为什么太阳系、银河系等星系都是几乎是在一个平面?
因为如果存在两个平面,这个星系系统就是不稳定的。同时,从星系演化的角度也可以进行理解。
星系在形成初期,气体、尘埃物质首先聚集起来,然后才会形成一个个行星、天体。这个时候,如果想要存在两个平面,那这两个平面的气体一定会相交。气体不像行星,可以「道并行而不悖」,气体碰到一起,就会产生混乱的行为,使得体系向一个更加稳定的方向进行——即单一的圆盘。
我们知道有角动量守恒定律。在星系形成的早期,由于局部的涨落,会使得整体有一个非0的角动量。这个时候,星云的尺度都是极大的,当气体、尘埃开始凝聚成星体时,其尺度会大大减小,但这时,角动量依旧存在,便使得系统整体有一个特定的取向。又由于离心力的作用,产生了圆盘结构。所以从演化的角度,也没有理由认为会产生多个运行的平面。
另一个原因,可能来自于引力。因为会有人认为,平行的圆盘结构,也不会相交,似乎是可行的。但由于万有引力的存在,多个平行圆盘的结构是不稳定的。
故而,一个恒星-行星体系,其较为稳定的状态,就是只有一个运行平面,这不是偶然。偶尔有小的差异(如太阳系中有的彗星,与一般行星不在一个平面),也是随机的涨落。
我们又可以注意到,在银河系中,边缘的结构比较薄,中心则比较厚。似乎边缘的地方,更加符合「在一个平面」的特征,这样从侧面体现了离心力对星系形成的影响。
大约46亿年前,一团由气体和尘埃组成的巨大星云形成了太阳系。开始这些星云并不是偏平的,它们的直径甚至达到数亿光年。
如今变成这般偏平是由物理定律决定的。星云中物质在进行无规则运动,它们的运动路径不可预测,但星云作为一个整体会围绕着它的质心向一个方向旋转。如果把所有物质视作一个整体,它们就有一个总角动量。
星云在自身作用力下开始坍缩。在平行于星云自转轴的方向上,坍塌不会受到太大的阻碍。但是在垂直方向上,物质落向中心会导致角动量减少,而角动量是守恒的,所以物质无法继续往下落,星云在这个方向上的坍缩受阻。星云坍缩就是形成现在太阳系,还有其他星系扁平盘子的原因。