Question

为什么很多星系、太阳系、土星环都是扁的呢？

Answer 1

物理学家：“吸积”也许是最简短的答案。

图解:吸积，使物质在数十亿年里变得扁平。

吸积是指物质因为受到重力从尘埃星云、气体星云，或是（通常是）尘埃气体星云上坍塌下来的过程。在思考气体星云的内部撞击之前，不如先想想两团尘埃相撞会发生什么。

图解：很多碰撞都是非弹性的，它们会损失能量，粒子轨迹会被“中和”一点点。极端情况是，它们会粘在一起。

在完美弹性碰撞中，相撞物体会沿着与来时差不多的角度反弹。大多数碰撞是非弹性碰撞，意味着它们会损失能量，而且它们轨迹之间的夹角也会在碰撞后减小。在极端非弹性碰撞中，粒子会粘在一起。这种情况在微小颗粒中很常见。

图解：食盐在零重力下会因为静电力自然凝结。（点击图片观看视频）

久而久之，这些撞击会释放能量（以热和光的形式）。这种能量损失导致星云物理性收缩，因为失去能量会让其中的尘埃和气体颗粒放慢运动速度（轨道就会越来越低）。但这些撞击也“平均”了它们的轨迹。所以，一个松软的大星云内部的每粒尘埃和气体原本运行在四面八方的轨道上，但在吸积过程中，它们最终会平均稳定到同一个旋转平面上。

每个气体原子和每粒尘埃都在各自的环形轨道上运动，牵引它们的重力来自各粒气体尘埃的协同作用（重力并非源自一处）。虽然它们各自的路径都很随机，但总会有个整体旋转的大方向。人们的想法是，太空中的任何星云的起始都多多少少牵涉到旋转。这不难理解；往杯子里倒咖啡时，总会有些颗粒在旋转。咖啡杯里的湍流现象自然地以各种规模出现在宇宙里（但通常都是宇宙级规模）。所以，一般而言，任何星云都会有个旋转方向。

星云内部的物体会继续撞击彼此直至它们完成以下三点的任意一点：1）逸出，2）掉入中心，3）随波逐流。星云的大部分成分最后会停留在它的中心。例如，太阳以一己之力组成了太阳系99.86%的物质。那些停止撞击并随波逐流的成分构成星云的环。任何不在环平面上的物体轨道一定会穿越环平面，这意味着它会继续撞击并失去能量。最后，这些“轨道不对”的物体要么像其他物体那样在星云环轨道上运行，要么失去动能掉落到下方的行星或恒星上。

这些星云环本身都很奇妙。它们内部必定有较高密度的“肿块”吸引周围物质。最后这些肿块会在一个大吸积盘里变成无数小吸积盘。太阳系这个大吸积盘内部的所有行星形成了“黄道面”。其中有个肿块变成了木星，它的一组卫星也是在环绕木星的吸积盘里形成的。其实，因为木星卫星的分布与太阳系剩余部分（都在相同平面运行）很相似，所以早期天文学家借助它们理解了整个太阳系。因为立足于其中一个移动的行星（地球）表面很难看明白太阳系行星们的运动，有了木星这样的直观范例就好多了。

图解：行星们通常都位于 “黄道”这个平面。由于地球也在这个平面内，所以天上的黄道看起来是一根带子，太阳和所有行星都在这根带子里。类似地，木星的卫星们也都位于木星平面。

话虽如此，这些肿块也会添乱。行星和卫星们不仅围着太阳转，它们之间也会互相影响。有时这会导致行星撞击和大爆炸等严重后果。月亮的主要形成理论之一就是一次这样的撞击。但是这种相互作用有时会把较小物体弹向偏离平面的奇怪轨道。因为知道易于在同一个平面内发现行星，天文学家的工作轻松了很多。

从地球看去，其他行星都没偏离细细的黄道带。冥王星是第二颗被发现的矮行星（第一课是谷神星），因为它的运行轨道紧邻所有其他行星的轨道面，而且也位于黄道带中。矮行星齐娜和它的卫星加百列在远离黄道的轨道上运行，这也是它们直到2005年才被发现的主要原因（毕竟太空太大）。齐娜和加百列的官方名字分别是阋神星和阋卫一，但我支持发现者给它们起的名字，因为都很好听。

所以虽然物体确实可以在奇怪的轨道上运行，但要小心避让不可避免会在那碰到的一些垃圾。齐娜通常是冥王星的两倍远，冥王星本身就是那边的被避让对象。

并非所有物质都会形成吸积盘。相关物质要相互作用才能形成吸积盘。气体和尘埃很会相互作用。而一旦形成了吸积盘，恒星们几乎不会互相作用。例如，当（不是如果）仙女座和银河系互相撞击时，真的不太可能有任何恒星发生对撞（它们太小了，而且相隔很远）。然而，不同的大型气体星云每次都会相撞并引发一连串新恒星的形成。四十亿年后，天空会变得异常绚丽多姿。

参考资料

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

3. The Physicist- askamathematician- Cornucopia

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