¿Por qué todos los planetas del sistema solar orbitan aproximadamente en el mismo plano 2D?

Las respuestas de Nic y Approximist tocan los puntos principales, pero vale la pena agregar una palabra adicional sobre la razón por la cual las órbitas se encuentran aproximadamente en el mismo plano: conservación del momento angular.

El Sistema Solar comenzó como una gran nube de cosas, muchas veces más grande que su tamaño actual. Tenía un momento angular inicial muy leve, es decir, en promedio, giraba alrededor de un cierto eje. (¿Por qué? ¡Tal vez solo al azar! Todos los constituyentes volaban, y si sumas esos movimientos aleatorios, generalmente habrá un momento angular distinto de cero). Debido a que el momento angular se conserva, cuando la nube colapsó, la velocidad de rotación se aceleró. (El ejemplo habitual es la patinadora artística que tira de sus brazos mientras gira y acelera en consecuencia).

Un mayor colapso en la dirección perpendicular al plano de rotación no cambia el momento angular, pero un colapso en las otras direcciones lo cambiaría. Entonces, el colapso convierte la nube inicial, cualquiera que sea su forma, en un panqueque. Los planetas se formaron a partir de ese panqueque.

Por cierto, también puedes ver los signos de ese momento angular inicial en otras cosas: no solo todos los planetas orbitan aproximadamente en el mismo plano, sino también la mayoría de sus lunas y la mayoría de las rotaciones de los planetas alrededor de su hachas también.

1. Más o menos sí. La mayoría de los planetas orbitan en el mismo plano pero con pequeñas desviaciones en comparación con el tamaño del sistema. La mayor inclinación relativa es de alrededor de 4 a 6 grados. Esta 'planitud' se debe a la mecánica orbital, donde el sistema solar comenzó siendo esférico, ahora se ha 'descompuesto' en un disco plano. Este disco es esencialmente una configuración estable de baja energía y, por lo tanto, el sistema se ha vuelto cada vez más como un disco con el tiempo.

2. La sonda Voyager 1 está 'abandonándose' del sistema solar mientras hablamos, pero no hay un límite firme real, por lo que es difícil dar una respuesta definitiva.

1. Los planos orbitales de diferentes planetas tienen pequeñas inclinaciones al plano de la eclíptica . El diagrama de wikipedia correspondiente debería dar una mejor vista que las imágenes 2D que has visto.

2. Tanto la Voyager 1 como la 2 están más allá del Sistema Solar

No lo sabemos, pero ahí lo que deduzco es el típico patrón de hipótesis, la teoría del disco de acreción, que intenta encontrar un modelo dinámico que pueda explicar lo que vemos, particularmente en nuestro propio sistema solar, que es el único que tenemos. información muy completa sobre. Además de ver que todos los planetas de nuestro propio sistema solar orbitan en el mismo plano, también podemos observar muchas distribuciones de discos alrededor de otros pozos de gravedad fuerte, que también llamamos discos de acreción.

Según tengo entendido, la razón por la que la mayoría de la materia en órbita termina en el mismo plano es algo como esto:

Creo que la suposición es que había mucho polvo distribuido de manera bastante homogénea en una región más grande que el sistema solar. Los conglomerados convierten el polvo en una distribución aleatoria de glóbulos y la gravedad finalmente atrae a la mayoría de los glóbulos a glóbulos más grandes (protoplanetas) que tienen velocidades de escape crecientes mientras queda suficiente polvo. Los globos se combinan hasta que la mayor parte de la masa está en una gran concentración u otra, típicamente una más grande, pero a veces dos o más.

Así como la gravedad atrae la mayor parte del polvo cercano a una velocidad similar hacia la acumulación local más grande, uniéndose a ella, un sistema lleno de globos (que orbitan alrededor de una protoestrella en una nube esférica aleatoria de órbitas) tendría los globos interactuando entre sí por gravedad, lo que resultaría en trayectorias inestables y cada vez más colisiones. Cuanto más se cambia aleatoriamente una órbita, mayor es la probabilidad de que golpee algo (globos de protoestrellas o protoplanetas) y se una a ellos, y también cancele algo de velocidad en la colisión. Aunque la inercia seguiría cayendo hacia una nube aleatoria de órbitas en ningún plano en particular, una vez que la nube termina aleatoriamente con cualquier cantidad de concentración de grandes globos en el mismo plano aproximado, ese plano tendrá más atracción neta y más posibilidades de colisión. capturar, que otros aviones, y a medida que ese avión captura materia de las órbitas en otros planos, la desviación se absorberá en las colisiones, y la materia en ese plano en sí misma atraerá a la otra materia en ese plano, lo que resultará en más y más colisiones que cancelan la desviación en ese plano. . Es decir, sería un efecto de bucle de retroalimentación positiva. Sin embargo, las etapas y los números involucrados son desconocidos, por lo que incluso si la teoría tiene sentido, la situación real podría no funcionar de esa manera, porque el efecto teórico podría no estar lo suficientemente cerca en la práctica para tener el resultado que vemos. . No conocemos ambos porque no conocemos los detalles del estado inicial que formó nuestra estrella u otras, y creo que sería una tarea abrumadora tratar de modelar el progreso de cualquiera de ellos durante tanto tiempo (y para hacerlo muchas veces para ver tendencias y posibilidades). la desviación se absorberá en las colisiones, y la materia en ese plano en sí misma tirará de la otra materia en ese plano, lo que resultará en más y más colisiones que anulan la desviación en ese plano. Es decir, sería un efecto de bucle de retroalimentación positiva. Sin embargo, las etapas y los números involucrados son desconocidos, por lo que incluso si la teoría tiene sentido, la situación real podría no funcionar de esa manera, porque el efecto teórico podría no estar lo suficientemente cerca en la práctica para tener el resultado que vemos. . No conocemos ambos porque no conocemos los detalles del estado inicial que formó nuestra estrella u otras, y creo que sería una tarea abrumadora tratar de modelar el progreso de cualquiera de ellos durante tanto tiempo (y para hacerlo muchas veces para ver tendencias y posibilidades). la desviación se absorberá en las colisiones, y la materia en ese plano en sí misma tirará de la otra materia en ese plano, lo que resultará en más y más colisiones que anulan la desviación en ese plano. Es decir, sería un efecto de bucle de retroalimentación positiva. Sin embargo, las etapas y los números involucrados son desconocidos, por lo que incluso si la teoría tiene sentido, la situación real podría no funcionar de esa manera, porque el efecto teórico podría no estar lo suficientemente cerca en la práctica para tener el resultado que vemos. . No sabemos ambos porque no conocemos los detalles del estado inicial que formó nuestra estrella u otras, y creo que sería una tarea abrumadora tratar de modelar el progreso de cualquiera de ellos durante tanto tiempo (y para hacerlo muchas veces para ver tendencias y posibilidades). y la materia en ese plano en sí misma estará tirando de la otra materia en ese plano, resultando en más y más colisiones que anulan la desviación en ese plano. Es decir, sería un efecto de bucle de retroalimentación positiva. Sin embargo, las etapas y los números involucrados son desconocidos, por lo que incluso si la teoría tiene sentido, la situación real podría no funcionar de esa manera, porque el efecto teórico podría no estar lo suficientemente cerca en la práctica para tener el resultado que vemos. . No conocemos ambos porque no conocemos los detalles del estado inicial que formó nuestra estrella u otras, y creo que sería una tarea abrumadora tratar de modelar el progreso de cualquiera de ellos durante tanto tiempo (y para hacerlo muchas veces para ver tendencias y posibilidades). y la materia en ese plano en sí misma estará tirando de la otra materia en ese plano, resultando en más y más colisiones que anulan la desviación en ese plano. Es decir, sería un efecto de bucle de retroalimentación positiva. Sin embargo, las etapas y los números involucrados son desconocidos, por lo que incluso si la teoría tiene sentido, la situación real podría no funcionar de esa manera, porque el efecto teórico podría no estar lo suficientemente cerca en la práctica para tener el resultado que vemos. . 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No conocemos ambos porque no conocemos los detalles del estado inicial que formó nuestra estrella u otras, y creo que sería una tarea abrumadora tratar de modelar el progreso de cualquiera de ellos durante tanto tiempo (y para hacerlo muchas veces para ver tendencias y posibilidades).

También hay un efecto en el que la energía tomada del momento de rotación de la materia que se convierte en una masa se libera en chorros bipolares, de los que no entiendo la física, pero otros sí, y hay observaciones espectaculares que lo muestran claramente.

Una posibilidad que se me ocurre es que tal vez lo que realmente sucedió, ya sea solo en nuestro caso, o tal vez en la mayoría o en toda la formación estelar, es que dos enormes campos de polvo con diferentes velocidades generales se cruzaron - esa intersección (me parece) tendería a ser un plano localmente, y daría como resultado fricción, velocidades y concentraciones enfocadas en un plano desde el principio. Tal vez las nubes de polvo sigan siendo nubes de polvo excepto cuando dos nubes de polvo con diferentes velocidades y suficiente densidad se encuentran de la manera correcta, y esto tiende a conducir a un plano orbital, junto con las tendencias en la teoría del disco de acreción.

Sin embargo, habiendo dicho todo eso y mirando varios artículos para comprobarlo, me encontré con un sitio bastante bueno lleno de explicaciones de cosas con una sección de discos de acreción que entra en muchos detalles, que recomiendo encarecidamente: http://www. eruditopedia.org/article/Accretion_discs