天体系统共面性进化的原理
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发布时间：2023-05-11 16:56
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时间：2024-10-23 10:40
我们太阳系的行星系统具有共面性，估计木星或土星的卫星系统也具有共面性（谁说一下，是否真的如此？），那么，天体系统的共面性来源于什么道理呢？
这是美国科学家近期发现的12颗木星卫星的轨道运行图，可以看到这些木星卫星确实具有共面性。
卡西尼号拍摄的土星卫星中的5颗 | NASA/JPL，我们也可以感觉到，其卫星也是共面的。
首先，这来源于长期的天体系统进化。如果不共面，就容易产生轨道运行冲突，自然是无法长期存在，结果是，天体系统趋向共面性。也就是天体系统在经过大量碰撞以后，趋向了共面性。
其次，这是一个常常不为我们注意的因素，天体运行轨道共面可以让天体的引力势能趋向最小化，也就是说，天体共面后，可以实现最小的引力势能存在。也就是所有天体的运行轨道都有趋向于共面性的引力动力，这是加速天体系统趋向共面性方向进化的重要原因。
天体引力势能趋向最小化这个因素，也许对于太阳系来说意义不大，毕竟太阳系还比较小，内部天体轨道运行周期并不大，几十亿年内有着足够次数的轨道碰撞进化，进化出了几乎完美的共面性。当然，我们可以推测，太阳系边缘区域天体轨道运行周期很大，轨道进化次数明显减少许多，这导致太阳系边缘区域天体的轨道平面较为混杂，不那么趋向共面性了。
常见的银河系全景设想图。涡旋星系是我们所观测到的星系中的大部分情况，还有比较特殊形状的星系，甚至有奇特的环状星系，不过，绝大部分星系都是倾向于共面性的。
天体引力势能趋向最小化这个因素，对于银河系这样的天体系统相对影响就大了。银河系内部的恒星虽然可以以更高的速度环绕银核转圈，比如线速度提高了一个数量级。但是周长却提高了几个数量级，轨道绕转周期提高了很多倍，这大大减少了银河系天体运行轨道的进化速度。最终结果我们已经知道，银河系内部天体系统的共面性不明显，呈铁饼状，不过，这已经体现了一定的共面性了。
按照银河系内部的恒星轨道周期，银河系的共面性进化会是很弱的，实际上共面性表现还是不错的。这就得助恒星之间的引力势能趋向于最小化的进化动力。恒星之间相互拉近，最终形成环绕关系，这就是银河系内部的恒星团体系。就是恒星团与恒星团也有拉近环绕趋势或拉近趋势，这是银河系旋臂形成的核心动力。天体引力势能趋向最小化这个因素，极大加速了银河系天体轨道的趋向有序化。
这是人们设想的星系团或星系群景观图，就是若干星系构成一个相互环绕的体系，这个体系的进化还很不完善，处于团状状态，几乎不呈现平面化的结构，虽然有趋向这个方向进化的趋势。
同理，河外星系之间的引力拉近环绕行为，即引力势能趋向最小化，是宇宙内部星系趋向有序化的几乎唯一动力。星系之间的碰撞效应对星系轨道有序化的影响几乎为零，因为，星系之间的相对速度相对星系之间的空间距离，太微不足道，自宇宙诞生以来，星系轨道的周期还没有完成几个，甚至没有完成一个周期，只是邻近星系之间也许完成了几次轨道运行周期。这自然形成了宇宙局部的星系有序化进化趋势，而宇宙整体天体系统几乎是没有任何进化的。宇宙内部物质分布整体呈纤维状，大尺度下各向同性，物质分布均匀。局部的有序化进化趋势形成了宇宙纤维状结构的纤维，也就是说，宇宙局部的物质分布是不均匀的，是集中的，也就是趋向有序化的。
宇宙中的不同尺度的景观图，大尺度的宇宙，虽然相互之间也有引力作用，但是效果就差多了，几乎没有引力作用效果。物质分布没有明显的规则形状，或物质分布较均匀。只是在局部的小尺度下，物质分布不均匀，或物质分布趋向集中化。
美宇航局设想的宇宙全景图，大尺度下物质分布均匀。
宇宙纤维网状图局部景观，这体现了局部宇宙物质分布的不均衡，整体宇宙物质分布的均衡性。有众多星系组成的星系团构成了图中明亮的纤维网状的纤维部分的一小段或一小节。
宇宙局部纤维网状物质分布及放大图景观设想，这明亮的纤维的一部分其实就是巨大的星系群或星系团。
若干星系相互环绕，甚至是星系群相互环绕，构成了宇宙物质纤维状结构的纤维的一小段。也就是说，每个纤维部分都是星系环绕或星系群的环绕，在纤维状结构之间是广袤的宇宙物质空洞，其尺度可以达到几光年。这些宇宙空洞并不是空空如也，只是物质分布格外低所致。宇宙空洞内部应该有数不清的星系或星系群，甚至还有大量的游离于星系之外的恒星系统。宇宙空洞的物质分布密度要比宇宙纤维部分的物质分布密度低两个以上的数量级。
宇宙纤维网结构物质分布立体设想图景观，各种星系或星系群就分布在白色的纤维状结构的纤维上，在纤维的交接枢纽区域，分布着巨大的星系团。白色纤维之间的空隙就是宇宙物质空洞，这里也应该会有少数星系分布的。也就是宇宙物质分布特征就是局部集中，整体均匀。纤维状区域越明亮的地方，意味着周围的物质空洞就越巨大。
我们需要清楚的是，天体系统是同时进化的，或者说在同一时间，不同级别的天体系统都在进化着，几乎是互不影响的进化着。比如太阳系内部物质在引力作用下自我进化的同时，也以整体参与着银河系的进化，银河系参与着星系团的进化。
所有天体系统在引力作用下的进化水平与组成天体系统的内部天体运行周期成反比，这几乎是天体系统进化水平或状态的唯一标志。
