Warum neigen Planeten dazu, sich in die gleiche Richtung zu drehen, obwohl sie sich aus taumelnden Asteroiden gebildet haben?

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Die axialen Neigungen von Asteroiden scheinen zufällig zu variieren (lassen Sie mich wissen, wenn diese Prämisse falsch ist), während die Planeten eine starke Tendenz haben, sich auf die gleiche Weise zu drehen. Wenn Planeten durch kollidierende Asteroiden gebildet wurden, sollte die Summe der zufälligen Neigungen dann nicht zu einer zufälligen Planetenrotation führen? Natürlich sind andere Faktoren wichtig, wie Winkel und Geschwindigkeit des Aufpralls, YORP-Effekt, Zentrifugalaufbruch und so weiter, aber wie könnte dies zusammen einen systematischen Einfluss auf die Rotation haben?

Ceres verhält sich zwar mit einer Neigung von 4 °, aber die anderen der ersten entdeckten Asteroiden haben Neigungen wie 84 °, 50 °, 42 °. Staubpartikel (und ggf. Gasmoleküle) drehen sich sicher zufällig. Der Solarnebel hatte einen Nettospin, dessen Schwerkraft und Reibung sich in den Umlaufbahnen der Planeten manifestiert hat. Aber sollte das Rotationsnetz nicht für jeden Planeten individuell sein, mit unkorrelierten Neigungen, wie es die Orbitalorientierung für jeden Stern ist?

planet asteroids rotation planetary-formation LocalFluff
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Ich nehme an, dass die Neigung der Umlaufbahn zusätzlich zur axialen Neigung berücksichtigt werden sollte.

LocalFluff

Eines meiner kleinen Lieblingsvideos dazu: youtube.com/watch?v=tmNXKqeUtJM

userLTK

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

BowlOfRed

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Sie haben Recht, dass die Neigung der Asteroiden sehr zufällig verteilt ist und dass die Drehung des Solarnebels nur einen geringen Beitrag zu dieser Neigung leistet und sie nur geringfügig verzerrt.

Sie haben jedoch nicht Recht, dass sich die Zufälligkeit einfach summiert. Die Zufälligkeit hebt sich tatsächlich immer mehr auf, wenn Sie eine große Anzahl von Asteroiden kombinieren, bis die Rotation des Nebels zum dominierenden Faktor wird. Dies hängt mit dem Gesetz der großen Zahlen zusammen .

Wirf zum Beispiel einen Würfel. Das Ergebnis ist zufällig. Wirf 10 Würfel, berechne ihre Summe und dividiere durch 10. Nicht mehr so weit vom Durchschnitt entfernt? Sie können dasselbe mit Tausenden von Würfeln oder Millionen von Asteroiden tun. Wenn die Anzahl der Asteroiden, die ein Objekt bilden, wirklich hoch ist, wird die Neigung nicht weit vom Durchschnittswert entfernt sein, der durch die Rotation des Nebels bestimmt wird.

Das gleiche Argument gilt für die Neigung und die Tatsache, dass die Umlaufbahnen der Planeten zwar elliptisch sind, aber nicht so weit vom Kreis entfernt sind, wie es eine zufällige Umlaufbahn wäre.

SE - hör auf, die Guten zu feuern
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Aber das Gesetz der großen Zahlen summiert sich zu einem Durchschnitt. Das Werfen von Planeten wie Würfeln würde im Durchschnitt zu keiner Planetenrotation führen. Ist es nicht seltsam, dass die Würfel fast immer eine gerade Anzahl von Punkten zeigen? Wenn die Rotation des Nebels die Rotation jedes Planeten beeinflusst, aber nicht die der Asteroiden, dann brauche ich weitere Erklärungen, um zu verstehen, wie das so ist. Gibt es einen Zusammenhang zwischen der Rotation des Solarnebels und der Rotation der einzelnen darin gebildeten Planeten?

LocalFluff

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@LocalFluff Dass der Durchschnitt der zufälligen Bewegung Null sein wird, ist mein Punkt! Die resultierende Rotation ist auf die einzige nicht zufällige Komponente zurückzuführen, die Rotation des Solarnebels.

SE - hör auf, die Guten

Das wäre die vernünftigste Erklärung, aber immer noch ziemlich kurz. Wie wirkt sich die Rotation des Solarnebels systematisch auf jeden einzelnen Planeten aus, der in ihm auf die gleiche Weise gebildet wird? Sollte nicht die Hälfte der Planeten so getroffen worden sein, dass sie umkippten?

LocalFluff

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Ich hasse es zu picken, aber dein dritter Absatz vermischt das Wort Würfel sehr. „einen Würfel werfen“ sollte „einen Wurf sterben “ und „Würfel“ ist kein Wort, ist die richtige Pluralform „Würfel“. Ich habe versucht, eine Bearbeitung vorzuschlagen, aber es waren nicht genügend Zeichen zum Zählen vorhanden.

Cody

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Ich muss hier LocalFluff zustimmen. Sie haben kurz vor der eigentlichen Beantwortung der Frage aufgehört, indem Sie beschrieben haben, wie die "nicht zufällige Rotation des Solarnebels" tatsächlich dazu führt, dass sich die Planeten so drehen, wie sie es tun. Wenn Sie argumentieren, dass sich die zufällig kombinierten Asteroiden zum Durchschnitt verbinden, drehen sich die Asteroiden im Durchschnitt mit der Scheibe, und es bleibt die Frage, wie sie dazu gekommen sind (im Durchschnitt). Sie haben die Frage nur in einen anderen Bereich verschoben, aber keine Antwort gegeben.

Zephyr

3

Denken Sie daran, dass in einer protoplanetaren Scheibe die Rotationsgeschwindigkeit , die keplerisch ist, als Abstand des Sterns r wie ~~~~~~~~~~ variiert Dies sollte dazu dienen, einen Teil des Punktes zu veranschaulichen: Bei jedem wir und umgekehrt. Von der Position des Planeten aus gesehen fließen Gas und Staub "links" systematisch schneller und "rechts" systematisch langsamer als der Planet. Wenn Sie also einen wesentlichen Teil Ihrer gesamten Endmasse und damit des Drehimpulses aus diesem Fluss gewinnen würden, würden Sie automatisch einen systematischen Spin auslösen. $v_r$

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})

$v_r>v_r(r_0)$

Aber wann ist das relevant?
Die Region, aus der sich ein Protoplanet oder Asteroid ansammeln kann, ist maximal seine Gravitationseinflusssphäre, auch die mit dem Radius wobei wie oben ein Abstand der Hauptachse ist.

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}

$r_0$

Wenn nun dieses zu klein ist, um die Geschwindigkeitsgradienten in (1) zu fühlen, oder anders gesagt, wenn das akkretierende Objekt nicht massiv genug ist, damit sich signifikant in die Protostellarscheibe erstreckt, akkumuliert die Akkretion zufällige Impulse. Wenn es dem Protoplaneten gelingt, zu einer beträchtlichen zu wachsen, beginnt er, Gas und Feststoffe mit einer großen Geschwindigkeitsdifferenz , die immer systematisch statt zufällig ist. $r_H$ $r_H$
$v_r(r)-v_r(r_0)$

TL; DR Kleine Objekte, die ungefähr unter der Größe von Asteroiden liegen, erzeugen zufällige Impulsschübe. Massive Objekte, protoplanetar und höher, erzeugen systematische Geschwindigkeitsunterschiede und geben ihnen so einen Nettodrehimpuls.

AtmosphericPrisonEscape
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Können Sie sicher sein, dass die protoplanetare Scheibe Keplerian ist? Hast du eine Quelle? Wie LocalFluff hervorhebt , führt dies zu einer unterschiedlichen Drehung der Festplatte (schneller, je näher Sie sind), die dazu führen sollte, dass die Umdrehungen entgegengesetzt zur Drehung der Festplatte ausgerichtet sind. Die Scheibe ist ein erweitertes Objekt mit vielen konkurrierenden Kräften neben einer zentralen Schwerkraft, und ich denke, Keplerian zu sagen, ist bestenfalls eine sehr grobe Annäherung.

Zephyr

Ich kann sicherlich zustimmen, dass diese anderen Kräfte zum Zeitpunkt der Herstellung der Scheibe vernachlässigbar sein sollten und sehr eng keplerianisch sein werden, aber zu diesem Zeitpunkt haben die Protoplaneten wahrscheinlich bereits ihre endgültigen Spinrichtungen (abgesehen von größeren Kollisionen).

Zephyr

@zephyr: Absolut falsch in Bezug auf die Zeitskalen. Warum sollte das so sein? Die Kepler-Scheibe etabliert sich zusammen mit dem Zentralstern auf einer Zeitskala im freien Fall. Von da an ist es zwischen der Geburt der Planeten und der Auflösung der Scheibe im Alter von 1-10 Jahren fast Keplerian. Ich bin damit einverstanden, dass die Scheibe nicht perfekt keplerisch ist, da es Druckgradienten im Spiel gibt, aber diese machen einige Prozent der Sub-Keplerianität aus. Für den planetaren Drehimpuls müssen Sie den relativen Impuls berücksichtigen, daher ist das Argument von LocalFluff falsch.

AtmosphericPrisonEscape

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Erhaltung des Drehimpulses. Der Spin der protoplanetaren Scheibe wird zufällig bestimmt, wenn sie sich anfänglich bildet, aber dann wird sie der dominierende Faktor. Die Materie in der Scheibe umkreist dann den Schwerpunkt in derselben Richtung, selbst wenn sie sich zu Asteroiden und dann zu Protoplaneten zusammenschließt. Obwohl Objekte ihren eigenen individuellen Spin haben, haben sie alle den größeren Effekt, dass die Scheibe sie beeinflusst. Alle Planeten außer Uranus und Venus drehen sich also in die gleiche Richtung. Ich denke, die Hypothese für diese ist immer noch eine protoplanetare Kollision, die Uranus auf die Seite und die Venus direkt umgestoßen hat.

GBowman
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Sollte die Tendenz nicht darin bestehen, sich in die entgegengesetzte Richtung zu drehen, da der innere Teil der Scheibe (und des Planeten) schneller umkreist als der äußere?

LocalFluff

1

Durch die Erhaltung des Drehimpulses bleibt der Drehimpuls weitgehend erhalten, wenn gasförmige planetare Nebel trotz Reibung und Kollisionen zu Planeten kondensieren. Dies ist nachstehend dargestellt.

Der Drehimpuls der Körper in unserem Sonnensystem ist unter http://www.zipcon.net/~swhite/docs/astronomy/Angular_Momentum.html angegeben

Sie sind nicht konstant, aber die gasförmigen Planeten haben die gleiche Größenordnung. Orbital Drehimpuls Körper Orbitalradius (km) Orbitalperiode (Tage) Masse (kg) L.

Quecksilber 58.e6 87.97 3.30e23 9.1e38

Venus 108.e6 224.70 4.87e24 1.8e40

Erde 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

Uranus 2871.e6 30685.00 8.68e25 1.7e42

Neptune 4504.e6 60190.00 1.02e26 2.5e42

Sie sind in Ordnung. (Der Mars hat weniger Drehimpuls. Einige wurden möglicherweise auf den Asteroidengürtel verteilt.)

Jeder äußere Planet scheint den gleichen Drehimpuls zu tragen!

Ich dachte ursprünglich, dass Surya Siddhanta die Konstanz des Drehimpulses verwendet, aber es ist noch einfacher. Es ist einfach eine Schneepflug-Theorie, die größere Umlaufbahnen dazu bringt, mehr Partikel zu sammeln. Siehe "Wie haben die Autoren von Surya Siddhanta die Durchmesser anderer Planeten im Sonnensystem gefunden?"

Ich gebe diese Tabelle, um die Konstanz des Drehimpulses selbst in unserem Sonnensystem zu veranschaulichen, von dem angenommen wird, dass er aus dem ursprünglichen Sonnennebel kondensiert ist, eine Tatsache, die die Alten zur Bestimmung des Planetendurchmessers hätten verwenden können. Die Konstanz des Drehimpulses erfordert, dass sich Planeten drehen und um die Sonne (oder den Schwerpunkt) kreisen.

Ob es zunächst einen Drehimpuls gab, wird verstanden. Jede große Masse von Gas oder Nebel bildet schließlich durch Turbulenzen mit Rotationen in entgegengesetzte Richtungen Wirbel, wenn Rotationen auf natürliche Weise auftreten (durch Flüssigkeitsinstabilität). Wenn jeder Teil zu einem Stern (und einem Sonnensystem) kondensiert, entstehen Planetensysteme.

Unser Sonnensystem wurde möglicherweise mit einem anderen Mechanismus gebildet, der ein vorbeiziehender Stern ist, der dem ursprünglichen Sonnennebel einen Drehimpuls verlieh.

Sehr große Körper kondensieren auch zu Galaxien (sagen wir) und müssen in ihren Zentren schwarze Löcher haben, um den Drehimpuls einzufangen. Drehimpuls kann nicht zerstört werden.

Ich möchte dies hinzufügen, den Drehimpuls aller Körper.

Drehdrehimpuls, L.

Körper / Masse kg / Radius (km) Rotationsperiode (Tage) / L.

So / 695000 / 24,6 / 1,99e30 / 1,1e42

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

Jupiter / 71492 / 0,41 / 1,90e27 / 6,9e38

Beachten Sie, dass der Drehimpuls der Sonne ebenfalls e ^ 42 beträgt. Die Drehwinkel aller Planeten sind im Vergleich zu Drehimpulsen klein.

Die äußeren Planeten und die Sonne haben die gleichen Drehimpulse!

Eine Art Aufteilung der Drehimpulse bei der Arbeit?

Partha Shakkottai
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Warum neigen Planeten dazu, sich in die gleiche Richtung zu drehen, obwohl sie sich aus taumelnden Asteroiden gebildet haben?

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