Why do the planets in the solar system orbit on the same plane?
To answer this question, we must go back in time.
If you've ever gazed at a model of the solar system, you've likely noticed that the sun, planets, moons, and asteroids sit roughly on the same plane. But why is that?
To answer this question, we must travel to the very beginning of the solar system, about 4.5 billion years ago.
Back then, the solar system was just a massive, spinning cloud of dust and gas, Nader Haghighipour, an astronomer at the University of Hawaii at Mānoa, told Live Science. That massive cloud measured 12,000 astronomical units (AU) across; 1 AU is the average distance between Earth and the sun, or about 93 million miles (150 million kilometres). That cloud became so big, that even though it was just filled with dust and gas molecules, the cloud itself started to collapse and shrink under its own mass, Haghighipour said.
As the spinning cloud of dust and gas started to collapse, it also flattened. Imagine a pizza maker throwing a spinning slab of dough into the air. As it spins, the dough expands but becomes increasingly thin and flat. That's what happened to the very early solar system.
Meanwhile, in the center of this ever-flattening cloud, all those gas molecules got squeezed together so much, they heated up, Haghighipour said. Under the immense heat and pressure, Hydrogen and Helium atoms fused and kick-started a billions-of-years-long nuclear reaction in the form of a baby star: the sun. Over the next 50 million years, the sun continued to grow, collecting gas and dust from its surroundings, and burping out waves of intense heat and radiation. Slowly, the growing sun cleared out a doughnut of empty space around it.
As the sun grew, the cloud continued to collapse, forming "a disk around the star [that] becomes flatter and flatter and expands and expands with the sun at the center," Haghighipour said.
Eventually, the cloud became a flat structure called a protoplanetary disk, orbiting the young star. The disk stretched hundreds of AU across and was just one-tenth of that distance thick, Haghighipour said.
For tens of millions of years thereafter, the dust particles in the protoplanetary disk gently swirled around, occasionally knocking into each other. Some even stuck together. And over those millions of years, those particles became millimetres-long grains, and those grains became centimetres-long pebbles, and the pebbles continued to collide and stick together.
Eventually, most of the material in the protoplanetary disk stuck together to form huge objects. Some of those objects grew so big that gravity shaped them into spherical planets, dwarf planets and moons. Other objects became irregularly shaped, like asteroids, comets, and some small moons.
Despite these objects' different sizes, they stayed more or less on the same plane, where their building materials originated. That's why, even today, the solar system's eight planets and other celestial bodies orbit on roughly the same level.
لماذا تدور الكواكب في المجموعة الشمسية على نفس المستوى؟
للإجابة على هذا السؤال ، يجب أن نعود بالزمن إلى الوراء.
إذا سبق لك أن نظرت إلى نموذج للنظام الشمسي ، فمن المحتمل أنك لاحظت أن الشمس والكواكب والأقمار والكويكبات تجلس تقريبًا على نفس المستوى. لكن لماذا هذا؟
للإجابة على هذا السؤال ، يجب أن نسافر إلى بداية النظام الشمسي ، منذ حوالي 4.5 مليار سنة.
في ذلك الوقت ، كان النظام الشمسي مجرد سحابة ضخمة تدور من الغبار والغاز ، كما قال نادر هاغيبور ، عالم الفلك في جامعة هاواي في مانوا ، لـ Live Science. قاس تلك السحابة الضخمة 12000 وحدة فلكية (AU) عبر ؛ 1 AU هو متوسط المسافة بين الأرض والشمس ، أو حوالي 93 مليون ميل (150 مليون كيلومتر). قال هاغيبور إن السحابة أصبحت كبيرة جدًا ، على الرغم من أنها كانت مليئة بالغبار وجزيئات الغاز ، إلا أن السحابة نفسها بدأت في الانهيار والانكماش تحت كتلتها.
عندما بدأت السحابة الدوارة للغبار والغاز في الانهيار ، سوت أيضًا بالأرض. تخيل أن صانع بيتزا يلقي بقطعة من العجين في الهواء. أثناء دورانها ، تتمدد العجينة ولكنها تصبح رقيقة ومسطحة بشكل متزايد. هذا ما حدث للنظام الشمسي المبكر جدًا.
في غضون ذلك ، في وسط هذه السحابة التي تتسطح باستمرار ، تم ضغط كل جزيئات الغاز هذه معًا كثيرًا ، مما أدى إلى تسخينها ، كما قال هاغيبور. تحت الحرارة والضغط الهائلين ، اندمجت ذرات الهيدروجين والهيليوم وبدأت تفاعلًا نوويًا لمليارات السنين على شكل نجم صغير: الشمس. على مدى الخمسين مليون سنة التالية ، استمرت الشمس في النمو ، حيث جمعت الغاز والغبار من محيطها ، وأطلقت موجات من الحرارة الشديدة والإشعاع. ببطء ، أزالت الشمس المتنامية دونات من المساحة الفارغة حولها.
مع نمو الشمس ، استمرت السحابة في الانهيار ، مشكّلة "قرصًا حول النجم [الذي] يصبح مسطحًا ومسطّحًا ويتوسع ويتسع مع الشمس في المركز" ، كما قال هاغيبور.
في النهاية ، أصبحت السحابة هيكلًا مسطحًا يسمى قرصًا كوكبيًا أوليًا ، يدور حول النجم الشاب. قال هاغيبور إن القرص امتد عبر مئات الوحدات الفلكية وكان سمكه عُشر تلك المسافة.
لعشرات الملايين من السنين بعد ذلك ، كانت جزيئات الغبار في القرص الكوكبي الأولي تدور برفق حول بعضها البعض ، وأحيانًا تصطدم ببعضها البعض. حتى أن البعض تمسك ببعضهم البعض. وعلى مدى تلك الملايين من السنين ، أصبحت هذه الجسيمات حبيبات يبلغ طولها ملليمترًا ، وأصبحت تلك الحبوب حصى بطول سنتيمترات ، واستمرت الحصى في الاصطدام والالتصاق ببعضها البعض
في النهاية ، التصقت معظم المواد الموجودة في قرص الكواكب الأولية معًا لتشكل أجسامًا ضخمة. نمت بعض هذه الأجسام بشكل كبير لدرجة أن الجاذبية شكلتها في شكل كواكب كروية وكواكب قزمة وأقمار. أصبحت الأجسام الأخرى غير منتظمة الشكل ، مثل الكويكبات والمذنبات وبعض الأقمار الصغيرة.
على الرغم من اختلاف أحجام هذه الأشياء ، إلا أنها بقيت بشكل أو بآخر على نفس المستوى ، حيث نشأت مواد البناء الخاصة بها. لهذا السبب ، حتى اليوم ، تدور الكواكب الثمانية في النظام الشمسي والأجرام السماوية الأخرى على نفس المستوى تقريبًا.
