Gli scienziati dicono spesso che tutto può accadere in un universo infinitamente grande. Tuttavia, osservazioni, calcoli e simulazioni mostrano che nei sistemi stellari, i pianeti ruotano sempre attorno a una stella sullo stesso piano e nella stessa direzione. Scopriamo perché sta accadendo.
L'ordine regna nel sistema solare: quattro pianeti interni, una cintura di asteroidi e quattro giganti gassosi ruotano attorno al sole sullo stesso piano. E anche se vai oltre questi confini, si scopre che anche la cintura di Kuiper è su questo piano. Dato che il Sole è sferico e le stelle compaiono nello spazio, attorno alle quali i pianeti ruotano in qualsiasi direzione, il fatto che tutto nel nostro sistema sia organizzato in questo modo sembra troppo una coincidenza. Inoltre, abbiamo osservato che in quasi tutti i sistemi stellari i pianeti si allineano allo stesso modo. Proviamo a capire a cosa è collegato.
Ad oggi, gli scienziati hanno calcolato le orbite dei pianeti con una precisione sorprendente. Hanno scoperto che i corpi celesti ruotano attorno al Sole nello stesso piano bidimensionale con una differenza non superiore a 7 °.
Inoltre, se si rimuove da questa equazione Mercurio - il pianeta più vicino al Sole - diventa evidente quanto sia vero tutto il resto è ordinato in relazione tra loro: le deviazioni dal piano costante del sistema solare non sono più di due gradi.
Gli otto pianeti del sistema solare ruotano attorno al sole su un piano quasi identico, un piano immutabile. Questo è tipico dei famosi sistemi stellari / Joseph Boyle.
Inoltre, i pianeti ruotano attorno al Sole nella stessa direzione in cui ruota attorno al proprio asse. Come avrai intuito, anche l'asse di rotazione del Sole si trova entro 7 ° di deviazione rispetto alle orbite di tutti i pianeti del sistema.
Tuttavia, è difficile immaginare che tutto sia andato in questo modo da solo, e nessuno dall'esterno ha compresso tutti i corpi in un unico sistema e li ha fatti muovere su un piano. Intuitivamente, si potrebbe presumere che le orbite debbano essere orientate in modo casuale, poiché la gravità funziona allo stesso modo in tutte e tre le dimensioni (spaziali). È anche più probabile che assuma la formazione di uno sciame di frammenti di materia rispetto a un insieme ordinato di cerchi ideali. Il fatto è che se ti muovi molto lontano dal Sole - più lontano dei pianeti e degli asteroidi, più lontano dalla cometa di Halley e simili, vai anche oltre la fascia di Kuiper - questo è esattamente ciò che vedrai.
Allora perché i pianeti sono finiti nello stesso disco? Perché si trovano tutti sullo stesso piano e non volano intorno alla stella in modo casuale? Per capirlo, è necessario tornare indietro al tempo in cui il sole stava appena iniziando a formarsi da una delle nuvole di gas molecolari da cui si formano tutte le stelle dell'universo.
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Una grande nube molecolare, che è abbondante nella Via Lattea e in altre galassie del gruppo locale, spesso si romperà, collasserà e creerà nuove stelle massicce nel tempo / Yuri Beletsky / Osservatorio Las Campanas / Carnegie Institution for Science / J. Alves / M. Lombardi / CJ Lada.
Quando una nuvola molecolare diventa abbastanza massiccia, legata gravitazionalmente e abbastanza fredda da collassare e collassare sotto la sua stessa gravità - come la nebulosa Tube (in alto a sinistra) - forma regioni abbastanza dense in cui compaiono nuovi ammassi stellari (indicati dai cerchi nell'immagine, nell'angolo in alto a destra).
Noterai immediatamente che questa nebulosa, come qualsiasi simile ad essa, non ha una forma sferica ideale, è piuttosto insolitamente oblunga. La gravità non tollera le imperfezioni, e poiché si tratta di una forza inerziale che si quadruplica ad ogni diminuzione della distanza da un oggetto massiccio della metà, percepisce anche piccole differenze nella forma originale e le migliora notevolmente in breve tempo.
Il risultato è una nebulosa che forma una stella con una forma asimmetrica: le stelle in essa si formano nelle regioni con la più alta densità di gas. Ma se guardiamo al suo interno e guardiamo le singole stelle, vedremo che sono sfere quasi ideali, come il Sole.
Tuttavia, poiché la nebulosa stessa è diventata asimmetrica, le singole stelle che si sono formate in essa sono state formate da ammassi asimmetrici superdensi. Questi grumi collassano in una delle tre dimensioni e poiché la sostanza di cui siamo composti, atomi, nuclei atomici ed elettroni, è attratta da se stessa e interagisce quando entra in collisione con un'altra sostanza, il risultato è un disco oblungo di materia. Sì, la gravità attirerà la maggior parte di esso verso il centro del disco dove si formerà la stella, ma intorno ad esso si formerà quello che gli scienziati chiamano un disco protoplanetario. E grazie al telescopio spaziale Hubble, siamo stati in grado di vedere questi dischi direttamente.
Questo è il primo tipo di suggerimento che indica che il risultato finale è qualcosa di ordinato su un piano. Per passare alla fase successiva, dovremo ricorrere alle simulazioni, dal momento che non siamo esistiti abbastanza a lungo e semplicemente non abbiamo avuto il tempo di osservare questo fenomeno - e ci vuole circa un milione di anni - in un giovane star system.
Dopo che il disco protoplanetario è stato "appiattito" in una dimensione, continuerà a ridursi con sempre più materia che entra nel suo centro. Ma, nonostante il fatto che la maggior parte del materiale sarà concentrata in esso, gran parte del gas e della polvere verrà rilasciata in orbite rotanti stabili in questo disco.
Secondo le simulazioni, i grumi asimmetrici di materia prima si riducono in una dimensione e poi iniziano a ruotare. È su questo piano che si formano i pianeti / C. Burrows / J. Krist / K. Stabelfeldt / NASA.
Perché? C'è una quantità fisica che deve essere conservata: il momento angolare, che ci dice di quanto ruota l'intero sistema: gas, polvere, una stella e tutto il resto. Il modo in cui funziona il momento angolare e come è equamente distribuito tra tutte le particelle del sistema, infatti, indica che tutto nel disco dovrebbe muoversi, grosso modo, in una direzione - in senso orario o antiorario. Nel tempo, questo disco raggiungerà dimensioni e densità stabili, quindi piccole instabilità gravitazionali inizieranno a trasformare queste instabilità in pianeti.
Naturalmente, ci sono piccole differenze tra le parti del disco, così come piccole differenze nelle condizioni iniziali. Una stella che si forma al centro non è un singolo punto, ma piuttosto un oggetto esteso - circa un milione di chilometri di diametro. Quando aggiungi tutte queste parti insieme, non otterrai un piano ideale, ma ne verrà fuori qualcosa di molto simile. Infatti, abbiamo recentemente trovato il primo sistema planetario al di fuori del solare, in cui abbiamo potuto osservare la formazione di giovani pianeti sullo stesso piano.
Un disco protoplanetario attorno alla giovane stella HL Taurus. Le lacune nel disco indicano la presenza di nuovi pianeti / ALMA / ESO / NAOJ / NRAO.
La giovane stella HL Taurus, situata a circa 450 anni luce dalla Terra, è circondata da un disco protoplanetario. Si stima che la stella stessa abbia circa un milione di anni. Ovviamente, questo è un disco, in cui tutto è sullo stesso piano, ma ci sono "interruzioni" oscure in esso. Ciascuna di queste interruzioni corrisponde a un giovane pianeta che ha attratto tutta la materia nelle sue vicinanze. Non si sa ancora quale di loro alla fine si unirà, quale sarà lanciata fuori dal disco e quale si muoverà al suo interno e sarà assorbita dalla stella madre. Nel frattempo, abbiamo avuto l'opportunità di osservare una svolta nello sviluppo di un giovane sistema stellare. E sebbene gli scienziati precedenti fossero in grado di osservare i giovani pianeti, non era possibile studiare questa fase. Tutte le fasi della formazione di un sistema stellare sono sorprendenti e corrispondono alla stessa storia.
Ma perché i pianeti sono sullo stesso piano? Perché sono formati da una nube di gas asimmetrica, che prima collassa nella direzione più breve, poi la sostanza si “appiattisce” e “si attacca” a se stessa, per poi contrarsi verso il centro. Ma invece di cadere su di lui, inizia a girare intorno a lui. Di conseguenza, i pianeti sono formati da disomogeneità in questo giovane disco, che continuano a ruotare sullo stesso piano con una differenza di diversi gradi.
Questo è uno di quei casi in cui le osservazioni e le simulazioni basate su calcoli teorici sono sorprendentemente coerenti tra loro. Quindi, ovunque tu sia nell'Universo, tutti i pianeti attorno a qualsiasi stella ruoteranno sempre sullo stesso piano.
Vladimir Guillen
