¿Por qué los planetas tienden a girar en la misma dirección aunque se hayan formado a partir de asteroides que caen?

Las inclinaciones axiales de los asteroides parecen variar aleatoriamente (avíseme si esta premisa es incorrecta), mientras que los planetas tienen una fuerte tendencia a rotar de la misma manera. Si los planetas se formaron por la colisión de asteroides, ¿no debería la suma de inclinaciones aleatorias dar como resultado una rotación planetaria aleatoria? Por supuesto, otros factores son importantes, como el ángulo y la velocidad de los impactos, el efecto YORP, la ruptura centrífuga y demás, pero ¿cómo podría eso en conjunto tener algún efecto sistemático en la rotación?

Ceres se comporta con una inclinación de 4°, pero el otro de los primeros asteroides descubiertos tiene inclinaciones de 84°, 50°, 42°. Las partículas de polvo (y las moléculas de gas, si corresponde) seguramente giran al azar. La nebulosa solar tenía un giro neto que la gravedad y la fricción han manifestado en las órbitas de los planetas. Pero, ¿no debería la red de rotación ser individual para cada planeta, con inclinaciones no correlacionadas, como lo es la orientación orbital para cada estrella?

Supongo que la inclinación orbital debe considerarse además de la inclinación axial.
Uno de mis pequeños videos favoritos relacionados con esto: youtube.com/watch?v=tmNXKqeUtJM

Respuestas (4)

Tiene razón en que la inclinación de los asteroides se distribuye de manera muy aleatoria, y que la rotación de la nebulosa solar contribuye en menor medida a esa inclinación, y solo la sesga un poco.

Sin embargo, no tiene razón en que la aleatoriedad simplemente suma. De hecho, la aleatoriedad se cancela cada vez más cuando combinas una gran cantidad de asteroides, hasta que la rotación de la nebulosa se convierte en el factor dominante. Esto está relacionado con la Ley de los grandes números .

Por ejemplo, tirar un dado. El resultado es aleatorio. Tira 10 dados, calcula su suma y divide por 10. ¿Ya no estás tan lejos del promedio? Puedes hacer lo mismo con miles de dados o millones de asteroides. Cuando el número de asteroides que forman un objeto es realmente elevado, la inclinación no va a estar muy lejos del valor medio, determinado por la rotación de la nebulosa.

El mismo argumento se aplica a la inclinación y al hecho de que, aunque las órbitas de los planetas son elípticas, no están tan lejos de ser circulares como lo sería una órbita aleatoria.

Pero la ley de los grandes números suma un promedio. Lanzar planetas como dados no daría como resultado una rotación de planetas en promedio. ¿No es extraño que el dado muestre un número par de puntos casi todo el tiempo? Si la rotación de la nebulosa afecta la rotación de cada planeta, pero no la de los asteroides, entonces necesito más explicación para entender cómo es eso. ¿Existe alguna relación entre la rotación de la nebulosa solar y la rotación de los planetas individuales formados dentro de ella?
@LocalFluff ¡Mi punto es que el promedio del movimiento aleatorio será cero! La rotación resultante se debe a la única componente no aleatoria, la rotación de la nebulosa solar.
Esa sería la explicación más sensata, pero todavía bastante corta. ¿Cómo afecta sistemáticamente la rotación de la nebulosa solar a todos y cada uno de los planetas que se forman en ella de la misma manera? ¿No debería haber sido impactada la mitad de los planetas de una manera que los volcó?
Odio ser quisquilloso, pero tu tercer párrafo confunde mucho la palabra dados. "tirar un dado" debería ser "tirar un dado ", y "dados" no es una palabra, la forma plural adecuada es "dado". Intenté sugerir una edición, pero no había suficientes caracteres para contar.
Tengo que estar de acuerdo con LocalFluff aquí. Te detuviste justo antes de responder la pregunta describiendo cómo la "rotación no aleatoria de la nebulosa solar" en realidad hace que los planetas giren como lo hacen. Si su argumento es que los asteroides que se combinan aleatoriamente se combinan en promedio, entonces, en promedio, los asteroides giran con el disco y la pregunta sigue siendo cómo llegaron a rotar de esa manera (en promedio). Simplemente cambió la pregunta a un ámbito diferente, pero no proporcionó ninguna respuesta.

Recuerde que en un disco protoplanetario la velocidad de rotación v r , que es kepleriana, ya que la distancia de la estrella r varía como

v r ( r ) = GRAMO METRO r                           ( 1 )
Esto debería servir para ilustrar parte del punto: en cualquier r < r 0 tenemos v r > v r ( r 0 ) Y a la inversa. Así visto desde la posición del planeta, el gas y el polvo 'a la izquierda' fluyen sistemáticamente más rápido, y 'a la derecha' fluye sistemáticamente más lento que el planeta.
Por lo tanto, si acumulara una fracción sustancial de su masa final total y, por lo tanto, del momento angular de este flujo, induciría un giro sistemático automáticamente.

Pero, ¿cuándo es esto relevante?
La región desde la cual un protoplaneta o asteroide puede acrecentarse es máximamente su esfera de influencia gravitacional, también Hill-esfera con radio

r H = r 0 metro pag yo a norte mi t 3 metro s t a r 3                   ( 2 )
dónde r 0 como arriba, es una distancia semieje mayor.

ahora si esto r H es demasiado pequeño para sentir los gradientes de velocidad en (1), o dicho de otra manera, si el objeto que se acumula no es lo suficientemente masivo para r H para extenderse significativamente en el disco protoestelar, entonces la acreción acumulará momentos aleatorios.
Si el protoplaneta logra crecer hasta convertirse en una esfera Hill sustancial, comienza a acumular gas y sólidos con una gran diferencia de velocidad. v r ( r ) − v r ( r 0 ) , que siempre es sistemática, en lugar de aleatoria.

TL; DR Los objetos pequeños, aproximadamente por debajo del tamaño de los asteroides, acumulan impulsos aleatorios. Los objetos masivos, protoplanetarios y superiores, acumulan diferencias de velocidad sistemáticas, lo que les otorga un momento angular neto.

¿Puedes estar seguro de que el disco protoplanetario es kepleriano? Tienes una fuente? Como señala LocalFluff , eso dará como resultado una rotación diferencial del disco (más rápido cuanto más cerca esté) que debería dar como resultado que las rotaciones se alineen de manera opuesta a la revolución del disco. El disco es un objeto extendido con muchas fuerzas en competencia además de una fuerza de gravedad central y creo que decir que es Kepleriano es una aproximación muy aproximada en el mejor de los casos.
Ciertamente puedo estar de acuerdo en que para cuando se establezca el disco, estas otras fuerzas deberían ser insignificantes y serán muy cercanas a Keplerian, pero en ese momento, los protoplanetas probablemente ya tengan sus direcciones finales de giro (salvo colisiones importantes).
@zephyr: Absolutamente equivocado sobre los plazos. ¿Por qué sería eso? El disco Kepleriano se establece en una escala de tiempo de caída libre junto con la estrella central. A partir de entonces, entre el nacimiento de los planetas y la disipación del disco a una edad de 1 a 10 millones de años, es casi kepleriano. Estoy de acuerdo en que el disco no es perfectamente kepleriano, ya que hay gradientes de presión en el juego, pero esos representan un pequeño porcentaje de subkeplerianidad. Para el momento angular planetario, debe tener en cuenta el momento relativo, por lo que el argumento de LocalFluff es incorrecto.

Conservación del momento angular. El giro del disco protoplanetario se determinará aleatoriamente cuando se forme inicialmente, pero luego se convierte en el factor dominante. La materia en el disco orbita alrededor del centro de masa en la misma dirección incluso cuando se agrupa en asteroides y luego en protoplanetas. Aunque los objetos tienen su propio giro individual, todos tienen el efecto mayor del disco que los influye. Entonces todos los planetas giran en la misma dirección, excepto Urano y Venus. Creo que la hipótesis para ellos sigue siendo una colisión protoplanetaria que ha derribado a Urano de lado y a Venus justo por encima.

¿No debería ser la tendencia a rotar en la dirección opuesta ya que la parte interna del disco (y el planeta) orbita más rápido que la externa?

La conservación del momento angular conserva en gran medida el momento angular cuando las nebulosas planetarias gaseosas se condensan para formar planetas a pesar de la fricción y las colisiones. Esto se ilustra a continuación.

El momento angular de los cuerpos en nuestro sistema solar se proporciona en http://www.zipcon.net/~swhite/docs/astronomy/Angular_Momentum.html

No son constantes pero los planetas gaseosos son del mismo orden de magnitud. Momento angular orbital Cuerpo radio orbital (km) período orbital (días) masa (kg) L

Mercurio 58.e6 87.97 3.30e23 9.1e38

Venus 108.e6 224.70 4.87e24 1.8e40

Tierra 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

Neptuno 4504.e6 60190.00 1.02e26 2.5e42

Son del orden e^43. (Marte tiene menos momento angular. Es posible que algunos se hayan distribuido en el cinturón de asteroides).

¡Cada planeta exterior parece tener el mismo momento angular!

Originalmente pensé que Surya Siddhanta usaba la constancia del momento angular, pero es aún más simple. Es simplemente una teoría de quitanieves que hace que las órbitas más grandes recolecten más partículas. Ver "¿Cómo encontraron los autores de Surya Siddhanta los diámetros de otros planetas en el sistema solar?"

Doy esta tabla para ilustrar la constancia del momento angular incluso en nuestro sistema solar que se supone que se condensó a partir de la nebulosa solar primordial, un hecho que los antiguos podrían haber usado para determinar los diámetros planetarios. La constancia del momento angular requiere que los planetas giren y orbiten alrededor del Sol (o el centro de masa).

Si hubo un momento angular para empezar, se entiende. Cualquier gran masa de gas o nebulosa eventualmente formará remolinos por turbulencia con rotaciones en direcciones opuestas a medida que las rotaciones surgen naturalmente (por la inestabilidad de los fluidos). Si cada parte se condensa en una estrella (y un sistema solar), se producirán sistemas planetarios.

Nuestro sistema solar puede haberse formado con otro mecanismo que es una estrella pasajera que impartió un momento angular a la nebulosa solar original.

Los cuerpos a muy gran escala también se condensan en galaxias (digamos) y deben tener agujeros negros en sus centros para atrapar el momento angular. El momento angular no se puede destruir.

Deseo agregar esto, el momento angular de rotación de todos los cuerpos.

Momento angular de rotación, L

Cuerpo/ masa kg/ radio (km) período de rotación (días)/ L

Dom /695000 /24.6 /1.99e30 /1.1e42

Tierra/6378 /0.99 /5.97e24 /7.1e33

Júpiter /71492 /0.41 /1.90e27 /6.9e38

Tenga en cuenta que el momento angular de rotación del Sol también es e^42. Los momentos angulares de giro de todos los planetas son pequeños en comparación con los momentos angulares orbitales.

¡Los planetas exteriores y el Sol tienen los mismos momentos angulares!

¿Algún tipo de equipartición de momentos angulares en el trabajo?

¿Por qué los planetas tienden a girar en la misma dirección aunque se hayan formado a partir de asteroides que caen?
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