地球绕着太阳转了45亿圈,那么它第一圈是怎么转起来的?

地球和太阳都漂浮在宇宙空间中,而且地球正绕着太阳公转,从诞生以来地球大概已经转了45亿圈!当然这是天体运行给大家的印象,因为宇宙中都失重,所以“漂浮”一说都能说得清,但转动是怎么来的?真是上帝推了它一把?

太阳系怎么形成的?

其实这个问题要从恒星系形成开始说起,因为无论是地球的公转还是自转,又或者太阳的自转运动都和这个过程形成有关!

星云与坍缩

早在18世纪拉普拉斯和康德以及死威登堡就提出太阳系诞生于星云,其实这非常正确,绝大部分的天体都诞生于星云,只是它们可能处在不同的发展阶段!诞生太阳系的这片星云位于银河系的猎户座悬臂,古尔德袋中的本地泡里的本星际云,其中的奥尔特云中诞生了太阳系!

只要有一具小型望远镜,那么我们就可以看到很多星云,比如猎户座著名的星云M42,在它的内部正在诞生难以计数的恒星,但却不是每一片星云都能诞生恒星它需要几个条件,在满足这些条件的情况下,它们才有可能诞生出恒星系。

星云质量满足要求

与之相关的一个名词是伯纳-依伯特质量,这是天体物理中一个加压的介质嵌入一个等温气体球时,仍然可以维持流体静力平衡的最大质量,当气体云的质量大于伯纳-依伯特质量时,将会无可避免的发生坍缩以形成更小和更密度更高的天体。

有两种情况可以促成这个条件,受到扰动范围长度满足条件,或者受到扰动区域的密度满足条件,都可以引发最终的坍缩,这是一个天体形成所必须经历的过程,包括第一颗恒星也一样。

形成博克球状体

这是星云开始坍缩后形成高密度坍缩区域,一个博克球状体的典型质量为10-50个太阳质量大小,内部大都是请分子云,也有氦以及其他超新星爆发后的其他金属物质(原初星云则不存在超新星爆发后的金属物质),博克球状体中形成的可能并不止一颗恒星,有可能会形成联星或者聚星系统。

哈勃空间望远镜的WFPC2拍摄的在电离氢区IC 2944内的博克球状体。

博克球状体是1940年代天文学家巴特·博克首先发现的,这些正在经历坍缩的区域很像一个茧,由于还未发光,它们仅仅在红外波段可能会比较明亮,而可见光则难以发现!

形成原始坍缩的角动量

一旦开始坍缩,那么星云物质就会受到坍缩区域影响而运动,在质心的影响下,物质会沿着测地线运动,根据所在位置与动量的差异,这测地线的运动方式有两个,一是掉入质心,二是绕N圈后掉入质心,或者动量足够,成为环绕质心的物质。

坍缩过程中形成的螺旋运动,其实并非物质所愿,而只是物质沿着测地线运动而已,无论是否愿意,在引力弯曲空间内的运动方式只有测地线唯一一条路,除非它是一颗量子化的电子,可以不遵守这个规律,但包含电子对原子依然遵守。

坍缩核心形成恒星

其实从坍缩核心到原恒星有很长的一条路要走,本文限于篇幅就不叽叽歪歪了。坍缩的角动量会让星云扁平化(这就是吸积盘的来历),这为日后的行星形成也打下了基础,因为扁平化的星云密度更高,内部物质碰撞,融合形成行星胚子,它会在环绕中心坍缩核心的公转过程中继续长大。

正在形成中的原行星盘

与恒星核形成条件类似,行星核也会经历一个物质坍缩过程的测地线运动,这是天体坍缩过程中的必经之路中心的恒星核在成长,行星核也在成长,太阳系形成过程中先后顺序也类似,但我们可以猜测是大行星先诞生,因为它有更多的时间成长么。

原恒星形成初期,会在外部形成一个不透明的外壳,因为都是星云的实体物质,但随着物质落入吸积盘中,恒星逐渐开始发光,早期的原恒星非常明亮,因为有很大一部分能量来自引力坍缩(可能高达太阳的100倍),恒星内核的核聚变高温逐渐整颗恒星形成一个超级等离子球体,最终会又引力坍缩能释放到核聚变能量释放的转换过程。

年轻恒星HD 141943和HD 191089的岩屑盘(2014年4月24日)

原恒星的吸积盘中形成行星有两种机制,分别是引力不稳定性如前文所说,还有是冲流不稳定性,局部物质密度过高,其实和恒星形成机制有些类似,但又不一样,但无论如何,行星也在坍缩中形成了!

所以第一圈还轮不到地球,因为在形成地球的前身中就已经绕了N圈了,整一个坍缩过程中,无论是天体的自转还是公转都形成了,不管上帝是否有推了最初的那一把,到现在为止,已经转了数十亿年。

如何描述宇宙中的漂浮的天体

用漂浮来形容是不正确的,因为只有在重力条件下才存在漂浮这个概念,无论是水中还是空气中!那么如何来描述宇宙中的各个天体状态呢?

运动是对它们的唯一描述!

上文说了星云坍缩过程中的测地线运动,有两个结果,一个是绕着绕着掉下去了,另一个绕着绕着成了公转天体,这是因为测地线运动的角动量产生的向心力与质心之间的引力平衡,两者处在一个恐怖平衡状态,如果天体速度高一点,那么它会逐渐抬升轨道,如果速度第一点,那么它会更靠近恒星!简单的说就有可能掉入恒星!

那么地球有可能掉入太阳吗?

答案是不会,因为太阳正在减少质量(每秒烧掉6.5亿吨氢,产生450万吨质量亏损),所以地球会逐渐逃离太阳,但要注意下的是这个逃离速度很慢,听说每年都不超过1厘米,而且未来会有一个上限!因为太阳在50亿年后成为一颗白矮星时,它的质量将不会再改变,所以地球的逃逸距离是有限度的。无论怎么样,跟着太阳混那就混到死,地球没有逃离机会。

左上红圈是巨引源所在

太阳也没有漂浮在宇宙中,它正以每秒220千米的速度环绕银心公转,如果太阳失掉这个速度,那么它也会掉入银心黑洞!而银河系则以每秒超过600千米的速度朝着巨引源前进,不过它永远都掉不到巨引源里,因为巨引源远在2.5亿光年外,这个距离上宇宙的膨胀速度高达4400千米/秒,银河系永远都追不上!