Perché i pianeti tendono a ruotare nella stessa direzione anche se si sono formati da asteroidi cadenti?

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Le inclinazioni assiali degli asteroidi sembrano variare in modo casuale (fammi sapere se questa premessa è sbagliata), mentre i pianeti hanno una forte tendenza a ruotare allo stesso modo. Se i pianeti fossero formati da asteroidi in collisione, la somma delle inclinazioni casuali non dovrebbe comportare una rotazione planetaria casuale? Ovviamente altri fattori sono importanti, come l'angolo e la velocità degli impatti, l'effetto YORP, la rottura centrifuga e quant'altro, ma come possono essere presi insieme effetti sistematici sulla rotazione?

Cerere si comporta con un'inclinazione di 4 °, ma l'altro dei primi asteroidi scoperti ha inclinazioni come 84 °, 50 °, 42 °. Le particelle di polvere (e le molecole di gas, se applicabile) sicuramente ruotano in modo casuale. La nebulosa solare aveva una rotazione netta che gravità e attrito si sono manifestate nelle orbite dei pianeti. Ma la rete di rotazione non dovrebbe essere individuale per ogni pianeta, con inclinazioni non correlate, come l'orientamento orbitale è per ogni stella?

— LocalFluff
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Suppongo che l'inclinazione orbitale dovrebbe essere considerata in aggiunta all'inclinazione assiale.

— LocalFluff

Uno dei miei video preferiti preferiti relativo a questo: youtube.com/watch?v=tmNXKqeUtJM

— userLTK

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

— BowlOfRed

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Hai ragione sul fatto che l'inclinazione degli asteroidi è distribuita in modo molto casuale e che la rotazione della nebulosa solare contribuisce in modo minore a tale inclinazione e la inclina solo leggermente.

Tuttavia, non hai ragione che la casualità si somma semplicemente. La casualità infatti si annulla sempre di più quando si combina una grande quantità di asteroidi, fino a quando la rotazione della nebulosa diventa il fattore dominante. Questo è legato alla Legge dei grandi numeri .

Ad esempio, lancia un dado. Il risultato è casuale. Lancia 10 dadi, calcola la somma e dividi per 10. Non più lontano dalla media? Puoi fare la stessa cosa con migliaia di dadi o milioni di asteroidi. Quando il numero di asteroidi che formano un oggetto è davvero elevato, l'inclinazione non sarà lontana dal valore medio, determinato dalla rotazione della nebulosa.

Lo stesso argomento vale per l'inclinazione e per il fatto che anche se le orbite dei pianeti sono ellittiche, non sono così lontane dalla circolare che un'orbita casuale sarebbe.

— SE - smetti di licenziare i bravi ragazzi
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Ma la legge dei grandi numeri si somma a una media. Lanciare pianeti come i dadi non farebbe mediamente una rotazione del pianeta. Non è strano che i dadi mostrino un numero pari di punti quasi sempre? Se la rotazione della nebulosa influenza la rotazione di ciascun pianeta, ma non quella degli asteroidi, allora ho bisogno di ulteriori spiegazioni per capire come sia così. C'è qualche relazione tra la rotazione della nebulosa solare e la rotazione dei singoli pianeti formati al suo interno?

— LocalFluff

3

@LocalFluff Che la media del movimento casuale sarà zero è il mio punto! La rotazione risultante è dovuta all'unico componente non casuale, la rotazione della nebulosa solare.

— SE - smetti di sparare ai bravi ragazzi il

Questa sarebbe la spiegazione più sana, ma comunque piuttosto breve. In che modo la rotazione della nebulosa solare influenza sistematicamente ogni singolo pianeta che si forma in esso allo stesso modo? La metà dei pianeti non dovrebbe essere stata colpita in modo tale da ribaltarli?

— LocalFluff

1

Odio fare nitpick, ma il tuo terzo paragrafo mescola molto la parola dadi. "lanciare un dado" dovrebbe essere "lanciare un dado ", e "taglia" non è una parola, la forma plurale corretta è "dadi". Ho provato a suggerire una modifica ma non era abbastanza personaggi da contare.

— Cody,

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Devo essere d'accordo con LocalFluff qui. Ti sei fermato appena prima di rispondere alla domanda descrivendo come la "rotazione non casuale della nebulosa solare" in realtà fa ruotare i pianeti mentre lo fanno. Se la tua tesi è che gli asteroidi che si combinano casualmente si combinano con la media, allora in media gli asteroidi ruotano con il disco e la domanda rimane quindi come sono arrivati a ruotare in quel modo (in media). Hai appena spostato la domanda in un altro regno, ma non hai fornito risposta.

— Zefiro,

3

Ricorda che in un disco protoplanetario la velocità di rotazione , che è kepleriana, poiché una distanza della stella r varia come Questo dovrebbe servire a illustrare parte del punto: in qualsiasi abbiamo e viceversa. Così visto dalla posizione del pianeta, il gas e la polvere "sinistra" di esso scorre sistematicamente più velocemente e "destra" scorre sistematicamente più lentamente del pianeta. Quindi, se tu accludessi una frazione sostanziale della tua massa totale, finale e quindi del momento angolare da questo flusso, induresti automaticamente una rotazione sistematica. $v_r$

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})

$v_r>v_r(r_0)$

Ma quando è rilevante?
La regione dalla quale un protopianeta o un asteroide può accedere è al massimo la sua sfera di influenza gravitazionale, anche la sfera di Hill con raggio dove come sopra, è una distanza dell'asse semi-maggiore.

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}

$r_0$

Ora, se questo è troppo piccolo per percepire i gradienti di velocità in (1), o detto diversamente, se l'oggetto in non è abbastanza massiccio da a di estendersi significativamente nel disco protostellare, l'accumulo accumulerà momenti casuali. Se il protopianeta riesce a crescere fino a diventare una sostanziale sfera di Hill, inizia ad accumulare gas e solidi con un'enorme differenza di velocità , che è sempre sistematica, anziché casuale. $r_H$ $r_H$
$v_r(r)-v_r(r_0)$

TL; DR Piccoli oggetti, all'incirca al di sotto delle dimensioni degli asteroidi, danno impulsi casuali al momento. Gli oggetti massicci, protoplanetari e superiori, esprimono differenze sistematiche di velocità, dando loro un momento angolare netto.

— AtmosphericPrisonEscape
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Puoi essere certo che il disco protoplanetario è Kepleriano? Hai una fonte? Come sottolinea LocalFluff , ciò comporterà una rotazione differenziale del disco (più veloce più ci si avvicina) che dovrebbe comportare l'allineamento opposto delle rotazioni rispetto alla rivoluzione del disco. Il disco è un oggetto esteso con molte forze in competizione oltre a una forza di gravità centrale e penso che dire che è Kepleriano sia al massimo un'approssimazione molto approssimativa.

— Zefiro,

Posso certamente concordare sul fatto che al momento della creazione del disco, queste altre forze dovrebbero essere trascurabili e sarà molto vicino a Keplerian, ma a quel punto, probabilmente i protopianeti avranno già le loro direzioni di rotazione finali (salvo eventuali collisioni importanti).

— Zefiro,

@zephyr: assolutamente sbagliato sui tempi. Perché dovrebbe essere? Il disco di Keplerian si stabilisce su una scala temporale a caduta libera insieme alla stella centrale. Da allora in poi, tra la nascita dei pianeti e la dissipazione del disco a un'età di 1-10 Myrs è quasi Kepleriano. Sono d'accordo sul fatto che il disco non sia perfettamente Kepleriano, in quanto vi sono gradienti di pressione nel gioco, ma questi rappresentano una percentuale del sottoceplerismo. Per il momento angolare planetario, devi considerare il momento relativo, quindi l'argomento di LocalFluff è sbagliato.

— AtmospherPrisonEscape

2

Conservazione del momento angolare. La rotazione del disco protoplanetario sarà determinata casualmente quando si forma inizialmente, ma poi diventa il fattore dominante. La materia nel disco sta quindi orbitando attorno al centro di massa nella stessa direzione, anche se si raggruppa in asteroidi e quindi protopianeti. Anche se gli oggetti hanno una propria rotazione individuale, tutti hanno l'effetto più grande del disco che li influenza. Quindi tutti i pianeti ruotano nella stessa direzione, tranne Urano e Venere. Penso che l'ipotesi per quelli sia ancora una collisione protoplanetaria che ha fatto cadere Urano su un fianco e Venere proprio sopra.

— GBowman
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La tendenza non dovrebbe essere quella di ruotare nella direzione opposta poiché la parte interna del disco (e il pianeta) orbita più velocemente di quella esterna?

— LocalFluff

1

La conservazione del momento angolare preserva in gran parte il momento angolare quando le nebulose planetarie gassose si condensano per formare pianeti nonostante l'attrito e le collisioni. Questo è illustrato di seguito.

Il momento angolare dei corpi nel nostro sistema solare è riportato in http://www.zipcon.net/~swhite/docs/astronomy/Angular_Momentum.html

Non sono costanti ma i pianeti gassosi sono dello stesso ordine di grandezza. Momento angolare orbitale Raggio orbitale del corpo (km) periodo orbitale (giorni) massa (kg) L

Mercurio 58.e6 87,97 3,30e23 9,1e38

Venere 108.e6 224,70 4,87e24 1,8e40

Terra 150.e6 365.26 5.97e24 2.7e40

Marte 228.e6 686,98 6,42e23 3,5e39

Giove 778.e6 4332,71 1,90e27 1,9e43

Saturno 1429.e6 10759.50 5.68e26 7.8e42

Urano 2871.e6 30685,00 8,68e25 1,7e42

Nettuno 4504.e6 60190,00 1,02e26 2,5e42

Sono di ordine e ^ 43. (Marte ha un momento angolare inferiore. Alcuni potrebbero essere stati distribuiti alla cintura di asteroidi.)

Ogni pianeta esterno sembra avere lo stesso momento angolare!

Inizialmente pensavo che Surya Siddhanta usasse la costanza del momento angolare, ma è ancora più semplice. È semplicemente una teoria dello spazzaneve che fa orbite più grandi raccogliere più particelle. Vedi "In che modo gli autori di Surya Siddhanta hanno trovato i diametri di altri pianeti nel sistema solare?"

Sto dando questa tabella per illustrare la costanza del momento angolare anche nel nostro sistema solare presumibilmente condensato dalla nebulosa solare primordiale, un fatto che gli antichi avrebbero potuto usare per determinare i diametri planetari. La costanza del momento angolare richiede che i pianeti ruotino e orbitino attorno al Sole (o al centro di massa).

Se c'è stato un momento angolare per cominciare, si capisce. Qualsiasi grande massa di gas o nebulosa formerà infine vortici per turbolenza con rotazioni in direzioni opposte quando le rotazioni sorgono naturalmente (per instabilità del fluido). Se ogni parte si condensa in una stella (e sistema solare) si verificheranno sistemi planetari.

Il nostro sistema solare potrebbe essere stato formato con un altro meccanismo che è una stella di passaggio che ha impartito momento angolare alla nebulosa solare originale.

I corpi su larga scala si condensano anche in galassie (diciamo) e devono avere buchi neri ai loro centri per intrappolare il momento angolare. Il momento angolare non può essere distrutto.

Vorrei aggiungere questo, il momento angolare rotazionale di tutti i corpi.

Momento angolare rotazionale, L

Corpo / massa kg / raggio (km) periodo di rotazione (giorni) / L

Sole / 695000 /24.6 /1.99e30 /1.1e42

Terra / 6378 /0.99 /5.97e24 /7.1e33

Giove / 71492 /0.41 /1.90e27 /6.9e38

Si noti che anche il momento angolare rotazionale del Sole è e ^ 42. Il momento angolare di rotazione di tutti i pianeti è piccolo rispetto al momento angolare orbitale.

I pianeti esterni e il Sole hanno lo stesso momento angolare!

Una specie di equipartizione del momento angolare al lavoro?

— Partha Shakkottai
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