Почему орбиты планет в одной плоскости?

[Dayan]

    Чёткого определения, что такое протозвезда (с какой именно стадии сжатия облака она появляется нет, как об этом говориться, например в http://colonization.narod.ru/teori/starsgen/proto.htm . Но, кажется, мы, в принципе, говорим об одном и том же, называя это несколько разными словами. Вероятность сближения не столь важна. В конце концов звёзд во Вселенной достаточно много, чтобы хотя бы раз такой сценарий сработал. Но дело даже не в этом. Каким именно образом формируется конструкция Солнце+Юпитер+диск для меня вопрос относительно второстепенный, хотя я больше тяготею к описанному мной сценарию. Важнее другое. Именно «изначальное» наличие в протопланетном диске первопланеты-Юпитера обеспечивает условия для формирования следующих планет. И таким образом обстоит дело для спутниковых систем планет-гигантов. Например в системе спутников Сатурна роль первоспутника=организатора выполняет Титан – аналог Юпитера.

Может быть Юпитер и оказывал влияние на формирование других планет, но Солнце все-таки никогда в виде конденсации не сталкивалось с конденсацией Солнца - Солнце образовалось раньше, а Юпитер как и все остальные планеты - образовался в окружающем звезду протопланетном облаке. Хотя, вполне может быть, что Юпитер сформировался раньше планет земной группы, но насчет столкновения конденсаций - нет, и еще раз нет!!

[Крупин]

    Чем отличается исходная система Солнце+Юпитер+Диск от классической Солнце+Диск? Прежде всего механизмом формирования небесных тел. В классике планеты образуются объединением твёрдых тел – планетезималей. Вначале эти планетезимали (образовавшиеся за счёт механического слипания пылинок) относительно равномерно распределены по всему протопланетному диску. При встречах они соединяются, если относительная скорость мала или дробятся на больших скоростях. До сих пор нет чёткого ответа как такой анархический случайный процесс может привести к упорядоченной планетной системе с всего несколькими планетами. К тому же такой процесс медленный. По оценкам Нептун по нему не может образоваться даже за всё время жизни Солнечной системы. Да и более близкие планеты формируются этак за сотню или несколько миллионов лет.
    Такая неспешность была допустимой в середине 20 века, но сейчас установлено, что звёзды рождаются по соседству внутри одного и того же облака. И когда загораются горячие звёзды, они разгоняют облако, лишая планеты пищевого материала. Поэтому время строительства планет ограничивается несколькими миллионами лет.
    В двойной системе обе проблемы (упорядоченности и быстроты) успешно решаются при помощи иного (не планетезимального) механизма. В планетезимальной модели рассматривается слишком упрощённая ситуация, когда сталкивающиеся тела примерно одного размера. И в этом случае, действительно, жёсткие удары непременно вызывают катастрофическое дробление с разлётом осеолков.
    Однако, если допустить, что крупные тела встречаются весьма редко, то в большинстве случаев громадины будут сталкиваться с мелкими камешками. При таком ударе глыба расколется на множество осколков, которые однако не смогут далеко разбежаться, оставшись гравитационно связанным ансамблем, поперечный размер которого многократно превышает диаметр компактного тела той же массы. К примеру, Земля, если её раскрошить на мелкие части, могла бы образовать клубок тел радиусом до орбиты Луны – 400000 км. вместо жалких 6300 км. А такие распределённые ансамбли гораздо быстрее собирают газо-пылевой материал, становясь зародышами планет.
     В чём состоит положительная роль Юпитера? В том, что он, возмущая чересчур круговые движения, увеличивает скорость и соответственно энергию таких активирующих ударов. А поскольку воздействие Юпитера наиболее сильно на резонансных орбитах (движение по которым соизмеримо с движением Юпитера, то и планеты зарождаются как раз на таких орбитах. В этом состоит объяснение широкой распространённости явления орбитальнйх резонансов http://ru.wikipedia.org/wiki/Орбитальный_резонанс как в планетной, так и спутниковых системах.

[felis manul]

Действительно четкого однозначного определения протозвезды нет (Шкловский "Звезды: их рождение, жизнь и смерть" в #3 пишет, что протозвезда появляется после потери прозрачности, а в #5, что начальным периодом формирования протозвезды является начало коллапса газо-пылевого облака). Формирование протопланетного диска начинается примерно в тот же период времени, что и сжатие газо-пылевого облака.
Дело в том, что при сжатии облака часть энергии/массы уносится в виде излучения, но момент количества движения сохраняется и скорость вращения растет (до определенного предела; в дальнейшем момент количества движения перераспределяется между другими протозвездами исходного облака посредством магнитного поля). С увеличением скорости вращения протозвезда сплющивается у полюсов и, при достаточно большой скорости вращения, теряет вещество из экваториальных зон, из которого и образуется протопланетный диск. Попутно получили ответ на исходный вопрос. Не исключено, что Юпитер сформировался первым из планет и послужил "первотолчком" для формирования остальных планет. Хотя, если исходить из аналогии с формированием звезд, наоборот, как самый массивный он сформировался позже остальных планет.
Не исключено, что катастрофический сценарий мог в каких-то случаях иметь место, ведь хотя его вероятность достаточно мала, она всеже отлична от нуля. Но необходимо отметить следующие моменты, делающие сценарий при данных начальных условия крайне маловероятным:
1) Процесс сжатия протозвезды по космическим меркам достаточно быстрый: от, примерно, ста тысяч до миллиона лет, в зависимости от массы протозвезды, а начальные скорости протозвезд, образовавшихся из одного облака весьма малы: порядка 1км/с;
2) При радиусе сжимающейся протозвезды порядка 10 млрд.км она находится в последнем этапе спадания, который происходит крайне быстро. За несколько лет протозвезда резко уменьшается до радиуса примерно 80Rсол(М/Мсол). То есть протозвезда массой сравнимой с массой Солнца очень быстро уменьшается до размера меньшего, чем размер земной орбиты (и при этом теряет свою прозрачность), что делает вероятность сближения именно в этот период весьма проблематичной и весь сценарий сомнительным.

[Крупин]

    Ну цифру, 10 млрд. я взял «с потолка». В принципе, столкновение (или более мягкое соединение) могло происходить раньше. Кроме того, коллапс протозвезды рассчитывается в чистом виде – без учёта вращений и магнитных полей. Не учитывается и возможность, что в облаке уже может загореться какая-то звезда и, подогрев протозвезду, приостановить её сжатие. Кроме того, не рассматривается возможность быстрой миграции протозвезды в пределах облака. Такое движение, в принципе, возможно, если формирование протозвезды стимулируется взрывом Сверхновой, которая не только сжимаетоболочку облака, но и придаёт ей движение внутрь. И протозвезда, формирующаяся из материала этой оболочки, унаследовав это движение, может довольно быстро приблизиться к другой протозвезде.

[Dayan]

    Ну цифру, 10 млрд. я взял «с потолка». В принципе, столкновение (или более мягкое соединение) могло происходить раньше. Кроме того, коллапс протозвезды рассчитывается в чистом виде – без учёта вращений и магнитных полей. Не учитывается и возможность, что в облаке уже может загореться какая-то звезда и, подогрев протозвезду, приостановить её сжатие. Кроме того, не рассматривается возможность быстрой миграции протозвезды в пределах облака. Такое движение, в принципе, возможно, если формирование протозвезды стимулируется взрывом Сверхновой, которая не только сжимаетоболочку облака, но и придаёт ей движение внутрь. И протозвезда, формирующаяся из материала этой оболочки, унаследовав это движение, может довольно быстро приблизиться к другой протозвезде.

Ну-у, это уже все вытягивается из пальца! Ответ, что зеленые человечки создали СС Вы случаем не рассматривали?

[Quest]

Не стоит забывать и про уже известные экзопланеты, открытые возле звёзд с пылевыми дисками.

[Dayan]

Не стоит забывать и про уже известные экзопланеты, открытые возле звёзд с пылевыми дисками.

Известно, что у некоторых звезд есть пылевые диски и планета. Но, внутри орбиты планеты-гиганта есть очищенная полость (например, у звезды Бета Живописца, или у звезды Фомальгаут, или у Веги), где могут находится уже сформированные небольшие планеты, и которые еще не открыты. А вне очищенной полости еще сохраняется газо-пылевой диск, т.к. на больших расстояниях от звезды ее излучение уже не сильно влияет на вещество, чем во внутренних частях системы, да еще и скорость взаимодействия (трения) в диске на таких расстояниях мала. И такой диск постепенно "тает". Кстати, возрасты звезд с дисками и открытыми планетами, составляет десятки и сотни миллионов лет, что намного больше, чем нахождение системы в молекулярном облаке.

[Quest]

Ну и самое главное в том, что диски (вроде как) лежат в одной плоскости с орбитами планет.

[Dayan]

Ну и самое главное в том, что диски (вроде как) лежат в одной плоскости с орбитами планет.

По-крайней мере, у всех трёх приведённых мной примеров это так! По небулярной теории орбиты планет должны лежать в одной плоскости, т.к. они сформировались из диска, а по другим теориям - не обязательно так! Но, если же планетные орбиты не лежат в одной плоскости, то это можно объяснить гравитационным взаимодействием планет внутри системы, либо влиянием звезды-компаньона на планеты в двойной звездной системе.

[neuch]

что бы было с Марсом, если бы он вращался в другой плоскости?
он бы рано или поздно принял плоскость остальных планет.
гравитация.. ёпстель 

Вселенная что, плоская?

[Dmitry 13]

Привет!

У меня возник вопрос. Почему орбиты всех планет солнечной системы лежат в одной плоскости? Верно ли что все вращаются в одном и том же направлении? И имеются ли тут аналогии с тем что галактики тоже представляют собой диски (если это так...)? Не могу найти объяснения с помощью теории гравитации, той что нам давали в школе, по идее все направления равноправны и должно получаться что-то вроде сферы или случайная форма. Буду признателен за любую информацию.

Заранее благодарен.

Задался очень похожим вопросом в соседней теме. Обсуждение, конечно, не очень получилось горячим, но нового узнал для себя)))
https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,56341.0.html

[Крупин]

О том, обязательно ли орбиты планет должны лежать в одной плоскости мы можем судить сейчас лишь по нашей Солнечной системе. Однако, вопрос можно расширить. Ведь в Небулярной гипотезе утверждается также, что в этой же плоскости происходит и вращение самой центральной звезды. Однако, найдены уже две планетные системы, где звезда вращается в сторону, противоположную вращению планет http://science.compulenta.ru/449823/ . Да и само наше Солнышко вращается не вполне идеально, а с довольно существенным наклоном в 7 градусов.