Por que os planetas tendem a girar na mesma direção, embora tenham se formado a partir de asteróides?

9

As inclinações axiais dos asteróides parecem variar aleatoriamente (deixe-me saber se essa premissa está errada), enquanto os planetas têm uma forte tendência a girar da mesma maneira. Se planetas foram formados pela colisão de asteróides, a soma das inclinações aleatórias não deveria resultar em rotação planetária aleatória? É claro que outros fatores são importantes, como ângulo e velocidade dos impactos, efeito YORP, ruptura centrífuga e outros enfeites, mas como isso pode ter um efeito sistemático na rotação?

Ceres se comporta com inclinação de 4 °, mas o outro dos primeiros asteróides descobertos tem inclinações de 84 °, 50 °, 42 °. Partículas de poeira (e moléculas de gás, se aplicável) certamente giram aleatoriamente. A nebulosa solar teve um giro líquido cuja gravidade e atrito se manifestaram nas órbitas dos planetas. Mas a rede de rotação não deveria ser individual para cada planeta, com inclinações não correlacionadas, como a orientação orbital é para cada estrela?

planet asteroids rotation planetary-formation LocalFluff
fonte

Suponho que a inclinação orbital deva ser considerada além da inclinação axial.

LocalFluff 3/16

Um dos meus pequenos vídeos favoritos relacionados a este: youtube.com/watch?v=tmNXKqeUtJM

userLTK 4/16/16

É o seguinte: astronomy.stackexchange.com/questions/6183/…

BowlOfRed:

13

Você está certo que a inclinação dos asteróides é distribuída de maneira muito aleatória e que a rotação da nebulosa solar é um contribuinte menor dessa inclinação, e apenas a inclina um pouco.

No entanto, você não está certo quando a aleatoriedade simplesmente se soma. De fato, a aleatoriedade se cancela cada vez mais quando você combina uma grande quantidade de asteróides, até que a rotação da nebulosa se torne o fator dominante. Isso está relacionado à lei dos grandes números .

Por exemplo, jogue um dado. O resultado é aleatório. Jogue 10 dados, calcule a soma e divida por 10. Já não está tão longe da média? Você pode fazer o mesmo com milhares de dados, ou milhões de asteróides. Quando o número de asteróides que formam um objeto é realmente alto, a inclinação não estará longe do valor médio, determinado pela rotação da nebulosa.

O mesmo argumento vale para a inclinação, e o fato de que, embora as órbitas dos planetas sejam elípticas, elas não estão tão longe da circular que seria uma órbita aleatória.

SE - pare de despedir os mocinhos
fonte

Mas a lei dos grandes números soma uma média. Jogar planetas como dados não resultaria em rotação do planeta em média. Não é estranho que os dados mostrem um número par de pontos quase o tempo todo? Se a rotação da nebulosa afeta a rotação de cada planeta, mas não a dos asteróides, preciso de mais explicações para entender como é isso. Existe alguma relação entre a rotação da nebulosa solar e a rotação dos planetas individuais formados dentro dela?

LocalFluff

3

@LocalFluff Que a média do movimento aleatório será zero é o meu ponto! A rotação resultante é devido ao único componente não aleatório, a rotação da nebulosa solar.

SE - pare de demitir os mocinhos

Essa seria a explicação mais sensata, mas ainda bastante curta. Como a rotação da nebulosa Solar afeta sistematicamente todo e qualquer planeta individual que é formado nele da mesma maneira? Metade dos planetas não deveria ter sido impactada de uma maneira que os derrubasse?

LocalFluff 03/02

11

Eu odeio nitpick, mas seu terceiro parágrafo mistura muito os dados da palavra. "jogar um dado" deve ser "jogar um dado " e "corta" não é uma palavra, a forma plural apropriada é "dado". Tentei sugerir uma edição, mas não havia caracteres suficientes para contar.

Cody

2

Eu tenho que concordar com o LocalFluff aqui. Você parou de responder à pergunta descrevendo como a "rotação não aleatória da nebulosa solar" na verdade faz com que os planetas girem da mesma maneira que fazem. Se o seu argumento é que os asteróides combinados aleatoriamente se combinam com a média, então, em média, os asteróides estão girando com o disco e a questão permanece: como eles conseguiram girar dessa maneira (em média). Você acabou de mudar a pergunta para um domínio diferente, mas não forneceu resposta.

Zephyr

3

$v_r$

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})

$v_r>v_r(r_0)$

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}

$r_0$

$r_H$ $r_H$
$v_r(r)-v_r(r_0)$

TL; DR Pequenos objetos, aproximadamente abaixo do tamanho de asteróides, acumulam empurrões aleatórios de momentos. Objetos maciços, protoplanetários e acima, acumulam diferenças sistemáticas de velocidade, dando-lhes um momento angular líquido.

AtmosphericPrisonEscape
fonte

Você pode ter certeza de que o disco protoplanetário é Keplerian? Você tem uma fonte? Como o LocalFluff aponta, isso resultará na rotação diferencial do disco (quanto mais rápido você estiver), o que resultará no alinhamento das rotações opostas da revolução do disco. O disco é um objeto estendido com muitas forças concorrentes além de uma força de gravidade central e acho que dizer que é Keplerian é, na melhor das hipóteses, uma aproximação muito grosseira.

Zephyr

Certamente posso concordar que, no momento em que o disco for estabelecido, essas outras forças deverão ser desprezíveis e serão muito Keplerianas, mas, a essa altura, os protoplanetas provavelmente já terão suas direções finais de rotação (exceto quaisquer colisões importantes).

Zephyr

@zephyr: Absolutamente errado sobre os prazos. Por que isso seria? O disco kepleriano se estabelece em uma escala de tempo de queda livre junto com a estrela central. A partir de então, entre o nascimento dos planetas e a dissipação do disco na idade de 1 a 10 Myrs, é quase Kepleriano. Concordo que o disco não é perfeitamente kepleriano, pois existem gradientes de pressão no jogo, mas esses são responsáveis por alguns por cento da sub-keplerianidade. Para o momento angular planetário, você deve considerar o momento relativo, de modo que o argumento de LocalFluff está errado.

AtmosphericPrisonEscape

2

Conservação do momento angular. A rotação do disco protoplanetário será determinada aleatoriamente quando se formar inicialmente, mas depois se tornará o fator dominante. A matéria no disco está orbitando o centro de massa na mesma direção, mesmo quando se agrupa em asteróides e depois em protoplanetas. Embora os objetos tenham sua própria rotação individual, todos eles têm o efeito maior do disco que os influencia. Então todos os planetas giram na mesma direção, exceto Urano e Vênus. Eu acho que a hipótese para eles ainda é a colisão protoplanetária que derrubou Urano de lado e Vênus por cima.

GBowman
fonte

A tendência não deveria ser girar na direção oposta, uma vez que a parte interna do disco (e o planeta) orbita mais rápido que a externa?

LocalFluff

1

A conservação do momento angular preserva amplamente o momento angular quando as nebulosas planetárias gasosas se condensam para formar planetas, apesar do atrito e das colisões. Isso é ilustrado abaixo.

O momento angular dos corpos em nosso sistema solar é dado em http://www.zipcon.net/~swhite/docs/astronomy/Angular_Momentum.html

Eles não são constantes, mas os planetas gasosos são da mesma ordem de magnitude. Momento angular orbital Raio orbital do corpo (km) período orbital (dias) massa (kg) L

Mercúrio 58.e6 87,97 3,30e23 9,1e38

Vênus 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

Júpiter 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

Netuno 4504.e6 60190.00 1.02e26 2.5e42

Eles são da ordem e ^ 43. (Marte tem momento menos angular. Alguns podem ter sido distribuídos para o cinturão de asteróides.)

Cada planeta exterior parece ter o mesmo momento angular!

Originalmente, pensei que Surya Siddhanta usasse constância de momento angular, mas é ainda mais simples. É simplesmente uma teoria do arado de neve que faz com que órbitas maiores coletem mais partículas. Veja "Como os autores de Surya Siddhanta encontraram os diâmetros de outros planetas no sistema solar?"

Estou fornecendo esta tabela para ilustrar a constância do momento angular, mesmo em nosso sistema solar que se presume ter se condensado a partir da nebulosa solar primordial, fato que os antigos poderiam ter usado para determinar os diâmetros planetários. A constância do momento angular requer que os planetas girem e orbitam em torno do Sol (ou do centro de massa).

Se houve um momento angular para começar é entendido. Qualquer grande massa de gás ou nebulosa formará redemoinhos eventualmente por turbulência com rotações em direções opostas, à medida que as rotações surgem naturalmente (por instabilidade do fluido). Se cada parte condensa em um sistema planetário em estrela (e sistema solar) ocorrerá.

Nosso sistema solar pode ter sido formado com outro mecanismo, que é uma estrela passageira que transmitiu momento angular à nebulosa solar original.

Corpos de grande escala também se condensam em galáxias (por exemplo) e devem ter buracos negros no centro para capturar o momento angular. O momento angular não pode ser destruído.

Gostaria de acrescentar isso, o momento angular rotacional de todos os corpos.

Momento angular de rotação, L

Corpo / massa kg / raio (km) período de rotação (dias) / L

Sun / 695000 /24.6 /1.99e30 /1.1e42

Terra / 6378 /0.99 /5.97e24 /7.1e33

Júpiter / 71492 /0.41 /1.90e27 /6.9e38

Observe que o momento angular rotacional do Sol também é e ^ 42. O momento angular de rotação de todos os planetas é pequeno em comparação com o momento angular orbital.

Os planetas exteriores e o Sol têm a mesma hora angular!

Algum tipo de equipartição de momento angular no trabalho?

Partha Shakkottai
fonte

Por que os planetas tendem a girar na mesma direção, embora tenham se formado a partir de asteróides?

Respostas: