Pourquoi les planètes ont-elles tendance à tourner dans la même direction alors qu'elles se sont formées à partir d'astéroïdes en chute libre?

9

Les inclinaisons axiales des astéroïdes semblent varier de façon aléatoire (faites-moi savoir si cette prémisse est fausse), tandis que les planètes ont une forte tendance à tourner de la même manière. Si les planètes se sont formées par collision d'astéroïdes, la somme des inclinaisons aléatoires ne devrait-elle pas entraîner une rotation planétaire aléatoire? Bien sûr, d'autres facteurs sont importants, comme l'angle et la vitesse des impacts, l'effet YORP, la rupture centrifuge et ainsi de suite, mais comment cela, pris ensemble, pourrait-il avoir un effet systématique sur la rotation?

Cérès se comporte avec une inclinaison de 4 °, mais l'autre des premiers astéroïdes découverts a des inclinaisons comme 84 °, 50 °, 42 °. Les particules de poussière (et les molécules de gaz le cas échéant) tournent sûrement au hasard. La nébuleuse solaire avait un spin net que la gravité et le frottement ont manifesté dans les orbites des planètes. Mais le filet de rotation ne devrait-il pas être individuel pour chaque planète, avec des inclinaisons non corrélées, comme l'orientation orbitale l'est pour chaque étoile?

— LocalFluff
source

Je suppose que l'inclinaison orbitale doit être considérée en plus de l'inclinaison axiale.

— LocalFluff

Une de mes petites vidéos préférées à ce sujet: youtube.com/watch?v=tmNXKqeUtJM

— userLTK

Similaire: astronomy.stackexchange.com/questions/6183/…

— BowlOfRed

13

Vous avez raison de dire que l'inclinaison des astéroïdes est distribuée de manière très aléatoire, et que la rotation de la nébuleuse solaire est un contributeur mineur à cette inclinaison, et ne l'incline que légèrement.

Cependant, vous n'avez pas raison de dire que le hasard s'additionne simplement. Le caractère aléatoire s'annule en fait de plus en plus lorsque vous combinez une grande quantité d'astéroïdes, jusqu'à ce que la rotation de la nébuleuse devienne le facteur dominant. Ceci est lié à la loi des grands nombres .

Par exemple, lancez un dé. Le résultat est aléatoire. Lancez 10 dés, calculez leur somme et divisez par 10. Vous n'êtes plus si loin de la moyenne? Vous pouvez faire la même chose avec des milliers de dés ou des millions d'astéroïdes. Lorsque le nombre d'astéroïdes qui forment un objet est vraiment élevé, l'inclinaison ne sera pas loin de la valeur moyenne, déterminée par la rotation de la nébuleuse.

Le même argument vaut pour l'inclinaison, et le fait que, même si les orbites des planètes sont elliptiques, elles ne sont pas aussi circulaires qu'une orbite aléatoire.

— SE - arrêtez de renvoyer les gentils
source

Mais la loi des grands nombres s'additionne à une moyenne. Lancer des planètes comme des dés n'apporterait en moyenne aucune rotation de planète. N'est-il pas étrange que les dés affichent un nombre pair de points presque tout le temps? Si la rotation de la nébuleuse affecte la rotation de chaque planète, mais pas celle des astéroïdes, alors j'ai besoin de plus d'explications pour comprendre comment il en est ainsi. Existe-t-il une relation entre la rotation de la nébuleuse solaire et la rotation des planètes individuelles qui s'y forment?

— LocalFluff

3

@LocalFluff Que la moyenne du mouvement aléatoire va être nulle est mon point! La rotation qui en résulte est due à la seule composante non aléatoire, la rotation de la nébuleuse solaire.

— SE - arrêtez de renvoyer les bons

Ce serait l'explication la plus sensée, mais encore assez courte. Comment la rotation de la nébuleuse solaire affecte-t-elle systématiquement chaque planète individuelle qui s'y forme de la même manière? La moitié des planètes n'aurait-elle pas dû être impactée d'une manière qui les a renversées?

— LocalFluff

1

Je déteste faire une piqûre, mais votre troisième paragraphe mélange beaucoup le mot dés. "lancer un dé" devrait être "lancer un dé ", et "dés" n'est pas un mot, la forme plurielle appropriée est "dés". J'ai essayé de suggérer une modification mais ce n'était pas assez de caractères pour compter.

— Cody

2

Je dois être d'accord avec LocalFluff ici. Vous vous êtes arrêté juste avant de répondre à la question en décrivant comment la "rotation non aléatoire de la nébuleuse solaire" fait réellement tourner les planètes comme elles le font. Si votre argument est que les astéroïdes se combinant au hasard se combinent à la moyenne, alors en moyenne les astéroïdes tournent avec le disque et la question reste alors de savoir comment en sont-ils venus à tourner de cette façon (en moyenne). Vous venez de déplacer la question dans un domaine différent, mais vous n'avez fourni aucune réponse.

— zephyr

3

Rappelez-vous que dans un disque protoplanétaire, la vitesse de rotation , qui est keplerienne, car la distance de l'étoile r varie comme $v_r$

v_{r} (r) = \sqrt{\frac{g M}{r}} (1)

$v_r(r) = \sqrt{\frac{GM}{r}} ~ ~~~~~~~~~~~~ (1)$

r < r_{0}

$r<r_0$

v_{r} > v_{r} (r_{0})

$v_r>v_r(r_0)$

r_{H} = r_{0} \sqrt[3]{\frac{m_{p l une n e t}}{3 m_{s t une r}}} (2)

$r_H = r_0 \sqrt[3]{\frac{m_{planet}}{3 m_{star}}} ~~~~~~~~~(2)$

r_{0}

$r_0$

$r_H$ $r_H$
$v_r(r)-v_r(r_0)$

TL; DR Les petits objets, à peu près en dessous de la taille des astéroïdes, s'accumulent des impulsions aléatoires. Les objets massifs, protoplanétaires et supérieurs, accroissent les différences de vitesse systématiques, leur donnant ainsi un moment angulaire net.

— AtmosphericPrisonEscape
source

Pouvez-vous être assuré que le disque protoplanétaire est Keplerien? Avez-vous une source? Comme le souligne LocalFluff , cela entraînera une rotation différentielle du disque (plus vite vous serez proche), ce qui devrait entraîner l'alignement opposé des rotations par rapport à la révolution du disque. Le disque est un objet étendu avec beaucoup de forces concurrentes en plus d'une force de gravité centrale et je pense que dire que c'est Keplerian est au mieux une approximation très approximative.

— zephyr

Je peux certainement convenir qu'au moment où le disque est établi, ces autres forces devraient être négligeables et ce sera très proche de Keplerian, mais à ce stade, les protoplanètes ont probablement déjà leurs directions de rotation finales (sauf toute collision majeure).

— zephyr

@zephyr: Absolument faux sur les délais. Pourquoi serait-ce? Le disque Keplerien s'établit sur une échelle de temps en chute libre avec l'étoile centrale. Dès lors, entre la naissance des planètes et la dissipation du disque à un âge de 1 à 10 ans, c'est quasi-Keplerien. Je suis d'accord que le disque n'est pas parfaitement Keplerian, car il y a des gradients de pression dans le jeu, mais ceux-ci représentent quelques pour cent de sous-keplerianity. Pour l'impulsion angulaire planétaire, vous devez considérer l'impulsion relative, donc l'argument de LocalFluff est faux.

— AtmosphericPrisonEscape

2

Conservation de l'élan angulaire. Le spin du disque protoplanétaire sera déterminé au hasard lors de sa formation initiale, mais il deviendra alors le facteur dominant. La matière dans le disque est alors en orbite autour du centre de masse dans la même direction alors qu'elle se regroupe en astéroïdes puis en protoplanètes. Même si les objets ont leur propre rotation individuelle, ils ont tous le plus grand effet du disque qui les influence. Toutes les planètes tournent donc dans le même sens, à l'exception d'Uranus et de Vénus. Je pense que l'hypothèse de ceux-ci est toujours une collision protoplanétaire qui a renversé Uranus de son côté et Vénus juste au-dessus.

— GBowman
source

La tendance ne devrait-elle pas être de tourner dans la direction opposée puisque la partie intérieure du disque (et de la planète) orbite plus vite que l'extérieur?

— LocalFluff

1

La conservation de l'impulsion angulaire préserve largement l'impulsion angulaire lorsque les nébuleuses planétaires gazeuses se condensent pour former des planètes malgré les frottements et les collisions, comme illustré ci-dessous.

La quantité de mouvement angulaire des corps dans notre système solaire est donnée dans http://www.zipcon.net/~swhite/docs/astronomy/Angular_Momentum.html

Elles ne sont pas constantes mais les planètes gazeuses sont du même ordre de grandeur. Orbitale Angulaire Momentum Corps rayon orbital (km) période orbitale (jours) masse (kg) L

Mercure 58.e6 87.97 3.30e23 9.1e38

Vénus 108.e6 224.70 4.87e24 1.8e40

Terre 150.e6 365,26 5,97e24 2,7e40

Mars 228.e6 686,98 6,42e23 3,5e39

Jupiter 778.e6 4332.71 1.90e27 1.9e43

Saturne 1429.e6 10759,50 5,68e26 7,8e42

Uranus 2871.e6 30685.00 8.68e25 1.7e42

Neptune 4504.e6 60190.00 1.02e26 2.5e42

Ils sont d'ordre e ^ 43. (Mars a un moment moins angulaire. Certains peuvent avoir été distribués à la ceinture d'astéroïdes.)

Chaque planète extérieure semble porter le même élan angulaire!

Je pensais à l'origine que Surya Siddhanta utilisait la constance du moment angulaire, mais c'est encore plus simple. C'est simplement une théorie du chasse-neige qui fait que les orbites plus grandes collectent plus de particules. Voir "Comment les auteurs de Surya Siddhanta ont-ils trouvé les diamètres des autres planètes du système solaire?"

Je donne ce tableau pour illustrer la constance du moment angulaire même dans notre système solaire présumé s'être condensé hors de la nébuleuse solaire primordiale, un fait que les anciens auraient pu utiliser pour déterminer les diamètres planétaires. La constance du moment angulaire nécessite que les planètes tournent et tournent autour du Soleil (ou du centre de masse).

S'il y avait un élan angulaire pour commencer, on comprend. Toute grande masse de gaz ou de nébuleuse finira par former des tourbillons par turbulence avec des rotations dans des directions opposées lorsque les rotations se produisent naturellement (par instabilité du fluide). Si chaque partie se condense en une étoile (et un système solaire), des systèmes planétaires se produiront.

Notre système solaire peut avoir été formé avec un autre mécanisme qui est une étoile passant qui a donné un moment angulaire à la nébuleuse solaire d'origine.

Les corps à très grande échelle se condensent également en galaxies (disons) et doivent avoir des trous noirs en leur centre pour piéger le moment angulaire. L'élan angulaire ne peut pas être détruit.

Je souhaite ajouter ceci, l'impulsion angulaire de rotation de tous les corps.

Moment angulaire de rotation, L

Corps / masse kg / rayon (km) période de rotation (jours) / L

Soleil / 695000 /24,6 /1,99e30 /1,1e42

Terre / 6378 /0,99 /5,97e24 /7,1e33

Jupiter / 71492 /0.41 /1.90e27 /6.9e38

Notez que le moment angulaire de rotation du Soleil est également e ^ 42. Les impulsions angulaires de spin de toutes les planètes sont petites par rapport aux impulsions angulaires orbitales.

Les planètes extérieures et le Soleil ont les mêmes impulsions angulaires!

Une sorte d'équipartition de moments angulaires au travail?

— Partha Shakkottai
source