行星自转的起源

行星自转的起源

自转是天体的一种普遍现象，但天体的自转有不同的产生原因。太阳的自转是由于原始星云已在自转着，而原始星云的自转可能是由于原始星云所属的更大的星际云里出现了漩涡。关于行星的自转，康德的看法是尘粒和星子落入行星胎时把角动量带给行星胎，使它自转起来。19世纪出现的好些个星云说都同意康德的看法。也有一些学说提出了完全不同的行星自转起源。例如柯伊伯提出的“原行星学说”，认为很大的“原行星”本来不自转，太阳对它的吸引使它向着太阳的部分凸起来，形成一个隆起部分，当行星向前公转时，这个隆起部分偏离太阳的方向，但太阳对隆起部分的吸引把它拉回到向着太阳的方向，这样，实际上就强迫行星自转起来，而且行星的自转周期和公转周期一样，即同步自转。由于原行星内的气体绝大部分或全部离开了原行星，剩下的固体部分收缩，按照角动量守恒定律，自转速度随之增大，自转周期才不再等于公转周期，而是短于公转周期。这种看法的错误，在于先形成原行星这个基本假设。前面已经指出，多余的大量气体，靠太阳的辐射来驱赶是不行的。所以，行星的自转不会是这样产生的。但是，离行星较近的大卫星的自转，则很可能是这样产生的。虽然卫星都是固态的，行星对它的引力作用仍然能使它向着行星的部分略微隆起，从而迫使卫星同步自转起来。事实上，今天已定出自转情况的卫星，月球，火卫一、二，木卫一、二、三、四，海卫一，都是同步自转的，即自转周期等于绕行星转动的周期。月球向着地球的部分也的确有一个小小的隆起，比两边高出300米左右。一部分土卫也可能是同步自转。

理论分析表明，行星的自转起初都比现在快，周期只有几小时。离太阳较近的行星，由于太阳的潮汐作用才降慢了自转速度，使自转周期增加。所以，地球和火星的自转周期大到24小时左右，水星的自转周期大到58．6天。

天王星和金星的自转情况是很特殊的。天王星是“躺着”自转的，自转轴对公转轴的倾角大到98°；金星则逆向自转，自转周期等于243天。在行星形成末期，行星区里还未和行星胎结合起来的星子有大有小，其中大的星子可以大到和行星胎差不太多，比月球还大，这种大星子斜碰到行星，就可以大大改变行星原来的自转情况。8个行星中，水星和木星的自转轴倾角很小，地球、火星、土星、海王星的自转轴倾角都是20多度，这很可能都是在行星形成晚期有较大的星子碰到行星胎所造成的。很可能金星胎原来也是正向自转的，后来由于有一个比月球还大的大星子从内侧（较靠近太阳那一边，因为星子都是正向公转的）斜着落入金星胎，把很大的角动量带给金星胎，才使金星胎的自转从顺向变为逆向。逆向自转的金星，最初它的自转周期很短，可能在10小时左右，后来由于太阳的潮汐作用才增长到今天的243天。天王胎也可能是被一个很大的星子所碰撞，才变得侧向自转起来，碰撞时碰出的物质，就成为形成天王星的5个卫星的材料。

在行星形成的晚期大星子落入行星胎，这不仅是行星自转轴倾斜的原因，也很可能是行星公转轨道具有偏心率和倾角的主要原因。如果大星子向着行星胎前来的运动速度矢量大致穿过行星胎的质量中心，那么，大星子的撞击就会使行星胎公转轨道的偏心率和倾角增大，增大多少则决定于大星子速度矢量对行星公转轨道面的倾角和对公转速度方向的偏离。大星子速度矢量对公转轨道面的倾角越大，行星的轨道倾角就改变得越多；对公转方向的偏离越大，行星的轨道偏心率就改变越多。如果大星子速度矢量偏离行星胎的质量中心，朝向行星胎的边缘，那么，受到改变的主要是行星自转轴的倾角。水星的轨道偏心率和倾角在行星中是最大的。对于水星胎，其外侧有较多的大星子，所以水星的轨道偏心率和倾角都特别大。

通过对亮度变化的观测，已定出了50多个小行星的自转周期。小行星自转的原因，很可能是小行星之间的碰撞。有人认为，小行星最初有气壳，当2个小行星相碰时有可能合成为1个，同时以4～5小时的周期自转起来。