¿Por qué los planetas de nuestro sistema solar orbitan en el mismo plano?

(Sí, estoy excluyendo a Plutón de esto de la misma manera que fue excluido por no ser un planeta)

Al observar la órbita de los planetas del Sol, todos parecen relativamente planos y casi todos orbitan a lo largo del mismo plano.

¿Esto se debe a la forma en que se formó nuestro sistema solar o es un fenómeno físico observado en otros sistemas?

En la etapa de estrella del sol, estaba rodeada por una nube de gas (giratoria). Esta nube se comportó como un fluido (bueno, un gas es un fluido), por lo que se aplanó en un disco de acreción debido a la conservación del momento angular. Los planetas finalmente se formaron a partir del polvo / gas en el disco por la compresión del polvo en el disco. Este proceso no terminará moviendo el polvo del plano (toda la fuerza de gravedad vertical está hacia el disco), por lo que el planeta final también está en el plano.

¿Por qué un disco de acreción tiene que ser plano? Bueno, en primer lugar, imaginemos la protostar y la nube de gas antes de que se forme el disco de acreción. Por lo general, tal configuración tendrá partículas girando en su mayoría en una dirección. Los que giran en órbitas retrógradas terminarán invirtiéndose debido a colisiones.

En esta esfera de gas, habrá un número igual de partículas con velocidades verticales positivas y negativas (en un punto dado en el tiempo; debido a la rotación, los signos de velocidad cambiarán). A partir de colisiones, eventualmente todas se convertirán en cero.

Una partícula que gira alrededor de un planeta siempre girará de tal manera que la proyección en el planeta sea un gran círculo. Por lo tanto, no podemos tener una partícula con velocidad vertical cero pero con una posición vertical distinta de cero (ya que eso implicaría una órbita que no es un gran círculo). Entonces, a medida que disminuye la velocidad vertical, también disminuye la inclinación de la órbita. Eventualmente conduce a un disco de acreción con muy poca extensión vertical.

Un argumento simple por el cual la nube de gas que orbita el Protosun formó un disco es el siguiente.

Hay dos propiedades características de esta nube de gas: su energía total y su momento angular total. Mientras se conserva el momento angular, la energía no: la radiación reduce la temperatura del fluido y, por lo tanto, la energía. Finalmente, la nube se establece en un estado de energía mínima en un momento angular dado y ese es un disco en rotación circular (de modo que la mayoría de la energía cinética [incluido el calor] está en componentes de velocidad que contribuyen al momento angular total).

La redistribución del momento angular entre los elementos de gas en el disco conduce a un transporte hacia el exterior del momento angular y al transporte hacia el interior del gas, lo que resulta en una acumulación en el Protosun.

Imagine una partícula que iba contra el grano, ya que en ella se retrógraba en relación con las demás. Es muy probable que en el transcurso de millones de años se estrelle contra cosas que van en la dirección opuesta y cambie su propia dirección para que coincida con la mayoría.

Lo mismo se aplica a las órbitas no planas, una partícula que viajó en una órbita polar en relación con el "ecuador" del disco de acreción eventualmente se estrellaría en suficientes cosas para cambiar su camino para que coincida con la mayoría.