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太阳系为什么有个黄道面,其上方和下方到底有什么?

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老有人问太阳系的上方下方等问题,因此要说清楚这个问题,我们就要首先解决太阳系的上方和下方问题。

简单来说,太阳系没有上方和下方。

太阳系不但没有上方和下方,也没有左方和右方。因为上下左右是地球人类在地球上的概念。地心有引力,把人类牢牢固定在地球上,人们脚踏实地就把它叫下,而相反的天空就叫上,把自己的左手叫左边,把右手叫右边。

这是千万年来人类形成的共识,因此可以相互交流。但在太空是没有这个概念的。太阳系就像个大盘子,盘子中央是太阳,八大行星和各种天体都炸围绕着太阳转,这个转不是在一个实体上滚动,而是漂浮在太空中,不着边际的运动者。如果人类在太空观察这个盘子,从不同角度就可以看到这个盘子竖着或者躺着,上下左右随时可以颠倒。(见上图)

人类就在太阳系并不算大的一个行星上,这个球只有太阳质量的0.0003%,也就是33万分之一大小。当旅行者1号在64亿千米距离回眸一瞥,拍下了地球那张惊世骇俗的照片时,我们看到的只有一个像素般的模糊光点,就在那个光点上,生活着70多亿人口,这些人有五花八门的心思,大言不惭的对太阳系乃至宇宙评头论足。

在地球上,上下左右也是相对的。

地球是圆的,这个圆球四周各方各面都站着坐着躺着人类,美国在西半球,中国在东半球,这当然也是人们自己定下的规矩,但中美各在地球的一边是客观存在。如果把我们这边叫上面,老美那边就叫下面,反之亦然。世界各国的人们都指着天上,说那是上面,四面八方就都是上面,而只有地球核心是下面了。

地球有一个虚拟的轴,看不见摸不着,地球自转就是围绕着这个轴旋转,这个轴的两边就是南北极。地球一边自转,一边围绕着太阳公转,围绕着太阳公转的轨道面就叫黄道,太阳系所有的行星和天体,基本都在这个黄道面附近的轨道运行。

如果北极为上,那南极那边就是下了,而南极为上,北极那边就是下了。地球自转轴虽然并不是垂直于黄道,偏了23.44°,但南北极大致在黄道面的两边,你说黄道哪边为上,哪边为下呢?

假设我们在太空中,遥看到太阳系的运行状态,不同的位置会看到太阳系黄道竖起来或者躺着,或者倾斜着。就会知道这种状态是没有上下左右之分的,你一定要确定一个上下左右,取决于你处于什么位置上观测。而且太阳还带着八大行星等拉七杂八的天体,围绕着银河系中心,以每秒约250km速度公转呢。(见上图)

恒星系统是如何形成的。

太阳系所有天体都在黄道位置附近运行,是由于太阳系形成机制导致的,而且这种机制基本适用于所有恒星系统,也就是说恒星的形成机制都与太阳差不多。

所有恒星都是在星云中诞生,无论是宇宙刚诞生之初,还是现在都如此。只不过宇宙诞生之初的星云更纯净,只有氢元素和氮元素,还有极少量的锂。这几种元素都是创世之母,最早的处女云。

随着恒星的演化,核聚变生出了更多的元素,超新星大爆炸让全部元素在极高温度和高压下生成了。现在宇宙中已经发现有118种元素,这些元素地球上都有存在,说明我们地球和太阳系并不是在原始星云中诞生,而是通过超新星大爆炸,散发到太空的二次或三、四次星云中诞生的。

这些星云在宇宙中由于万有引力作用,经过亿万年的相互吸引,终究会越来越致密,随着星云密度的增大,引力越来越强大,就会收缩得越来越快,最后形成坍缩之势。急剧的收缩压力导致星云核心温度和压力越来越高,到达一个临界点,就会激发氢核聚变。

太阳中心温度1500万K,压力达到3000亿个大气压。核聚变的巨大辐射压抵御住了收缩压,以一个巨大等离子球的形态稳定存在与宇宙中,这样一颗恒星就渐渐成熟了,进入主序星时期。

黄道面的形成原因,及其黄道面上下空间状况。

在星云快速收缩过程中,由于星云并不是规则完美的,引力到达每一块星云并不是均衡的,这样就会导致星云开始旋转,随着旋转速度越来越快,星云就会向赤道方向甩出,渐渐就形成恒星吸积盘,一个巨大扁平状的旋转云团。

恒星在中心形成后,会吸附掉整个吸积盘绝大部分质量,比如太阳就吸附掉了整个吸积盘质量的99.86%,剩下的一点点渣渣滓滓就渐渐碰撞吸附成了行星等天体,这些天体就在依然在吸积盘的盘面附近,根据角动量守恒定律,围绕着太阳旋转。这就是太阳系各个行星及其他天体都会在黄道面附近的原因,其他恒星系统大致也如此。

至于黄道面垂直的空间,其实几乎什么也没有,当然也不排除极少量的小天体存在。但在这个黄道面的两边,引力是一样存在的,因为引力是与质量成正比的,其遵循的公式为:F=GMm/r^2。

这个表达式表明,引力大小与物体的质量M和m成正比,与距离r的平方成反比。因此在太阳黄道面的两边,引力大小与黄道面一样,都是与太阳距离是成反比的。

航天器为啥不往空旷的黄道面垂直方向发射呢?

前面说了,并不是向与黄道面垂直的空间发射飞行器引力就会小一些,只是在太阳黄道面,由于行星的存在,引力表现得更为复杂罢了。

奥尔特云带比较完美的诠释了太阳系引力状态。科学家们认为太阳的引力影响约有1光年半径,在太阳系最远的引力边际,有一个奥尔特云带,主要由彗星组成,这些彗星成一个球状包裹在太阳系的边缘。

这是因为这些彗星受到一些大行星引力抛甩,而距离太阳太阳,太阳引力已经不足以把它们完全控制在黄道面上,且这些彗星不但受到太阳系影响,还受到附近恒星影响所致。因此,太阳引力在这里就以一个完美的球状展示出来。

人类发射的空间探测器,一般都沿着黄道面前行,主要有两个原因:一是这些探测器或飞船的任务都是探索太阳系天体,黄道面垂直方向没有需要探索的天体;二是需要借助地球自转和公转速度,以及一路上行星的引力弹弓效应加速或者减速,从而减少燃料消耗,垂直黄道面发射所耗费的燃料要多很多,而且发射困难会增加很多,这样发射等于作茧自缚,岂不是很傻?

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