Это очень интересный вопрос, но чтобы ответить на него нам придется вернуться на 4,6 миллиардов лет назад — к тому времени, когда только начала формироваться Солнечная система.
Звезды образуются из плотных облаков газа и пыли, которые плавают в пространстве Вселенной. Когда более плотные области этих облаков начинают разрушаться под действием собственной силы тяжести, их скорость вращения увеличивается за счет сохранения момента импульса. Поскольку газ сжимается для образования звезды, он сохраняет направление вращениявращениявращения
Область звездообразования в туманности Киля. Источник изображения: annesastronomynews.com
Во время этого процесса материал, который не поглотила звезда, в конечном итоге, образует вокруг нее протопланетный диск. Как следует из названия, в этих газопылевых дисках образуются планеты, вращающиеся вокруг своих звезд. Естественно, что этот протопланетный диск также будет вращаться в том же направлении, в котором вращается звезда, которая в свою очередь, вращается в направлении вращения исходной туманности.
Дело в том, что частицы пыли, содержащиеся в этом диске, начинают сталкиваться друг с другом, образуя все бОльшие и бОльшие тела по размеру тела, обладающие все бОльшим гравитационным полем. Так будет происходить до тех пор, пока эти маленькие комочки вещества не станут объектами планетарного размера.
Вот симуляция, которая иллюстрирует этот процесс:
Как вы можете видеть, все планеты нашей солнечной системы вращаются вокруг Солнца в одном и том же направлении в результате процесса их формирования: они образовались в результате столкновения миллионов кусочков вещества из протопланетного диска, которые двигались в одном направлении. Они кружили вокруг Солнца, а планеты,образовавшиеся после притяжения этих кусочков, сохранили свое направление орбиты.
Направление вращения сохраняется на протяжении всего процесса звездообразования. Источник изображения: nrao.edu
Давайте проведем аналогию: представим ванну, наполненную водой и пеной. Если вы уберете пробку из ванны, то вода начнет стекать в слив, образуя водоворот. Когда водоворот закручивает воду, то некоторые пузырьки на ее поверхности соединяются вместе и образуют еще большие пузырьки, когда они «вращаются» вокруг стока. Но когда они собираются вместе, они все равно будут продолжать двигаться в том же направлении, что и водоворот, который их затягивает.
В нашем примере примере пузырьки — это кусочки материи из протопланетного диска, которые собираются вместе, когда сталкиваются, между собой и образуют планеты.
Ага, но все это произошло давным-давно, откуда астрономы знают, что наша солнечная система действительно сформировалась таким образом?
Для этой гипотезы механизм формирования Солнечной системы восходит к середине восемнадцатого века. Долгие годы спустя благодаря усовершенствованиям телескопов астрономы смогли непосредственно наблюдать звезды, окруженные протопланетными дисками, тем самым подтвердив, что эта идея в действительности верна.
Протопланетный диск, образующийся в туманности Ориона. Источник изображения: hubblesite.org
Теперь мы увидели, что все планеты одной и той же звездной системы должны вращаться в одном и том же направлении (по направлению вращения их звезды), поскольку они сохраняют направление вращения протопланетного диска, в котором они формируются. Но даже в этом случае были обнаружены планеты, которые вращаются вокруг своих звезд в направлении, противоположном тому, что мы ожидаем, явление, называемое ретроградной орбитой … Хотя такие планеты, конечно, находятся не в нашей солнечной системе.
Например, WASP-17b и HAT-P-7b — это две экзопланеты с массой, приблизительно равной массе Юпитера, которые вращаются вокруг своих звезд в направлении, противоположном направлению вращения их звезды, что не соответствует модели планетарного образования, которое мы только что видели.
И какая сила может заставить планету двигаться по ретроградной орбите? Инопланетяне?
Нет, к сожалению, инопланетяне тут не причем. Есть несколько механизмов, которые могут заставить планету принять ретроградную орбиту совершенно естественным образом.
Например, если планета вращается в направлении, противоположном ее звезде, то может случиться так, что вместо того, чтобы формироваться в том же протопланетном диске, что и другие, она не будет захвачена гравитацией звезды, и будет свободно перемещается в космосе. Такие межзвездные планеты уже были обнаружены, (например, PSO J318.5-22 ).
На самом деле, даже в нашей собственной солнечной системе есть подобный случай, но в маленьком масштабе: одна из лун Нептуна, Тритон, кружит вокруг своей планеты в направлении, противоположном остальным ее спутникам, поэтому предполагается, что это может быть объект из пояса Койпера, который был захвачен гравитацией Нептуна.
Тритон (по фотографиям, сделанным зондом Voyager 2. ) Источник изображения: hotojournal.jpl.nasa.gov
Что интересно, планеты с ретроградной орбитой не нужно захватывать отдельно, существуют также механизмы, которые позволяют этим типам орбит появляться и во время фазы формирования планет .
Например, была обнаружена звезда, окруженная протопланетным диском, чья внутренняя область вращается в направлении, противоположном внешнему, что может привести к созданию системы, в которой внутренняя и внешняя планеты вращаются вокруг звезды в противоположных направлениях. В этом случае это явление могло быть вызвано обменом материала между двумя планетарными туманностями, которые вращались в противоположных направлениях, создавая два диска вещества, которые вращаются вокруг звезды в разных направлениях, как показано на следующем изображении:
Источник изображения: nrao.edu
Наконец, планета, вращающаяся вокруг своей звезды в «нормальном» направлении, может выйти на ретроградную орбиту благодаря эффекту Лидова-Козаи. Это явление происходит, когда гравитационные возмущения второй планеты постепенно увеличивают наклон орбиты другой, пока она полностью не развернется, в результате чего в конечном итоге будет вращаться вокруг своей звезды в направлении, противоположном первоначальному.
Эффект Лидова-Козаи. Источник изображения: postsynoticias.com
Если вам понравилась статья, то поставьте лайк и подпишитесь на канал Научпоп. Наука для всех. Оставайтесь с нами, друзья! Впереди ждёт много интересного!