“希望不是確信某事會有好結(jié)果，而是確信某事有意義，不管結(jié)果如何。”——瓦茨拉夫·哈維爾

 

       我們太陽系共有內(nèi)外八大行星，這些行星大小各異，分布在不同的軌道上，每一個都有自己獨特的性質(zhì)和環(huán)境，但是幾乎所有的行星軌道都在同一個平面上，整個太陽系看起來就像一個中心凸起的扁平狀圓盤。但這是為什么呢？

       各大行星的運行軌道基本處在同意平面，幾乎很完美

       乍一看，這樣完美的規(guī)律性，似乎非常不可能�？聪聢D：這就是我們太陽系的實際情況。

       今天，我們能以非常高的精度繪制出了各大行星的運行軌道，我們發(fā)現(xiàn)它們都在同一個二維平面上繞著太陽公轉(zhuǎn)，其軌道平面最多相差7°。

       事實上，如果我們把水星，這個最內(nèi)層、軌道最傾斜的行星從太陽系中拿出來，就會發(fā)現(xiàn)其他所有的行星都排列得很整齊：與太陽系基準平面的偏差（或者說與行星的平均軌道平面）只有2度左右。

       行星的旋轉(zhuǎn)軌道平面也與太陽的自轉(zhuǎn)軸基本垂直（太陽本身也在自轉(zhuǎn)）。太陽自轉(zhuǎn)軸與所有行星軌道的偏差當然也在7°范圍內(nèi)。

       這么有規(guī)律的秩序和我們的直覺相反，讓人覺得除非有什么東西導致這些行星都被夾在同一個平面內(nèi)。因為我們認為軌道的方向完全可以是隨機的，引力（使行星保持穩(wěn)定軌道的力）在所有的三維空間中都是一樣的。

       因此我們可能會認為太陽系更像是一群蜜蜂一樣，而不是一組漂亮、有序的近乎完美的圓圈。其實這樣想也沒有錯，如果我們遠離太陽系，在行星和小行星之外，在哈雷彗星的軌道之外，在柯伊伯帶之外、甚至在奧爾特云之外，我們就會看到一個凌亂的太陽系�？聪聢D

       那么，究竟是什么導致了我們的行星形成一個圓盤？在一個平面上繞太陽運行，而不是作為一個群體？

       為了理解這一點，讓我們回到太陽系最初形成的時候：從一個氣體分子云開始，正是它產(chǎn)生了宇宙中所有的新恒星。

       當一團分子云的質(zhì)量足夠大，受到引力的束縛，并且溫度足夠低，就會在自身重力的作用下收縮，就像左上的煙斗星云，它將形成密度足夠大的區(qū)域，在這些區(qū)域會產(chǎn)生新的星團（右上圓圈中的點）。

       我們會注意到，這個星云以及任何類似的星云并不是一個完美的球體，而是呈現(xiàn)出了不規(guī)則、細長的形狀。而引力十分挑剔，容不得任何瑕疵，只要存在微小的不均勻就會其崩塌，而且引力還是一種與距離呈平方反比的力，當與一個大質(zhì)量物體的距離減半時，引力就會增加四倍，氣體云在初始形狀上的微小差異就會在短時間內(nèi)極大地放大某個方向上的引力。

       結(jié)果就會形成一個形狀極不對稱的恒星形成星云，恒星形成的地方正是氣體密度最大的地方。問題是，當我們看里面的單個恒星時，它們是非常完美的球體，就像我們的太陽一樣。

       但就在星云本身變得非常不對稱的時候，星云內(nèi)部形成的單個恒星來自于星云內(nèi)部不完美、密度過大、不對稱的團塊。

       這些團塊首先會在三個維度中的一個方向上首先坍縮，因為正常物質(zhì)（由原子核和電子組成的原子）相互碰撞時就會發(fā)生電磁相互作用，并且會粘（結(jié)合）在一起，最終會形成一個扁平的圓盤，或稱物質(zhì)圓盤。同時萬有引力會把大部分物質(zhì)拉向中心，也就是恒星形成的地方，但在它的周圍，我們會看到所謂的原行星盤。哈勃太空望遠鏡已經(jīng)直接觀測到了這些圓盤！其直接證明了我們的行星形成理論是正確的。

       所以從一開始我們就得到一個在平面上更整齊的原恒星系，而不是一個隨機聚集的球體。要進入下一步，形成行星，就必須等靠理論建模模擬了，因為在一個年輕的恒星系中，行星形成過程至少得需要百萬年以上，我們不能去長時間的觀察。

       原行星盤在一個維度上經(jīng)歷“坍縮”以后，會隨著越來越多的物質(zhì)被吸引到中心而繼續(xù)收縮。但是當大部分的物質(zhì)被匯集到內(nèi)部時，大量的物質(zhì)會在這個圓盤中穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)。

       為什么呢？

       這個過程有一個物理量必須守恒：角動量，它可以告訴我們整個系統(tǒng)（氣體、塵埃、恒星）本質(zhì)上是如何旋轉(zhuǎn)的。這就意味著整個圓盤中的所有物質(zhì)都需要大致沿著相同的方向（順時針或逆時針）運行。隨著時間的推移，圓盤達到穩(wěn)定的大小和厚度，然后小的引力不穩(wěn)定性開始將在圓盤中創(chuàng)造出行星。

       當然，在行星盤的不同部分之間存在細微的差異（以及相互作用的行星之間的引力效應），在初始條件上也存在細微的差異。在中心形成的恒星不是一個單一的點，而是一個延伸了大約一百萬公里的物體。當你把所有這些因素放在一起，就會導致所有行星不是在一個完全標準的平面上，但是會非常接近。

       事實上，直到2015年，科學家才發(fā)現(xiàn)了第一個超越我們自己的行星系，我們在一個原行星圓盤上發(fā)現(xiàn)了形成新行星的過程。

       上圖左上方的年輕恒星位于一個星云區(qū)域的外圍，距離約450光年，周圍環(huán)繞著一個原行星盤。這顆恒星本身只有大約100萬年的歷史。ALMA——“阿塔卡瑪毫米/亞毫米波陣列望遠鏡”，在毫米波段測量了這個原行星盤，并為我們返回了下面的圖像。

       它起來顯然是一個圓盤，所有的物質(zhì)都在同一個平面上，但是圓盤里面有黑色的“縫隙”。這些間隙分別對應一個年輕的行星，它吸引了附近所有的物質(zhì)！我們不知道哪一個行星會合并在一起，哪一個會被踢出去，哪一個會向內(nèi)遷移并被它們的母星吞噬，但是我們正在見證一個年輕的太陽系發(fā)展的關(guān)鍵步驟。

總結(jié)：那么為什么所有的行星都在同一個平面上呢？

       因為它們是由不對稱的氣體云形成的，氣體云首先向最短的方向坍縮，“啪”的一聲所有的物質(zhì)先粘成了一個圓盤，然后物質(zhì)向內(nèi)收縮，但最終繞著中心旋轉(zhuǎn)，行星形成于年輕物質(zhì)盤的微小密度缺陷，因此它們最終都在同一平面上繞軌道運行，彼此之間最多只有幾度的差異。

       這又是一個非凡的宇宙故事，通過理論模擬和現(xiàn)在對宇宙本身的觀察，這個故事再一次表明了，我們最好的科學理論和宇宙的實際情況之間存在著驚人的一致性！