Mengapa planet cenderung berputar ke arah yang sama meskipun terbentuk dari asteroid yang jatuh?

9

Miring aksial asteroid tampaknya bervariasi secara acak (beri tahu saya jika premis ini salah), sedangkan planet-planet memiliki kecenderungan kuat untuk berputar dengan cara yang sama. Jika planet-planet terbentuk dengan bertabrakan asteroid, bukankah seharusnya jumlah tilt acak menghasilkan rotasi planet acak? Tentu saja faktor-faktor lain penting, seperti sudut dan kecepatan tumbukan, efek YORP, putusnya sentrifugal dan yang lainnya, tetapi bagaimana hal itu secara bersama-sama memiliki efek sistematis pada rotasi?

Ceres berperilaku dengan kemiringan 4 °, tetapi asteroid yang ditemukan pertama kali memiliki kemiringan seperti 84 °, 50 °, 42 °. Partikel debu (dan molekul gas jika ada) pasti berputar secara acak. Nebula Surya memiliki putaran bersih yang dimanifestasikan oleh gravitasi dan gesekan di orbit planet-planet. Tetapi bukankah jaring rotasi harus individual untuk setiap planet, dengan kemiringan yang tidak berkorelasi, karena orientasi orbital adalah untuk setiap bintang?

— Fluida Lokal
sumber

Saya mengira bahwa kecenderungan orbital harus dipertimbangkan selain kemiringan aksial.

— LocalFluff

Salah satu video kecil favorit saya yang terkait dengan ini: youtube.com/watch?v=tmNXKqeUtJM

— userLTK

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

— BowlOfRed

13

Anda benar bahwa kemiringan asteroid didistribusikan dengan cara yang sangat acak, dan bahwa rotasi nebula surya adalah penyumbang kecil untuk kemiringan itu, dan hanya sedikit memiringkannya.

Namun, Anda tidak benar bahwa keacakan hanya bertambah. Keacakan sebenarnya membatalkan semakin banyak ketika Anda menggabungkan sejumlah besar asteroid, sampai rotasi nebula menjadi faktor dominan. Ini terkait dengan Hukum angka besar .

Misalnya, melempar dadu. Hasilnya acak. Lemparkan 10 dadu, hitung jumlah mereka, dan bagi dengan 10. Tidak jauh dari rata-rata lagi? Anda dapat melakukan hal yang sama dengan ribuan dadu, atau jutaan asteroid. Ketika jumlah asteroid yang membentuk objek sangat tinggi, kemiringannya tidak akan jauh dari nilai rata-rata, ditentukan oleh rotasi nebula.

Argumen yang sama berlaku untuk kecenderungan, dan fakta bahwa meskipun orbit planet adalah elips, mereka tidak jauh dari lingkaran seperti orbit acak.

— SE - berhenti menembak orang baik
sumber

Tetapi hukum jumlah besar bertambah hingga rata-rata. Melempar planet seperti dadu akan menambah rata-rata rotasi planet. Bukankah aneh bahwa dadu menunjukkan jumlah titik yang merata hampir sepanjang waktu? Jika rotasi nebula mempengaruhi rotasi setiap planet, tetapi bukan rotasi asteroid, maka saya perlu penjelasan lebih lanjut untuk memahami bagaimana itu terjadi. Apakah ada hubungan antara rotasi nebula Matahari, dan rotasi masing-masing planet yang terbentuk di dalamnya?

— LocalFluff

3

@LocalFluff Bahwa rata-rata gerakan acak akan menjadi nol adalah poin saya! Rotasi yang dihasilkan adalah satu-satunya komponen non-acak, rotasi nebula matahari.

— SE - berhenti menembakkan orang-orang baik

Itu akan menjadi penjelasan yang paling waras, tetapi masih cukup singkat. Bagaimana rotasi nebula matahari secara sistematis mempengaruhi setiap planet yang terbentuk di dalamnya dengan cara yang sama? Tidakkah seharusnya setengah dari planet-planet itu terkena dampak dengan cara yang menjatuhkannya?

— LocalFluff

1

Saya benci melakukan nitpick, tetapi paragraf ketiga Anda banyak mencampuradukkan kata dadu. "lempar dadu" harus "lempar dadu ", dan "dadu" bukanlah kata, bentuk jamak yang tepat adalah "dadu". Saya mencoba menyarankan edit tetapi tidak cukup untuk menghitung karakter.

— Cody

2

Saya harus setuju dengan LocalFluff di sini. Anda berhenti hanya menjawab pertanyaan dengan menjelaskan bagaimana "rotasi nebula surya non-acak" sebenarnya menyebabkan planet-planet berputar seperti yang mereka lakukan. Jika argumen Anda adalah asteroid yang menggabungkan secara acak bergabung dengan rata-rata, maka rata-rata asteroid berputar dengan disk dan pertanyaannya kemudian tetap bagaimana mereka berputar seperti itu (rata-rata). Anda baru saja memindahkan pertanyaan ke ranah yang berbeda, tetapi tidak memberikan jawaban.

— zephyr

3

Ingatlah bahwa dalam disk protoplanet kecepatan rotasi , yang merupakan keplerian, karena jarak bintang r bervariasi seperti Ini seharusnya berfungsi untuk mengilustrasikan bagian dari poin: pada setiap kita memiliki dan sebaliknya. Dengan demikian dilihat dari posisi planet, gas dan debu 'kiri' itu secara sistematis mengalir lebih cepat, dan 'kanan' itu secara sistematis mengalir lebih lambat daripada planet ini. Jadi, jika Anda akan mendapatkan sebagian besar dari total, massa akhir dan momentum sudut dari aliran ini, Anda akan menghasilkan putaran sistematis secara otomatis. $v_r$

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})

$v_r>v_r(r_0)$

Tetapi kapan ini relevan?
Wilayah dari mana protoplanet atau asteroid dapat menghasilkan secara maksimal adalah ruang gravitasinya pengaruhnya, juga bola-Bukit dengan jari-jari mana seperti di atas, adalah jarak sumbu semi-utama.

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}

$r_0$

Sekarang jika ini terlalu kecil untuk merasakan gradien kecepatan dalam (1), atau dikatakan berbeda, jika objek bertambah tidak cukup besar untuk meluas secara signifikan ke dalam cakram protostellar, maka pertambahan akan mengakumulasikan momen acak. Jika protoplanet berhasil tumbuh menjadi Hill-sphere yang besar, ia mulai mengumpulkan gas dan padatan dengan perbedaan kecepatan besar , yang selalu sistematis, alih-alih acak. $r_H$ $r_H$
$v_r(r)-v_r(r_0)$

TL; DR Benda-benda kecil, kira-kira di bawah ukuran asteroid, menghasilkan dorongan momen acak. Objek besar, protoplanet dan di atasnya, menghasilkan perbedaan kecepatan sistematis, sehingga memberi mereka momentum sudut bersih.

— AtmosphericPrisonEscape
sumber

Bisakah Anda yakin bahwa disk protoplanet adalah Keplerian? Apakah anda memiliki sumber? Seperti yang ditunjukkan LocalFluff , hal itu akan menghasilkan rotasi diferensial disk (lebih cepat semakin dekat Anda) yang akan menghasilkan rotasi yang justru selaras dari revolusi disk. Disk adalah objek yang diperluas dengan banyak kekuatan yang bersaing selain kekuatan gravitasi pusat dan saya pikir mengatakan itu adalah Keplerian adalah perkiraan yang sangat kasar.

— zephyr

Saya pasti bisa setuju bahwa pada saat disk terbentuk, kekuatan-kekuatan lain ini harus diabaikan dan itu akan sangat dekat Keplerian, tetapi pada saat itu, protoplanet kemungkinan sudah memiliki arah putaran terakhir (kecuali setiap tabrakan besar).

— zephyr

@ zephyr: Benar-benar salah tentang rentang waktu. Kenapa bisa begitu? Disk Keplerian memantapkan dirinya pada skala waktu jatuh bebas bersama dengan bintang pusat. Sejak saat itu, antara kelahiran planet-planet dan disipasi cakram pada usia 1-10 Myrs itu dekat-Keplerian. Saya setuju bahwa cakram itu tidak sempurna Keplerian, karena ada gradien tekanan dalam permainan, tetapi itu menyumbang beberapa persen dari sub-keplerianity. Untuk momentum sudut planet, Anda harus memperhatikan momentum relatif, sehingga argumen LocalFluff salah.

— AtmosphericPrisonEscape

2

Konservasi momentum sudut. Putaran disk protoplanet akan ditentukan secara acak ketika awalnya terbentuk, tetapi kemudian menjadi faktor dominan. Materi dalam cakram kemudian mengorbit pusat massa dalam arah yang sama bahkan ketika ia mengelompokkan menjadi asteroid dan kemudian protoplanet. Meskipun objek memiliki putaran masing-masing, mereka semua memiliki efek yang lebih besar dari disk yang memengaruhi mereka. Jadi semua planet memutar arah yang sama, kecuali Uranus dan Venus. Saya pikir hipotesis untuk mereka masih tabrakan protoplanet yang telah mengetuk Uranus di sisi itu dan Venus tepat.

— GBowman
sumber

Bukankah kecenderungannya adalah memutar ke arah yang berlawanan karena bagian dalam cakram (dan planet) mengorbit lebih cepat daripada bagian luar?

— LocalFluff

1

Konservasi momentum sudut sebagian besar mempertahankan momentum sudut ketika nebula gas planet berkondensasi untuk membentuk planet terlepas dari gesekan dan tabrakan. Hal ini diilustrasikan di bawah ini.

Momentum sudut benda-benda di tata surya kita diberikan di http://www.zipcon.net/~swhite/docs/astronomy/Angular_Momentum.html

Mereka tidak konstan tetapi planet gasnya memiliki urutan yang sama besarnya. Orbital Angular Momentum Radius orbital tubuh (km) periode orbital (hari) massa (kg) L

Mercury 58.e6 87.97 3.30e23 9.1e38

Venus 108.e6 224.70 4.87e24 1.8e40

Bumi 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

Saturnus 1429.e6 10759.50 5.68e26 7.8e42

Uranus 2871.e6 30685.00 8.68e25 1.7e42

Neptune 4504.e6 60190.00 1.02e26 2.5e42

Mereka tertib e ^ 43. (Mars memiliki momentum sudut kurang. Beberapa mungkin telah didistribusikan ke sabuk asteroid.)

Setiap planet luar tampaknya membawa momentum sudut yang sama!

Saya awalnya berpikir bahwa Surya Siddhanta menggunakan keteguhan momentum sudut tetapi itu bahkan lebih sederhana. Ini hanyalah teori bajak salju yang membuat orbit yang lebih besar mengumpulkan lebih banyak partikel. Lihat "Bagaimana penulis Surya Siddhanta menemukan diameter planet-planet lain di tata surya?"

Saya memberikan tabel ini untuk mengilustrasikan kekonstanan momentum sudut bahkan di tata surya kita yang diduga telah mengembun dari nebula matahari purba, sebuah fakta yang dahulu dapat digunakan untuk menentukan diameter planet. Keteguhan momentum sudut membutuhkan planet untuk berputar dan mengorbit mengelilingi Matahari (atau pusat massa).

Jika ada momentum sudut untuk memulai dipahami. Setiap massa besar gas atau nebula akan membentuk pusaran pada akhirnya oleh turbulensi dengan rotasi berlawanan arah saat rotasi muncul secara alami (oleh ketidakstabilan fluida). Jika setiap bagian mengembun menjadi bintang (dan tata surya) sistem planet akan terjadi.

Tata surya kita mungkin telah dibentuk dengan mekanisme lain yang merupakan bintang yang lewat yang memberikan momentum sudut ke nebula matahari asli.

Badan berskala sangat besar juga mengembun menjadi galaksi (katakanlah) dan harus memiliki lubang hitam di pusatnya untuk menjebak momentum sudut. Momentum sudut tidak bisa dihancurkan.

Saya ingin menambahkan ini, momentum sudut rotasi semua tubuh.

Momentum Sudut Rotasi, L

Badan / massa kg / jari-jari (km) periode rotasi (hari) / L

Sun / 695000 /24.6 /1.99e30 /1.1e42

Earth / 6378 /0.99 /5.97e24 /7.1e33

Jupiter / 71492 /0.41 /1.90e27 /6.9e38

Perhatikan bahwa momentum sudut rotasi Matahari juga e ^ 42. Momentum sudut putar semua planet kecil dibandingkan dengan momentum sudut orbital.

Planet-planet luar dan Matahari memiliki momentum sudut yang sama!

Semacam perlengkapan momentum sudut saat bekerja?

— Partha Shakkottai
sumber