym, o którym przypuszczano, że skondensowała się z pierwotnej mgławicy słonecznej, co starożytni mogliby wykorzystać do określenia średnic planet. Stałość pędu kątowego wymaga, aby planety wirowały i krążyły wokół Słońca (lub środka masy).

Jeśli na początku istniał moment pędu, jest to zrozumiałe. Każda duża masa gazu lub mgławicy tworzy ostatecznie wiry w wyniku turbulencji z obrotami w przeciwnych kierunkach, gdy obroty powstają naturalnie (przez niestabilność płynu). Jeśli każda część skondensuje się do gwiazdy (i układu słonecznego), pojawią się układy planetarne.

Nasz układ słoneczny mógł zostać utworzony za pomocą innego mechanizmu, który jest przechodzącą gwiazdą, która nadała pęd kątowy oryginalnej mgławicy słonecznej.

Ciała o bardzo dużej skali również kondensują się do galaktyk (powiedzmy) i muszą mieć czarne dziury w swoich środkach, aby wychwycić moment pędu. Pędu kątowego nie można zniszczyć.

Chciałbym to dodać, obrotowy moment pędu wszystkich ciał.

Rotational Angular Momentum, L

Ciało / masa kg / promień (km) okres rotacji (dni) / l

Sun / 695000 /24.6 /1.99e30 /1.1e42

Ziemia / 6378 / 0,99 /5,97e24 /7,1e33

Jupiter / 71492 /0.41 /1,90e27 /6.9e38

Zauważ, że moment obrotowy pędu Słońca wynosi również e ^ 42. Pęd kątowy spin wszystkich planet jest niewielki w porównaniu do momentu kątowego orbity.

Zewnętrzne planety i Słońce mają tę samą pęd kątowy!

Jakiś rodzaj wyposażenia pędu kątowego w pracy?

— Partha Shakkottai
źródło