宇宙中的天體為什麼都會自轉?原因其實很簡單,你猜對了嗎?

環境比較好看 發佈 2020-06-14T22:01:41+00:00

宇宙中的天體為什麼都會自轉?原因其實很簡單,你猜對了嗎?宇宙中的天體為什麼會自轉?這個問題的最直接答案是由於角動量守恆。但是角動量守恆其實只能解釋它為什麼能一直轉,至於它一開始為什麼會轉起來則無能為力。所以我畫了幾個圖來解釋一下它們一開始為什麼轉。

宇宙中的天體為什麼都會自轉?原因其實很簡單,你猜對了嗎?

宇宙中的天體為什麼會自轉?這個問題的最直接答案是由於角動量守恆。但是角動量守恆其實只能解釋它為什麼能一直轉,至於它一開始為什麼會轉起來則無能為力。所以我畫了幾個圖來解釋一下它們一開始為什麼轉。

我們首先從星系形成說起(依照歷史的進程嘛^_^)。宇宙形成的初期,物質粒子(主要是氫和氦)幾乎均勻地分布在宇宙當中。但由於物質的分布存在微小的不均勻性,又由於引力平方反比關係,隨著距離減少物質間的引力急劇增加,因而這種不均勻性被彼此靠近的粒子迅速放大,引力平衡被破壞,物質粒子開始在引力作用下互相聚集。

在整個宇宙尺度下被互相靠近的物質粒子劃分成不同的區域,由於引力作用,物質粒子開始緩慢聚攏,形成分子雲團。由於氣體分子各自帶有不同的運動方向和運動速度,因此彼此之間因電磁力相互作用會發生碰撞和摩擦。

在氣體分子碰撞和摩擦過程中,由於大部分情況下是非正面碰撞,而是擦邊碰撞摩擦,這樣,初始的角動量就產生了。這就像小孩子玩的抽陀螺,抽動陀螺的邊緣,它就會轉起來。

在碰撞和摩擦中由於部分動量和角動量因方向相反互相抵消,由於摩擦消耗掉部分能量而減速,消耗的部分能量會以熱輻射的形式耗散掉,然後氣體雲越發聚攏。

由於氣體雲的角動量不可能剛好互相抵消為0,因此它必然最終有一個整體轉動的方向,這就是氣體雲的初始角動量。經過漫長的時間演化,氣體雲團逐漸收縮,在收縮過程中,初始角動量產生的轉動效果漸漸被放大,基於角動量守恆,它的轉速會越來越快。這裡有個常見的比喻,就是花樣溜冰運動員和芭蕾舞演員,當她們展開雙臂旋轉以後收起雙臂,轉動速度就會加快。

最終就會形成一個漩渦般轉動的氣體雲,漩渦星系的雛形就出現了。

同樣由於漩渦內的物質不均勻性和引力平方反比關係,物質開始往密度大的地方聚集,在這些區域,大量的氣體雲坍縮產生了原始恆星盤,並基於同樣的過程產生了中心恆星和各大行星。當然也有同一個氣體雲里產生多個互相繞轉的恆星和恆星系的。

與星系一樣,恆星很自然也是帶有初始角動量的,因此在坍縮後也有了自轉。然後在恆星的周圍的剩餘氣體中產生一些小質量的矮星和行星,毫無疑問它們也是會自轉的。

最後來一張動圖結束問題吧!

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