Почему планеты в нашей солнечной системе вращаются в одной плоскости?

(Да, я исключаю Плутон из этого так же, как это было исключено за то, что он не был планетой)

При наблюдении планет на орбите Солнца все они кажутся относительно плоскими и примерно все орбиты вдоль одной плоскости.

Это связано с тем, как сформировалась наша Солнечная система, или это физические явления, наблюдаемые в других системах?

На протозвездной стадии Солнца оно было окружено (вращающимся) газовым облаком. Это облако вело себя как жидкость (ну, газ - это жидкость), поэтому оно расплющилось в аккреционный диск благодаря сохранению момента импульса. Планеты в конечном итоге образовались из пыли / газа в диске в результате сжатия пыли в диске. Этот процесс не приведет к перемещению пыли из плоскости (все вертикальные силы тяжести направлены к диску), поэтому последняя планета тоже находится в плоскости.

Почему аккреционный диск должен быть плоским? Ну, во-первых, давайте представим протозвезду и газовое облако до образования аккреционного диска. Обычно в такой установке частицы вращаются в основном в одном направлении. Те, что вращаются на ретроградных орбитах, в итоге столкнутся из-за столкновений.

В этой газовой сфере будет одинаковое количество частиц с положительными и отрицательными вертикальными скоростями (в данный момент времени; из-за вращения знаки скорости будут переворачиваться). В результате столкновений в конечном итоге все они станут равны нулю.

Частица, вращающаяся вокруг планеты, всегда вращается так, что проекция на планету представляет собой большой круг. Таким образом, мы не можем иметь частицу с вертикальной скоростью, равной нулю, но с вертикальным положением, отличным от нуля (поскольку это подразумевало бы орбиту, которая не является большим кругом). Таким образом, по мере уменьшения вертикальной скорости наклон орбиты также уменьшается. В конечном итоге приводит к аккреционному диску с очень небольшим вертикальным разбросом.

Простой аргумент, почему газовое облако, вращающееся вокруг Протосуна, образовало диск, заключается в следующем.

У этого газового облака есть два характерных свойства: полная энергия и полный момент импульса. В то время как момент импульса сохраняется, энергии нет: радиация снижает температуру жидкости и, следовательно, энергию. Таким образом, в конечном итоге облако при минимальном энергетическом состоянии оседает до заданного момента импульса, и это круговой вращающийся диск (так что большая часть кинетической энергии (включая тепло) находится в компонентах скорости, вносящих вклад в общий момент импульса).

Перераспределение углового момента между газовыми элементами в диске приводит к переносу углового момента вовне и переносу газа внутрь, что приводит к аккреции на Протосан.

Представьте себе частицу, которая пошла против зерна, так как она стала ретроградной по отношению к остальным. Весьма вероятно, что в течение миллионов лет он столкнется с вещами, идущими в противоположном направлении, и изменит свое собственное направление, чтобы соответствовать большинству.

То же самое относится и к неплоским орбитам: частица, которая путешествовала по полярной орбите относительно «экватора» аккреционного диска, в конечном итоге врезалась бы в достаточно вещей, чтобы изменить свой путь, чтобы соответствовать большинству.