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惑星の公転軸と恒星の自転軸

ふと疑問に思ったのですが、太陽系の惑星たちの公転軸は大体そろっていますが、これは中心に居る太陽の自転軸と概ね並行なのでしょうか? それとも惑星たちの公転軸と恒星の自転軸は互いに独立すしているのでしょうか? 天文学の知見をお持ちの科学者の皆さまよりお知恵をいただければ幸いです。

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  • ddtddtddt
  • ベストアンサー率55% (172/308)
回答No.4

 ものすごく大雑把な話ですが、ガスや塵の雲が自転しながら収縮し、最後には太陽と惑星になったとして、理想的に上手くいけば理屈の上では全ての公転軸と自転軸は揃う事になります。  何故ならガス雲時代から引き継いだ、角運動量保存則が今もほとんど成り立ってるはずだからです。角運動量(ベクトル量で、ベクトルの向きが回転軸)の保存則が成り立つとすれば、ガス雲時代の全角運動量が、太陽と惑星の質量に応じてそれぞれに割り振られただけになります。ガス雲の収縮過程を、最初の巨大コマが、軸が同じ向きの部分コマへ分裂する過程だと、最も単純にイメージすれば理想的な状態になります。  でも理想的に上手く行く事は、実際上ほとんどないだろうとも思えます。ガス雲の収縮過程は多体問題だからです。多体問題は決定論的カオスを導き、現在の太陽系は安定と不安定(バラバラになる)状態の中間くらいにいる、という話をきいた事があります。  そうすると太陽と各惑星の相対運動による相互的な小さな重力攪乱効果が成長し、自転軸がバラバラになっておかしくない気がします。NHKスペシャルかなんかで見たんですが、太陽系の衛星中で月の地球に対する質量比は、他の惑星と比較して格段に大きく、地球は月を錨とできるために、自転軸が非常に安定しているそうです。対してフォボスとかダイモスしか持たない火星は、宇宙的年月では自転軸の傾きが頻繁に変動するそうです。  あと太陽系外からの攪乱も考えられますが、たぶん全くわかっていないと思います(^^;)。

Mokuzo100nenn
質問者

お礼

>ガス雲の収縮過程は多体問題だからです。 「多体問題」ですか。私の知らない概念です。少し調べてみます。 太陽の自転も宇宙的時間軸で観察すると歳差運動をしていることは十分予想できますね。 どうもありがとうございました。

その他の回答 (3)

回答No.3

#2の者です。 すみません、間違いました。 重力収縮して惑星になる時にコリオリ力が 働く事で、自転の回転方向は公転と同じに なる傾向がある、と言うべきでした。

Mokuzo100nenn
質問者

お礼

ありがとうございました。

回答No.2

星間ガスが重力収縮するにあたり、わずかにあった ランダムな運動が平均化されて角運動量になり、遠心力 によって重力収縮に抗して円盤状になり、また円盤状に バランスしたガス雲の中で重力収縮して惑星になりました。 つまり、円盤の回転方向以外の運動量は、重力収縮の過程 の「平均化」でぶつかり合い、熱量に変換したのです。 重力収縮に抗しきれずに太陽になった星間物質も、当然 同じ角運動量を共有しているので、惑星の公転と同じ方向 になります。 自転については、軌道上で重力収縮する時、コリオリ力が 働き(公転方向に加速されるガスは外にずれる)、公転と 逆向きになっていいのですが、太陽に近い内惑星は太陽の 強力な潮汐力によってほとんど自転しておらず、ランダムな ぶれにより、金星は他の惑星と逆方向に自転しています (といっても公転と変わらない程度の回転ですが)。 外惑星は、こうした「重力収縮したガス円盤のルール」より、 「元のランダムな運動」の影響が残っており、海王星の 自転軸はほぼ横倒しになっています。

Mokuzo100nenn
質問者

お礼

ありがとうございました。

  • SPROCKETER
  • ベストアンサー率26% (1987/7430)
回答No.1

 天文学者ではありませんが、現在の惑星形成理論によれば、ガスや塵の雲が自転しながら収縮し、平坦な膠着円盤になり、膠着円盤から惑星が生成されるわけですが、膠着円盤の質量が比較的大きいので、中心にある恒星の自転軸は重力の作用で倒れやすくなり、ほとんどの惑星系で恒星は30度から80度ぐらいまで倒れているようです。  太陽系も膠着円盤から惑星が形成されたのであれば、太陽の自転軸は80度ぐらい傾いているはずですし、遠くにある惑星ほど軌道離心率が大きくなって、天王星や海王星は離心率が大きな楕円軌道を公転しているはずですが、実際には離心率はあまり大きくありません。  太陽系の惑星が黄道面を公転しているのに対して、太陽の自転軸が7.25度しか傾いていない理由は良くわかっていないようです。銀河系には地球の2倍ぐらいの惑星が1個しかない惑星系がありますが、恒星の自転軸は惑星の公転軌道面に対して80度ぐらい傾いているのが発見されています。  太陽の自転軸が倒れなかったとしたら、膠着円盤の質量が非常に小さかったか、太陽から遠く離れていたと考えるしかないのですが、そうだとすれば、惑星が8個もあるはずがありません。  太陽の自転軸が倒れずに、惑星が8個も公転出来るのだとすれば、太陽の質量が考えられないほど重くなければならないのですが、そうだとすれば、地球は物凄い速さで公転しているはずですし、太陽の潮汐力が大き過ぎて自転が止まっているはずです。  実は、中性子星の周囲を水星、金星、地球とほぼ同じぐらいの大きさと軌道を公転する惑星系が発見されています。水星軌道の内側に惑星が無いのまで同じです。巨大ガス惑星は超新星爆発で吹き飛んだのか、発見されていませんが、太陽系に似ているのが謎のようです。  惑星の公転軌道面と恒星の自転傾斜角が一致しないのは自然ですが、太陽系だけが他の惑星系と違うのは説明が難しいようです。

Mokuzo100nenn
質問者

お礼

詳しい解説ありがとうございます。 「ほとんどの惑星系で恒星は30度から80度ぐらいまで倒れている」という現実は理解しました。 しかし、その原因として 「中心にある恒星の自転軸は重力の作用で倒れやすく」というくだりが理解できません。 原始惑星円盤の時には、天体全体として差動回転しているのでしょうが、その回転軸は一つとおもいます。 その状態では、慣性系におけるジャイロ効果によって自転軸の保存性があると思います。その状態から「恒星の自転軸だけを傾ける力」がどのようなものか理解できないのです。 この力(重力の作用)は、原始惑星円盤の内部の力でしょうか、それとも原始惑星円盤外部の質量からの重力でしょうか? なにか考えるヒントの様なものをいただけると有り難いのですが、、。

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