在想象太阳系的时候,我们大脑里通常会有一个巨大的圆盘,上面有许多环,代表着行星的轨道运动,可能是因为从小课本上就是这么画的,所以我们很自然地认为所有的行星都在同一个轨道平面上。不但如此,它们还以相同的方向绕太阳运行。

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但你有没有想过为什么?这是一个巨大的巧合吗?或者是不是因为什么事情才导致这一现象的?如果有这么一个过程,我们能找到证据吗?正如你猜测的,这并不是一个巨大的巧合,因为我们不仅观察到行星沿着同一个方向绕太阳运行,而且卫星也是这样做的,所有的气态巨星都有卫星环绕飞行,他们也都朝着同一个方向前进,比如土星它的卫星就和土星环在同一平面上统一朝向绕着土星运行,但这一切是怎么发生的?为什么发生的?让我们回到数亿年前太阳系形成之前,在星云的中心身处气体和尘埃悬浮在原地,每一个粒子都用自己内部的排斥压力抵抗对方的盈利。

直到有一天外部的能量推动,就像超新星的冲击波震动了星云内的气体和尘埃,破坏了内部的压力,导致粒子碰撞并聚集在一起。更快,这些团块就会附着到其他团块上,他们的质量和重力会随着每个粒子的附着而增加,在几千年内正在形成的物质间的撞击开始变得更加剧烈,导致星云中心的物体升温。随着质量和重力的增加,星云中的更多物质被吸进物体中,形成了一颗被称为圆恒星的恒星,或者是一颗核心还没有开始核聚变的非常年轻的恒星。

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一开始原恒星周围的物质会从各个方向聚拢过来,这样会导致原恒星周围的环境非常混乱。粒子之间的碰撞经常发生,它们的角动量将被抵消,角动量在物理学中是指与物体的原点的位移和动量相关的物理量。这些正在下沉的例子从四面八方靠近,相互碰撞,相互抵消,我们可以从一个视频里更好的理解这一原理,视频中实验者使用卡纸来带。代表宇宙时空,中间的球有着巨大的质量,正在扭曲时空并产生重力。

这就像在宇宙中三维空间中的重力一样,试验者围绕着这个中心物体向从两个相反的方向将小球抛出,小球在卡纸上旋转,知道它们与另一个相反方向的球碰撞,抵消了彼此的动量,剩下那些没有碰撞的球,他们就会慢慢调整位置,开始朝着同一个方向运动。

由于卡纸的摩擦,这些小球会慢慢减速,直至完全停下来。但是在宇宙时空中我们不用考虑摩擦力的问题,你可以想象粒子继续绕轨道运动。另外这是四地宇宙中的三地平面上发生的事情的二维表示,所以你需要想象这些例子也沿着另一个轴运动,所以最终的结果是只剩下一个大多数粒子的运动方向,从而形成了一个原行星盘。

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当越来越少的物质落入原恒星,并开始在其周围的轨道上运行时,物质又开始结块,如果足够多的物质聚集在一颗红心上,可能最终会形成另一颗红心,使其成为双星甚至多星系统。否则这些团块最终会合并成行星,在这些行星周围又会形成一个类似于原行星盘相似的,使得行星已与圆盘相同的方向旋转,最终圆盘中的物质形成了卫星。

即使在今天我们也可以观察到这种物质的团块还是以土星为例,卡西尼号在执行任务时发现土星环内形成了微小卫星,因为各种引力相互作用产生的物质聚集在一起,其中一些小卫星很快就解体了。我们相信在我们早期的太阳系中也发生过这种情况,但有些卫星一直持续到卡西尼号任务结束,也许有一天他们最终会形成非常微小的卫星。

事实上太阳系的轨道平面并不是完全平坦的,有些行星有几度的偏移,但这影响不大。尽管太阳系中的物质如小行星和彗星仍会撞击一些行星来刷存在感,但是我们可以通过测量暴露在外的天气,比如卫星和其他天体上的陨石坑的年龄,看到发生碰撞的次数大幅减少。

从这些线索我们可以了解到,在宇宙形成不久的混乱中,所有的行星都遭到了小行星和陨石的猛烈轰击,但随着更多有序排列的出现,碰撞的次数会逐渐减少,直到形成今天我们看到的太阳系。所以我们可以假设类似的过程形成了其他恒星系统。我们不久前才观察到,围绕其他恒星运行的大型行星也沿着类似的平面旋转!