为什么我们看到的星系都是扁平的

是我们很容易意识到的问题,包括我们的太阳系在内也是扁平的圆盘状,甚至是土星环也是如此 。宇宙不是很喜欢追求球形对称吗?为什么星系又不是这样?其实特简单,估计看一半都懂了!那么我们先从太阳系开始:

为什么我们看到的星系都是扁平的

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似乎我们太阳系中的所有物体几乎都在同一平面上围绕太阳公转 。这是为什么呢?为什么太阳系没有球面对称性?为什么我们的太阳系看起来不像原子这样的结构呢?
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太阳系的形状大致是中心凸起,外围有一个圆盘,类似于草帽的形状!而且凸起+圆盘,是宇宙大小星系最常见的形状之一 。事实上,我们可以观察比太阳系更小的尺度,比如气态巨星,我们看到了什么?
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显而易见的形状,中心(行星)凸起,有一个圆盘(环和卫星)围绕土星旋转 。土星的光环在太阳系是最壮观的,但是木星、天王星和海王星都有光环,光环和大部分大卫星在同一个平面上 。
我们再把目光放远,看看星系!
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这种著名的“螺旋”形状,从侧面看,显然也只是一个凸起和一个圆盘 。所以题主问的这个形状实际上非常非常普遍 。为什么会这样呢?
凸出部分很简单:因为引力 。所有行星、太阳系和星系都是由引力塌缩形成的 。但有一点非常重要一开始分子云确实呈大致球形的,这是宇宙非常喜欢的形状,但是这些最初的分子云从来都不是完美的球体,哪怕存在一点点不完美,引力都会发生不平衡!
形成星系的物质最初看起来是这样的:
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而形成恒星的物质看起来是这样的:
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其实已经很明了了,这种形状能形成球形星系才不科学!换句话说,初始形状不是一个完美的球体 。我们想象一下有三个维度,一个维度稍微短一点,另一个维度稍微长一点 。对于这样的形状有一个花里胡哨的名字叫:三轴椭球体 。下图:
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在上图中,蓝色方向最短 。牛顿的引力足以告诉我们答案,最短的方向塌得最快,而最长的方向塌得更慢 。但是星系,太阳系,甚至行星形成的区域都充满了物质 。当两团物质以高速相互碰撞时会发生什么?
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你想对了!“啪!一声”,它们形成了一个薄饼形状 。如果重力是唯一的因素,那么所有沿着其他两个轴的物质最终都会被拉向中心,这意味着只会有一个中心凸起 。
所以还有一个因素:物体在旋转(在物理学中,我们称之为角动量守恒) 。星系、恒星系统和单个行星都在旋转,因为它们都以某种旋转能量开始,而这种能量一直 。没有足够旋转动量的物质向内坍塌,成为凸起的一部分 。但是旋转足够快的物质将停留在外围,形成圆盘 。
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所以所有的东西,行星、太阳系和星系,最初都是由这个“凸出+圆盘”的形状形成的,没有球形对称!
这时你可能会想到“椭圆星系”它们看起来像有点球形的星系 。
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