Sonnensystem und Galaxien - Warum so flach?
Hallo!
Schon länger stelle ich mir die Frage, warum alle Planeten in unserem Sonnensystem sich auf zu sich scheibenähnlichen Umlaufbahnen eingefunden haben (Mit Ausnahme von z.B. Ex-Planeten Pluto, der "schief" zu den anderen acht Planeten steht). Das selbe fällt auch bei Galaxien auf: Die gebräuchlichsten Darstellungen zeigen eine scheibenförmige Spirale. Gibt es dafür eine plausible Erklärung?
mfg
Flo
4 Antworten
Das ergibt sich aus der Entstehung von Galaxien und dem Sonnensystem aus kollabierendenden Gaswolken.
Stell Dir am Anfang eine Wolke mit Gas vor, hauptsächlich Wasserstoff, etwas Helium und ganz wenig schwerere Elemente. Schön kalt muss sie sein, unsere Wolke, damit die Atome und Moleküle darin sich nur langsam bewegen. Und dann warten wir.
Worauf? Auf zufällige Schwankungen in der Dichte. Die Teilchen treiben mal hierhin, mal dorthin, stoßen mal, es ergeben sich zufällige minimale Schwankungen in der Dichte. Soweit klar?
So, jetzt ist der Witz: die Schwerkraft ist stur: selbst minimale Schwankungen in der Gasdichte schaukeln sich auf, verstärken sich, weil da wo das Gas dichter ist, ist mehr Masse, dorthin zieht mehr Schwerkraft, dort kommt folglich noch mehr Gas hin, etc. (Dafür muss die Gaswolke zu diesem Zeitpunkt kühl sein, damit die Teilchenstöße die Dichteschwankungen nicht wieder kaputt machen können.)
Die Wolke verklumpt. Und dabei fängt sie an sich zu drehen, weil die meisten Teilchen nicht genau in Richtung der Dichtehäufungen unterwegs sind, sondern leicht "daneben" fallen würden. Dieser Drehimpuls bleibt bei der Verdichtung erhalten, was bedeutet, dass das Gas schneller und schneller rotieren muss, je näher es zusammenrückt.
Und durch die Rotation entstehen Fliehkräfte, denen das lose Gas nichts entgegen zu setzen hat. Die rotierenden Einzelteilchen werden in die Rotationsebene gezogen - und deshalb sind rotierende Gebilde aus einzelnen Teilchen flach. Denk Dir einen Drehteller, auf dem ein Sandhäufchen ist, das wird auch nach außen gezogen und flach über den Drehteller verteilt.
Kann man wohl kaum noch besser erklären! Darum sparst Du mir die Mühe eine eigene Antwort zu formulieren. :)
Grüße, Martin
@Enki40: Du hast sicher schon mal gehört, dass die Erde keine perfekte Kugel ist, sondern an den Polen etwas abgeflacht ist, so dass der Durchmesser von Pol zu Pol kleiner ist, als der Durchmesser von Äquator durch den Erdmittelpunkt zum Äquator auf der anderen Seite.
Das ist genau das selbe Phänomen, wie auch bei der Ekliptik der Planetenbahnen und den flachen Spiralgalaxien:
Die Zentrifugalkraft zieht eine Kugel senkrecht zur Drehachse in die Breite, und wenn das Material weich genug ist, führt das schließlich zu einer so stark abgeflachten Kugel, dass sie am Ende wie ein Diskus aussieht.
Gruß, Martin
Genau, danke.
Stellen wir uns die Kräfte an einem Ort in unseren Breiten einmal vor. Wir haben eine Schwerkraft, Richtung Erdmittelpunkt. Und wir haben eine Zentrifugalkraft, die wirkt parallel zur Rotationsebene nach außen. Ich kann also den Kraftpfeil, der die Schwerkraft darstellt zerlegen in eine Komponente, die der Zentrifugalkraft entgegen wirkt und eine Komponente senkrecht dazu in Richtung der Rotationsebene.
Wenn ich mir jetzt das Ganze aus losem Gas und Staub denke, wie bei der Entstehung des Sonnensystems/einer Galaxie, dann verkleinert jedes Teilchen seinen Rotationsradius gerade so weit, bis sich Fliehkraft und entgegen gerichtete Schwerkraftkomponente aufheben. Es bleibt ein Kraftpfeil in Richtung der Rotationsebene. D.h. das Teilchen wird in die Ebene gezogen. Bei kompakten Körpern passiert das nicht, es kommt nur zu einer abgeplatteten Form statt einer reinen Kugelform. Je größer die Himmelskörper sind, desto glatter wird die Kugelform. Kleine Himmelskörper können dagegen recht buckelig sein. Bei kleinen, leichteren Körpern können sich "Buckel" noch leichter halten.
Stell Dir das so vor: Das fragliche Objekt (Galaxis, Planetensystem, Stern) ist anfänglich kugelförmig und rotiert "mittelschnell".
Jetzt zieht es es sich auf Grund der Gravitation zusammen. An den Polen wirkt nur diese Kraft, in anderen Richtungen wirkt dem aber die Zentrifugalkraft entgegen, am stärksten am Äquator. Wegen der Drehimpulserhaltung dreht sich nun die sich bildende Scheibe immer schneller und der Effekt (die Abplattung) wird immer heftiger.
Die Kuiperobjekte liegen noch "ungefähr" in der Ekliptik, die Oorrt'sche Wolke ist (möglicherweise) kugelförmig... Aber so genau weiß man das nicht :-)
In jeder Galaxie gibt es auch ein schwarzes Loch, um das sich die anderen Sterne und Planeten drehen. Wegen Ihrer Anziehungskraft und Rotationsenergie. Dabei wird auch Gammastrahlung freigesetzt. Einmal in Rotation versetzt, ergibt sich so etwas wie ein Gesetz, dem die restlichen Objekte folgen. Nimm ein Glas Wasser und rühr mit einem Löffel. Jetzt gibst Du ein farbiges Pulver oder Kaffee dazu. Es wird sich im Kreis drehen. ;-) Und nicht von oben nach unten.
Ja, Zentrifugalkraft. Entsteht beim Rotieren.
Für mich ist das noch keine überzeugende Erklärung. Die gleiche Frage stelle ich mir nämlich auch. Denn durch die Schwerkraft können die Körnchen auf einem Drehteller ja nicht anders als sich flach ausbreiten. Aber nimm den Drehteller weg, was ist dann?
Auch die Zentrifugalkraft ist eine Erklärung aber für mich keine befriedigende Erklärung, denn dadurch müssten sie sich nicht auf einer Ebene ausbreiten (die Milchstraße meine ich jetzt).