¿Por qué la mayoría de los planetas no giran retrógrados? [duplicar]

Básicamente, regrese a las nubes de partículas pre-planetarias, y como se explica en

friki.com ,

Para responder a la pregunta tenemos que volver al principio, a la formación de un sistema solar como el nuestro. Antes de que exista una estrella y sus planetas, solo hay una nube de gas desorganizado y pequeñas moléculas. Esto a menudo se denomina nube molecular o "vivero estelar". Las nebulosas del Águila y Orión son algunas de las guarderías estelares más famosas que hemos podido observar con el Telescopio Espacial Hubble. Estas nubes están compuestas principalmente de hidrógeno molecular, que no podría congregarse fuera de las densas nubes moleculares. Estas nubes pueden ser de cualquier tamaño, no solo estructuras masivas como la Nebulosa de Orión. Con el tiempo, la energía de las moléculas en la nube que empujan hacia afuera puede ser superada por moléculas más lentas que colapsan juntas más adentro. Siempre que haya suficiente masa en la nube molecular, continúa colapsando hacia el centro hasta que alcanza una masa lo suficientemente alta como para fusionar hidrógeno y convertirse en una nueva estrella. El giro que vemos claramente ahora está relacionado con el proceso de colapso de la nube molecular. La nube original era muy, muy grande y estaba formada por muchas moléculas individuales y pequeños cúmulos de materia. En esa escala, hay una pequeña cantidad de rotación dentro de la nube. Podría ser causado por la gravedad de los objetos estelares cercanos, las diferencias locales de masa a medida que la nube se agita o incluso el impacto de una supernova distante. El punto es que la mayoría de las nubes moleculares tienen al menos una pequeña rotación. muy grande y formado por muchas moléculas individuales y pequeños grupos de materia. En esa escala, hay una pequeña cantidad de rotación dentro de la nube. Podría ser causado por la gravedad de los objetos estelares cercanos, las diferencias locales de masa a medida que la nube se agita o incluso el impacto de una supernova distante. El punto es que la mayoría de las nubes moleculares tienen al menos una pequeña rotación. muy grande y formado por muchas moléculas individuales y pequeños grupos de materia. En esa escala, hay una pequeña cantidad de rotación dentro de la nube. Podría ser causado por la gravedad de los objetos estelares cercanos, las diferencias locales de masa a medida que la nube se agita o incluso el impacto de una supernova distante. El punto es que la mayoría de las nubes moleculares tienen al menos una pequeña rotación.

A medida que la nube colapsa para formar una estrella, tiene lo que los físicos llaman momento angular. Este es el movimiento que tiene un objeto cuando gira alrededor de un punto central. En un sistema grande como una nube molecular, cada partícula tiene un momento angular y todo se suma en un área muy amplia. Eso es mucho impulso, y se conserva a medida que la nube continúa colapsando. Pero, ¿cómo nos lleva eso a los objetos que giran y orbitan?

Imagina a un patinador artístico dando vueltas con los brazos extendidos. Ese es un modelo de momento angular como una nube de gas que se derrumba. Cuando los brazos se tiran hacia adentro, la velocidad de rotación aumenta porque el momento angular total se conserva a menos que haya alguna fuerza externa que actúe sobre él. Hay tales fuerzas que actúan sobre el patinador artístico, pero menos sobre una nube molecular que colapsa. Entonces, si una nube molecular tuviera tal vez un año luz de diámetro y luego colapsara para ser solo una fracción de eso, sería un gran cambio de tamaño. Al igual que el patinador artístico que tira de sus brazos, la velocidad debe aumentar para conservar el momento angular y, por lo tanto, formar un disco protoestelar giratorio. Es a partir de esta materia en órbita que se forman todos los planetas y, por supuesto,

Citando de wikipedia sobre el misterio de los planetas que se comportan mal:

Los ocho planetas del Sistema Solar giran alrededor del Sol en la dirección en que gira el Sol, que es en sentido contrario a las agujas del reloj cuando se ve desde arriba del polo norte del Sol. Seis de los planetas también giran alrededor de su eje en esta misma dirección. Las excepciones, los planetas con rotación retrógrada, son Venus y Urano. La inclinación axial de Venus es de 177 grados, lo que significa que gira casi exactamente en la dirección opuesta a su órbita. Urano tiene una inclinación axial de 97,77 grados, por lo que su eje de rotación es aproximadamente paralelo al plano del Sistema Solar. La razón de la inusual inclinación axial de Urano no se conoce con certeza, pero la especulación habitual es que durante la formación del Sistema Solar, un protoplaneta del tamaño de la Tierra colisionó con Urano, provocando la orientación sesgada.[6]

Es poco probable que Venus se haya formado con su rotación retrógrada lenta actual, que dura 243 días. Venus probablemente comenzó con una rotación progresiva rápida con un período de varias horas como la mayoría de los planetas del sistema solar. Venus está lo suficientemente cerca del Sol como para experimentar una disipación de marea gravitacional significativa, y también tiene una atmósfera lo suficientemente gruesa como para crear mareas atmosféricas impulsadas térmicamente que crean un par retrógrado.

Esa es una pregunta interesante ya que está lejos de ser obvia. En realidad, durante bastante tiempo se creyó que los planetas deberían girar retrógrados (al menos podemos rastrearlo hasta Laplace en su Exposition du Système du Monde publicada en 1976, donde desarrolló su hipótesis nebular).

¿Cómo probar que el planeta debería girar progrado? Tendremos que volver a su historial de formación. Comencemos con un caso ideal: partículas que se mueven en órbitas elípticas alrededor de un objeto central de masa$M$, con un protoplaneta de masa$m_0$, y girando en una órbita elíptica. Veamos lo que sucede en un punto dado a una distancia$r$del objeto central. Primero, para un planetesimal en una órbita externa tangencial, luego para un planetesimal en una órbita interna tangencial.

Órbita externa tangencial

Podemos escribir la segunda ley de Newton${\bf F} = m {\bf a}$y proyectarlo sobre el eje de la trayectoria actual (normal y tangente), sabiendo que la aceleración es siempre algo así como$v^2/R$, con$R$el radio de curvatura (que es diferente de$r$, la distancia al objeto central). Obtenemos para la componente normal:

$R_{ext}$siendo el radio de curvatura del planetesimal en una órbita externa. Para el protoplaneta:

$\alpha$teniendo el mismo valor para ambos objetos, ya que denota el ángulo entre la dirección hacia el centro de curvatura y el objeto central y siendo las órbitas tangenciales en este punto específico, donde$r$la distancia al objeto central también es la misma. Por lo tanto:

Como$R < R_{ext}$, tenemos$v < v_{ext}$.

Órbita interna tangencial

Con el mismo argumento, podemos demostrar que$v > v_{int}$(Lo dejo como ejercicio; punto de bonificación extra si lo haces con la ley de conservación de energía).

Consecuencias

Si vas en el marco de referencia del protoplaneta, verás el planetesimal interno, girando a menor velocidad, viniendo hacia atrás , hacia el protoplaneta, y el planetesimal externo, girando a mayor velocidad, viniendo hacia adelante :

donde$v'_{ext}$y$v'_{int}$son la velocidad de los planetesimales externo e interno en el marco de referencia del protoplaneta. Es por eso que la rotación del protoplaneta tiende a ser en la misma dirección que todo el sistema.