След като Вселената е триизмерна, защо Слънчевата система е плоска? Как гравитацията формира архитектурата на звездните системи
Всеки модел на Слънчевата система, без значение дали е учебна скица или компютърна симулация на НАСА, демонстрира една специфичност: орбитите на всички съществени небесни тела лежат съвсем в една и съща низина. Земята, Марс, Юпитер и останалите планети се движат по този начин, като че ли са закрепени върху един незабележим диск. Отклоненията от тази низина са минимални и са единствено няколко градуса.
Това наблюдаване опонира на интуитивното ни схващане за пространството. Пространството е триизмерно. То се простира еднообразно във всички направления. Гравитацията е сферична – тя притегля обектите към центъра на масата, без значение от тяхното състояние. Логично би било да се допусна, че планетите би трябвало да се въртят към звездата в безреден рояк, пресичайки се под разнообразни ъгли, както да вземем за пример електроните в класическия модел на атома. Това обаче не се случва.
Възниква естественият въпрос: каква е повода за такава „ плоска “ архитектура? И в случай че въображаемо начертаем вектор, вертикален на земната орбита – към пространството, което условно може да се назова „ дъно “ или „ връх “ на Слънчевата система – какво ще открием там?
Проблемът за навигацията в триизмерното пространство
Преди да стартираме да приказваме за структурата на пространството, е належащо да определим координатна система. На повърхността на Земята понятията „ горе “ и „ долу “ се диктуват от гравитацията. Векторът „ надолу “ постоянно е ориентиран към центъра на планетата. За наблюдаващ в Северното полукълбо и за наблюдаващ в Австралия тези вектори ще сочат в противоположни направления един по отношение на различен, само че към една и съща точка – земното ядро.
В галактическото пространство, надалеч от солидни тела, няма гравитационно „ дъно “. За да се ориентират в пространството, астрономите са въвели понятието „ повърхност на еклиптиката “. Това е условна низина, в която Земята се върти към Слънцето. Тя служи като базово равнище, самобитен „ екватор “ на нашата звездна система.
Според интернационалната спогодба северният полюс на системата е страната, от която се вижда, че въртенето на планетите се прави в посока, противоположна на часовниковата стрелка. Съответно пространството, ситуирано на противоположната страна – на южния полюс на Слънцето – може условно да се назова „ дъно “.
Ако изпратите изследователска сонда строго перпендикулярно на равнината на еклиптиката, тя доста бързо ще напусне зоната, наситена с материя. По-голямата част от материята на Слънчевата система – планети, спътници, астероидни пояси – е съсредоточена в относително тъничък диск. Отвъд него плътността на материята спада съвсем до нула. За да разберем за какво природата подценява третото измерение, е належащо да се обърнем към процеса на звездообразуване.
Физиката на гравитационния колапс
Образуването на плоски структури от обемни облаци газ е повсеместен механизъм, подбуден от законите на класическата механика. Той работи освен за Слънчевата система, само че и за акреционните дискове към черните дупки, пръстените на Сатурн и спиралните галактики.
Преди към 4,5 милиарда години в нашата система се е намирала гигантска молекулярна мъгливост – облак, формиран от водород, хелий и галактически прахуляк. Тя е имала неправилна, триизмерна форма и е преодолявала големи дистанции. Газовите частици в него се движели безредно, само че облакът като цяло имал дребен общ въртящ миг.
Когато облакът почнал да се свива под действието на личната си гравитация (или на външно смущение), в действие влезнали два физични закона:
Законът за опазване на импулса. С намаляването на размера на облака скоростта му на въртене се усилва. Това е фундаментално свойство на въртящите се системи: с намаляването на радиуса линейната скорост би трябвало да се усили, с цел да може импулсът да остане непрекъснат. Разсейване на силата при конфликтите. Това е основен фактор при сплескването. В сплескания облак частиците непрестанно се сблъскват една с друга.Да разгледаме придвижването на частиците в три измерения. Всяка парченце има вектор на скоростта. Той може да се разложи на две съставни елементи:
Вертикална съставния елемент (движение перпендикулярно на оста на въртене на облака). Хоризонтална съставния елемент (въртене към центъра на масата).
Частиците, които се движат „ нагоре “ и „ надолу “, неизбежно пресичат централната низина на облака, където плътността на материята е по-висока. Там се случват нееластични конфликти. Когато парченце, движеща се „ нагоре “, се сблъска с парченце, движеща се „ надолу “, отвесните им импулси взаимно се обезвреждат. Енергията на това придвижване се трансформира в топлота и се излъчва в пространството.
Хоризонталното въртене обаче не може да бъде обезвредено. Центробежната мощ не разрешава на материята да падне в центъра, върху формиращата се протозвезда. Въртенето поддържа диска раздължен, като не му разрешава да се срине в точка.
В резултат на милионите години еволюция безредният тримерен облак е изгубил отвесното си измерение. Вертикалното придвижване е изчезнало, до момента в който ротационното придвижване се е запазило. Облакът се трансформирал в плоския протопланетен диск, от който по-късно се образували планетите. Тъй като те са зародили навътре в към този момент плоския диск, техните орбити са запазили тази ориентировка и до през днешния ден.
Протопланетен диск Йерархия на галактическите плоскости
Можем да предположим, че цялата Вселена е проведена съгласно този принцип и съставлява една-единствена низина. Наблюденията обаче демонстрират, че това не е по този начин.В космоса няма универсална ориентировка. Ред се следи единствено в границите на гравитационно обвързани системи, само че сред тези системи има безпорядък.
Ако увеличим мащаба оттатък Слънчевата система, ще забележим следната картина:
Млечният път. Нашата вселена също е плосък диск, формиран по същите закони на гравитационното втвърдяване. Тя съдържа сред 100 и 400 милиарда звезди. Но равнината на Слънчевата система не съответствува с равнината на галактиката. Ние сме наклонени на към 60 градуса по отношение на галактическия диск. Слънчевата система се движи през Галактиката на своя страна. Свръхгалактическата низина. Млечният път е част от Местната група галактики, която на собствен ред е част от супергрупата Дева. Тези великански структури също се стремят да се подреждат по продължение на избрани равнини (стените и нишките на едромащабната конструкция на Вселената). Равнината на нашата Галактика е наклонена към равнината на Местната свръхгрупа под ъгъл от към 84,5 градуса – т.е. съвсем перпендикулярна.Подобно разпръскване на ъглите се изяснява с обстоятелството, че всяка система (звездна или галактична) се е формирала изолирано от личния си газов облак. Началният вектор на въртене на всеки подобен облак е бил инцидентен. Следователно във Вселената не съществува обединен „ под “ или „ таван “.
Спиралната вселена ESO 121-6 Какво се намира в геометричното „ дъно “?
Връщайки се към първичния въпрос: какво се намира под Земята, когато я гледаме перпендикулярно на еклиптиката?
От позиция на астрофизиката посоката „ надолу “ (към южния полюс на еклиптиката) е минимум пречещата посока за наблюдаване на дълбокия космос. Тъй като по-голямата част от праха и материята на Слънчевата система е съсредоточена в орбиталната низина, гледката перпендикулярно на тази низина е най-ясна.
Ако се движите в тази посока:
Първо, ще преминете през разредената зона на Слънчевата система, където на практика липсват огромни небесни тела. След това ще навлезете в междузвездното пространство. Там ще срещнете други звезди, само че техните планетни системи ще бъдат насочени по напълно друг метод. За един предполагаем наблюдаващ на планета покрай Алфа Кентавър нашата „ плоска “ слънчева система може да наподобява като диагонален диск. На още по-големи дистанции ще откриете други галактики, всяка от които има собствен личен ъгъл.Обобщение
Липсата на материя „ надолу “ и „ нагоре “ от Земята е натурален резултат от еволюцията на въртящите се системи. Гравитацията и времето неизбежно трансформират обемните облаци газ в плоски дискове.
Това предписание обаче е годно единствено локално. Глобалната конструкция на Вселената няма разграничени направления. Понятието „ дъно “ губи физическия си смисъл незабавно щом излезем отвън границите на гравитационното въздействие на обещано тяло. Вселената е цялост от милиарди равнини, обърнати една към друга под случаен ъгъл, където всеки наблюдаващ се намира в центъра на личната си координатна система, която не съответствува с ничия друга.
(function() { const banners = [ // --- БАНЕР 1 (Facebook Messenger) --- `