Почему одни универсальные объекты круглые, а другие плоские?

Я уже некоторое время задаюсь вопросом, почему некоторые объекты во Вселенной (такие как звезды, планеты и т. д.) круглые, а другие плоские (галактики, планетарные кольца и протопланетные диски).

Я знаю, что эти формы возникают из-за гравитации. В планетах гравитация от ядра притягивает все к центру, таким образом, закругляя планету (то же самое и со звездами). Но почему, например, кольца Сатурна сформировались как кольца, а не как сферический слой льда, окружающий планету?

То же самое с поясом Койпера и поясом астероидов, я бы предположил, что механика там такая же, как и с планетарной орбитой, следовательно, почему это пояса, а не облака. А как же тогда облако Оорта? Почему это огромное облако в самой дальней части Солнечной системы, а не огромное ледяное кольцо?

Что касается самой Солнечной системы, я читал, что Солнечная система имеет форму яйца, но разве она не должна быть такой же, как галактика (или наоборот)?

Я пытался изучить это и задаться вопросом, какие разные законы физики могут применяться в каждом случае, но все это действительно сбивает с толку.

Одно из моих любимых минутных видео по физике на эту тему: youtube.com/watch?v=tmNXKqeUtJM

Ответы (2)

Я склонен рассматривать это просто как следствие симметрии, нарушения симметрии и баланса между ними. Простейшей из них является сферическая симметрия, при которой все направления одинаковы, как и другие (изотропия). Это относится к Солнцу, планетам, шаровым звездным скоплениям, ... Если есть некоторое (достаточное) вращение, эта изотропия будет нарушена, будет выделенное направление, и это даст плоские объекты: спиральные галактики, планетарные кольца. , ... или даже иногда линейные объекты, такие как релятивистская струя. Конечно, когда есть некоторое вращение, но не очень сильное, у вас будут какие-то промежуточные объекты: Земля - ​​эллипсоид, эллиптические галактики, ...

Предварительное замечание: есть преемственность более или менее уплощенных форм. Никакие макроскопические объекты не являются действительно сферическими или действительно плоскими . Возьмем Юпитер: у него период вращения вокруг своей оси 10 часов, и хорошо видно, что это эллипсоид. Именно центробежная сила в сочетании с гравитационным притяжением формирует эти объекты.

Теперь к вашему вопросу: Планеты и звезды являются плотными телами и вращаются как отдельные объекты. С другой стороны, облако Оорта, кольца Сатурна, звездные скопления и галактики состоят из независимых частиц, свободно плавающих в большом количестве пустого пространства. В зависимости от истории формирования и гравитационного окружения (например, Сатурна и его спутников) этих объектов, орбиты этих отдельных частиц могут быть более или менее совмещены и образовывать более или менее сферические облака.

Таким образом, инерция в сочетании с гравитацией заставляет планету иметь округлую форму. Таким образом, внешний материал перемещается быстрее всего и действует так, как будто вращается вокруг ядра, за исключением того, что весь материал удерживается вместе. Это имеет смысл для меня. Но с точки зрения больших групп «независимых частиц», как вы упомянули, эта модель звучит очень похоже на атом. В атоме электроны вращаются вокруг ядра, придавая ему кажущуюся сферическую форму. Так почему же не то же самое с галактиками? Почему некоторые звезды вращаются не вертикально, а горизонтально (в нашей системе отсчета)?
Многие галактики действительно содержат звезды с «случайно» ориентированными орбитами и без какой-либо дисковой структуры. Их называют эллиптическими галактиками (нажмите, чтобы увидеть изображения). Причиной разнообразия звездных орбит является история формирования галактик. Научный консенсус заключается в том, что галактики обычно образуются в результате «слияния» более мелких галактик, часто многие из них происходят в течение миллиардов лет. Такие слияния происходят в случайных направлениях (не только в плоскости диска) и поэтому часто приводят к «беспорядку» орбит.
О, хорошо, это имеет смысл, так что все дело в том, как они формируются и в каком направлении они формируются.