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太陽系の惑星、土星の輪っかなど、天体軌道に乗っているものは、なぜほぼ同一平面上(円盤状)にあるのでしょうか?

原始太陽ができて間もない頃は、ガスやチリが四方にあったと思われますが、それらが太陽の赤道面上にのみ、選択的に惑星を作ったのにはどんな理由があるのでしょうか?

お詳しい方ぜひご教示いただけると幸いです。よろしくお願い致します。

質問者からの補足コメント

  • 調べていくうちに「対称性の破れ」が気になってきました。
    なぜ、なぜ、なぜを繰り返していくと、結局のところ「今の人類にはまだわからない」のでしょうか。

    なぜ、この世界は非対称なのか?
    http://gonta0057.at.webry.info/201509/article_1. …

    東京大学国際高等研究所カブリ数物連携宇宙研究機構
    http://www.ipmu.jp/ja/node/1322

    No.6の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時:2017/04/07 21:47
教えて!goo グレード

A 回答 (8件)

太陽系の惑星は、左回りに公転し、左回りに自転しています。

金星のみ右回りに自転しています。また、天王星と冥王星は横倒れとなり、常に同じ面を太陽に向けて自転しています。何故、大多数の惑星は、左回りに公転及び自転しているのでしょうか。

 宇宙空間に漂う塵が次第に集まり、塵の大きな固まりが出来ます。塵はお互いに遠くから万有引力で吸い寄せられ一箇所に集まった為、運動エネルギーを有しています。

 塵はお互いに引き合いながら、中心を回る運動をします。右回りか左回りかどちらか量の多いほうに回転は決定されます。

 塵同士はお互いに引き合っているので、左回りや右回りを各塵が自由に動ける訳ではありません。塵の塊は、平面の円盤状になり、同一方向へ回転する様になります。

 球体であると、塵は縦横様々な方向へ回転することとなりますが、塵同士引き合っているので、バラバラの方向へは回転しません。全ての塵は、同じ方向へ回転するようになります。太陽系は、たまたま左回転となったのです。
 そして、塵は幾つかのリングに別れ、それぞれのリングが一つになり、惑星が出来上がります。その時、リングの内側の塵の移動速度は、リングの外側の塵の移動速度より速いのです。内側程太陽の重力が強く、速く公転しないと太陽に落下してしまいます。

 内側の赤丸の塵が外側の青丸の塵より速度が速く、また公転軌道も短いので、先に進みます。そうすると、赤丸の塵が青丸の塵を引っ張る形になります。赤丸の塵は減速し、青丸の塵は加速します。同じ地点に来た時、青丸の塵の速度が赤丸の塵の速度を上回ります。その為に、外側の青丸の塵の運動エネルギーが勝り、惑星は左回転をする様になるのです。

 また、地球は太陽の重力による潮汐力により太陽方向に長い楕円体に潰れます。地球が太陽に向ける面が変ると、潰れる方向が変るので、地球内部の物質がきしみ大量のエネルギーを使います。公転方向へ自転した方が、自転一回転分太陽に向ける面が変るのが少なくなります。その為に、集まった塵の持つ運動エネルギーの消耗は少なくなります。従って、公転方向へ自転する方がスムーズなのです。

 金星は、何かが衝突しひっくり返ったとしか考えられない。地球も太古の昔、火星程度の星がぶつかり、24度傾いた。そして、もぎ取られた地球の一部が月となったのです。

詳細は、下記のホームページを参照下さい。
http://catbirdtt.web.fc2.com/wakuseinozitenn.html
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この回答へのお礼

大変わかりやすいご資料のリンクありがとうございます。惑星の自転が公転方向と同じになる理由が、内側・外側の塵の相互作用に由来するというのがよくわかりました。「そういうものだ」で止まってしまうのではなく、ひとつひとつの背景にある理由があることを知るととてもおもしろいですね。

お礼日時:2017/04/15 15:36

太陽系の元になった星間ガスは、もっと広い範囲に広がっており、


それが重力収縮する時に、元々あったランダムな運動が収束して
平均化して生じたわずかな運動量が、フィギュアスケーターが
スピンする時に腕を縮めると回転速度が上がるように、収縮した
ガス雲に回転が生じ、その遠心力で重力収縮に抵抗して、円盤状
の回転ガス雲になったのです。
そうして回転している内に、その中で局所的に重力収縮して惑星
や衛星が生じる時にも、そのガス雲の運動がベースになったのです。
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この回答へのお礼

ありがとうございます。皆さんの解説の助けもあり、今までで1番わかりやすいです。重力収縮する時の運動が回転が生じたが、遠心力で円盤状に収束していった。太陽系の星の自転・公転は、その時の回転に由来する、と。

ガス雲が重力収縮し始めた時から、現在の太陽系の形が決まってきたのですね。

お礼日時:2017/04/09 00:29

>原始太陽ができて間もない頃は、ガスやチリが四方にあったと思われます


あなたは惑星や衛星は小天体が太陽の周りに集まってきて出来るモデルを考えているようですが、残念はずれです。太陽系は無視出来る彗星以外太陽の自転軸に垂直な面の上にほぼ全て乗っており、揺らぎは数%しかない、最外殻のオーレルの海までその上に乗っている。これを説明する仮説は非常に簡単で、太陽系は全部一度に出来た。もちろん今日ただのゴミが明日は太陽系の筈は無く少なくとも100億年(いい加減)、中心に最大の質量を持つ回転系が少しずつぶつかり合いながら現在の姿になった。根拠は太陽の自転軸は全ての惑星の公転軸に一致しており、その回転方向(角運動量の正負)も一致している。地球の自転軸はその面から23.5度ずれているが、海王星のような不思議な奴を除くとどれもほぼ同じ方向を向いている。さらに内側の、水、金、地、火は岩石惑星で、木星より遠いとガス惑星になる。岩石惑星とガス惑星の間にある小惑星帯は、昔はそこに惑星があったというロマンチックな話だったが、力学計算をしてみたらその軌道は異常で小惑星帯の成分は互いに邪魔でまとまることが出来ず、太陽系成立当初からその姿だったと言うのが最近のパラダイム。
この回答への補足あり
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この回答へのお礼

ありがとうございます。

なるほど、個々の星ではなく、「太陽系」という1つの回転系で捉えるのですね。現在の太陽の自転・惑星の公転も、太陽系の星のほぼすべての挙動は、原始太陽系のチリの渦に由来していると。はるか昔のチリに、渦が生まれた瞬間から現在の太陽系の形のほぼ全てが決定しているのだろうと。

となると、昔3次元的に分布していたチリが、なぜ渦を巻き始めたのか、という疑問が浮かんできます。銀河といい、なぜみな渦を巻くのでしょうか。

お礼日時:2017/04/07 20:54

それは本当はわからないんです。

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この回答へのお礼

まだわからないことがたくさんありますよね。

お礼日時:2017/04/07 21:00

道理を詰めると、結構難しいみたいですよ(^^;)



太陽系の初期にガスやチリが太陽の周りを取り巻いている
→ それが引力で集まってきて、密度に差ができはじめる
→ 密度の差が大きくなって(つまり、大きな塊ができて)それらが引力で集まっていく(一番大きな塊が太陽)
→このとき、太陽になる部分と、そうでない部分は同じ向きに回る
      ・・・水にできる”渦”を思い出してみて下さい、ある1点の周りを水は回っていますが、右回りと左回りが混ざるなんて事は無いですよね
      これが太陽の自転方向になる
→ でも、太陽にならない部分は、太陽の周りを回っているので、一点に集まらずに円盤状になっていく
      ・・・例えば、太陽の周りに2つの輪があったとします。この2つの輪が引力で引き合えば、いずれ合体して1つの輪になりますね
→ 大きな塊が引力で集まってきて、惑星なんかができていく

実際には、もっと面倒みたいなんですが、大まかなところはこんなもんだと思います(^^)

ちなみに、彗星なんかは、いろいろな軌道面を持つらしいです。
太陽系の外からやってきて彗星になったものや惑星なんかに”弾き飛ばされて”彗星になったものが、
そういう彗星みたいですね(^^)

大雑把で、間違いも含まれているかも知れませんが、
参考になれば幸いです(^^v)
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この回答へのお礼

ありがとうございます。そうですよね、原始太陽系では、太陽ですら塵だったんですよね。それらが総じて同じ回転軸を持ち始めるのはとても不思議です。

お礼日時:2017/04/07 20:37

太陽や、惑星が作る「質量」の重心の運動を考えてみれば分かります。

太陽を含めたすべての惑星は、この「重心」の周りを回転運動するのです。

惑星の公転軌道の平面がまちまちで、3次元的な構造になっていると、太陽も惑星も、この重心位置を中心として上に行ったり下に行ったりと運動が安定しません。互いに「万有引力」で引っ張り合って、だんだんと平衡状態に近づくように変化して行きます。すべての惑星の公転軌道が同一平面になるのが最も安定した平衡状態です。
その平衡状態にかなり近いところまで来ているのが現状ということなのでしょうね。
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この回答へのお礼

「質量」「重心」「万有引力」がキーワードとなり、回転体は円盤に収束していくのですね。大変わかりやすく説明していただきありがとうございます。太陽と惑星が互いにどう影響し合うのかも気になってきます。

また、3次元空間の回転体は2次元平面に収束するのは不思議ですね。超弦理論に従って、もし4次元空間の宇宙があって、その中の回転体は3次元球に収束していくのでしょうか。なぞが深まります。

お礼日時:2017/04/06 22:33

ああ、なるほどですね。

不思議ですね。初めはいろいろだったのが、引力で、で、遠心力があり、で、収束したのでしょうか。
コンピュータ上に似たようなモデルを作ってシミュレーションしてみると面白いかもしれませんね。
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この回答へのお礼

シミュレーション面白そうですね。少し前に、超新星爆発直前の核の挙動をモデリングした人がいましたが、一般の方にも理解しやすいのでいいですよね。

お礼日時:2017/04/06 22:13

重力で縛られつつも、回転の遠心力があると、太陽の赤道面に寄っていくわけで。


太陽系に限らず、身の回りのものも皆そうですもんね。
柔らかいものをくるくる回してやると平べったくなります。
ピザの生地を伸ばす時とか。
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この回答へのお礼

なるほど。流体のような挙動をする物体が回転すると、遠心力で円盤状に平たくなる、のはご説明でわかりました。

ではなぜ、原始太陽系が生まれた時に雲のような塵はみな総じて同じ回転軸(太陽の地軸?)だったのでしょうか?地球とは垂直な軌道を持つ惑星はなぜ生まれなかったのでしょうか?

お礼日時:2017/04/06 20:42

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