太陽系ができたとき　？

Question

星間雲が中心に向かって収縮し始め「平たくつぶれる」のはどうしてですか？
あと渦を巻くのはどうしてですか？

starflora · Accepted Answer

No.2 の方の回答は、星が、ガス雲から誕生する過程としては、大体あっているのですが、何故、回転しているのかの説明がありません。 
　 
　　＞ちりはお互いの引力によって集まりだし、 
　　＞最後は中心部の高速の回転が始まります。 
　 
　　この「中心部の回転」は何故生じるのか、説明がありません。太陽を構成する塵に、元々特定の回転モメントがあれば、結果的にそうなりますが、回転モメントはどこから出てきたのか、というのが、実は問題の本質なのです。 
　 
　　塵の集団が回転モメントを或る偏りを持って備えていた場合、このような塵が重力収縮して恒星を形成する時、恒星の原始雲は回転し、渦巻いています。しかし、この「回転モメント」はどこから来たのかです。 
　 
　　これについて考えてみて、これまで明確な答えをみたことがないことに気づきました。どこかに説明があるのかも知れませんが、わたしが見たことがないと言うことです。 
　 
　　そこで、ここで考えてみます。思考実験をするのですが、その思考実験が理論的に十分妥当であれば、それが回答になります。少なくとも、有力な説にはなります。 
　
----------------------------------------------------------------------
　 
　　回転モメントはどこから来たのかということは、次のように考えられます。まず、原始恒星の形成開始は、どのように行われるのか、これについて、或る仮説として、かなり一様に星間塵などが高い密度で存在している空間域（これは、直径１０００光年とか、膨大な空間です）があるとすると、この空間域に対し、近く（と言っても、何千光年でもよいのです）で超新星爆発が起こった時、このエネルギーが色々な形で周囲の空間に放出されます。空間を伝わる重力波の衝撃波が伝わるという説があります。あるいは重力波でなくとも、膨大な電磁エネルギーの放射が起こります。これが原因で、一様であったガス雲＝塵の雲のなかで、密度のゆらぎが起こり、それがやがて収縮して、原始恒星にまで、圧縮されて行く、という説があります。 
　 
　　No,2 の方の述べておられる恒星誕生の過程とよく似た話ですが、違う処は、直径１０００光年とかの膨大な範囲のガス雲で、重力的揺らぎが、ほぼ同時に生じるということです。つまり、恒星が誕生する時、或る広い範囲で、かなり多数（この場合、１万個か１０万個か分かりませんが）の原始恒星の誕生が促されます。 
　 
　　こういうことが起こると、同じ大きさの原始恒星雲集団が、均等な間隔で、この空間域で収縮を始めるのではないのです。一番最初はそうかも知れませんが、収縮が進行すると、大きさや配置で、非常に不規則になって来ます。大きな原始恒星へと成長する収縮雲もあれば、小さな原始恒星への収縮雲もあることになります。また、その配置も不規則です。 
　 
　　こういう空間域の多数の収縮雲が、全体として回転を始める可能性は、何か外部要因があれば、ありえると思えますが、全体としては、回転モメントが発生する機構がありません（内部の重力的な作用での運動は、全体としては相殺されるのです）。しかし、空間域内部の収縮雲は、原始恒星へと近づく過程で、相互に重力作用し合うと考えられます。また当然重力相互作用はあるのです。 
　 
　　そこで、どういうことが起こるかと言うと、或る収縮雲が、別の収縮雲を重力的に引きつける、或いは、両者が同じぐらいなら、互いに引き合い接近するということが起こります。この時、仮に二つの収縮雲の接近だと、この二つの収縮雲に対し、周囲の別の収縮雲からの重力作用も働きます。この重力作用は、空間において、当然、等方的ではなく、偏りがあります（つまり、一方のＡの銀河の北の方向に、大きな収縮雲があれば、この方向からの重力の影響が大きくなります。他方のＢは、銀河の西の方向に大きな種宿雲があると、その重力の影響を受けます）。 
　 
　　ＡとＢの互いに引き合う力がもっとも重力としては大きいのですが、Ａに対し、別の収縮雲から重力作用があり、Ｂに対し、Ａのとは違う収集雲から重力作用があって、この作用方向が違い、大きさも違うと（というか、違うのが当然なのです）、ＡとＢが接近しつつ、ＡとＢには、接近方向と垂直な法面に載る他の重力作用があり、ＡとＢで、この作用力の方向が一致するというのは、まずありえません。すると、どういうことになるかと言いますと、ＡとＢには、引力以外に、「偶力」が作用するということになります。 
　 
　　偶力が作用すると、何が起こるかと言うと、ＡとＢは、接近しつつ、互いのまわりを回転するような運動を開始します。つまり、回転モメントがここで生じるのです。 
　 
　　ＡとＢが、収縮の過程を、互いが衝突する前に終わらせる、あるいは、偶力によるモメントで、丁度、太陽に地球などの惑星が落下（というか衝突）しないように、互いに回転しながら、収縮して原始恒星になる時、最終的にどうなるかと言うと、二重連星となります。そして、恒星の大部分は、二重連星で、時に三重、四重連星です。単一恒星系の方が実は珍しいのです。 
　 
　　しかし、太陽系は単一恒星系です。これはどうなっているのか。恐らく、二重連星へと進もうとしたが、相手の収縮雲が小さすぎたのでしょう。あるいは、何か特別な理由があったのかも知れませんが、ともかく、太陽となる原始恒星雲のまわりを回っていた、小型の収縮雲が太陽の引力で壊され、太陽の原始雲と交わりながら、原始太陽の円盤型の渦を形成したのでしょう。（円盤になり、渦を巻くのは、これまでの話のように、二つの収縮雲が「偶力運動」している場合、「偶力の作用面で」円盤の形に収縮し、回転しながら渦を巻きます）。 
　 
　　連星を形成するはずであった一方の収縮雲が、十分な大きさがなかった場合、回転モメントが足りないような気もするのですが、それは最初の収縮と、重力による近接、偶力の付与などの過程で、太陽系には、非常に大きな偶力が与えられたのだと考えると説明できるかも知れません。太陽系のような惑星システムは、どうも珍しいようですから、特別なケースなのかも知れません。 
　 
　　なお、以上の説は、わたしがいま思考実験で考えたものですが、 
　　１）多くの恒星は、連星系で回転モメントを持っている。 
　　２）太陽系の回転モメントの起源は、他の連星系と同様と考えるのが極めて自然である。 
　　３）木星などは、いま少し質量があれば、最小規模の恒星になっているのであり、太陽系は、そういう意味では、潜在的な連星系である。（なりそこねた連星系である）。 
　 
　　というようなことから、理論仮説として十分説得力があります。 
　　太陽系をもう一度実験で造って見ることはできませんから、そうだという証拠はありませんが、そうでないという根拠はなく、そうであるという理論的根拠は大いにあります。 
　 
　　これはわたしが考えて出したモデルですが、仮説として、明確な否定根拠がない限り、回答となります。（こういう「説」であるということです）。また、こういう考えか、または幾分違うヴァリエーションの仮説が、宇宙物理学ですでに存在すると思います。

starflora · Answer

補足します。
　
　　先の説明では、太陽となる大きな収縮雲と、小さな収縮雲を考えたのですが、理論的には同じことなのですが、単一原始恒星でも同じことが起こります。
　
　　つまり、まだかなりな大きさであった収縮雲が、仮に球形をしていたとすると、一方の端と他方の端は、かなりな距離があります。従って、一方の端の領域のガス雲と他方の端のガス雲で、他の収縮雲からの重力作用の方向が異なることが当然あり、この場合、ガス雲自体のなかに、偶力があり、回転モメントがあります。このような収縮雲が原始恒星となり、恒星となると、恒星は自転していることになります。また、恒星とならなかったガス雲は、「重力が偶力・回転モメントより大きいため」、自転の赤道面で、円盤の形になります。そこから、惑星の収縮が起こって、太陽系ができたという説明も可能です。これは、実は、先の説明と、理論的には同じなのですが、違った風に見えますので、追記します。
　
　　無論、この過程で、惑星系を持たない、自転する単一恒星系もできるのかも知れませんが、その場合でも、土星の輪のような、リングガスを備えていると考えるのが自然です。

poor_Quark · Answer

太陽系ができる前は、水素やヘリウム、赤色巨星の爆発などによって作られたわずかばかりの重い元素からなる星間物質が、小さなチリとして宇宙空間にゆっくりと回転しながら漂っていたと考えられています。

　それらが雲のように広がる空間のそばを、天体が通過するなどのアクシデントがきっかけで密度のゆらぎがおこり、そのゆらぎの影響でちりはお互いの引力によって集まりだし、最後は中心部の高速の回転が始まります。この中心部の回転によって原始太陽が生まれ、この天体の自転赤道面に遠心力によって太陽になりきれなかったチリが円盤状に広がります。

　結果として、その頃の太陽系は平たくつぶれるように見え、中心部分は周囲より速くまわっているので渦を巻いている形になるわけです。

　私見てましたから、間違いありません、とは言えませんが、ネタ本は二間瀬敏史著「ここまでわかった宇宙の謎」（講談社プラスアルファ文庫）です。宇宙論は支持される理論がときどき変わることがありますので、今はどうなっているのか、気を付けていたいと思います。

noname#4643 · Answer

中心に向かうのは、お互いに引き合う（万有引力）結果ではないでしょうか。
その結果、ぶつかりある中で回転する力が生まれれば、遠心力で平たくなると思います。
地球だって、自転しているから楕円なんだし。

太陽系ができたとき ？

太陽系ができる前は、水素やヘリウム、赤色巨星の爆発などによって作られたわずかばかりの重い元素からなる星間物質が、小さなチリとして宇宙空間にゆっくりと回転しながら漂っていたと考えられています。

中心に向かうのは、お互いに引き合う（万有引力）結果ではないでしょうか。

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