מדוע מסלולי כוכבי הלכת של השמש הם מעגליים?

שאלה: השאלה שלי קשורה למערכת השמש שלנו. מדוע המסלולים של כל כוכבי הלכת של השמש כולם נמצאים על מישור אחד, ומדוע הם דווקא מעגליים ולא אליפטיים?

תשובה: לגולש היקר שלום, מסלולי כוכבי הלכת אינם נמצאים במישור אחד בדיוק, אלא רק בקירוב. אם נתייחס למישור שבו נע כדור הארץ (שמו העברי הוא מישור המִלקֶה), הרי שמסלולו של אורנוס, לדוגמה, נטוי בזווית של 0.77 מעלות כלפיו, מסלול שבתאי בכמעט 2.5 מעלות, ומסלול כוכב חמה בכ-7 מעלות. ובכל זאת נשאלת השאלה, למה אין מסלוליהם של שאר כוכבי הלכת פזורים בזוויות אקראיות שונות ביחס למישור הנבחר, אלא מרוכזים בטווח כה מצומצם?  

התשובה נובעת מאופן היווצרותה של המערכת. בתחילה היה ענן בין-כוכבי של גז ואבק, שהחל לקרוס תחת משקל עצמו. כלומר, כוח הכבידה האוניברסלית, הפועל בין כל חלקיקי החומר, משך אותם אלה אל אלה. בממוצע, המשיכה התבטאה בשאיפה של כל חלקיק לנוע לעבר נקודה מרכזית אחת (מרכז המסה של המערכת). והנה, כאשר חלקיקים רבים מאוד של חומר נעים כולם לעבר נקודה אחת בהשפעת הכבידה, אין הם נעים בקו ישר, אלא בתנועה סיבובית מהסוג הקרוי לוליין (ספירלה). תוכל לראות זאת בניסוי פשוט: אחרי מילוי כיור במים, שליפת הפקק מאפשרת למים לרדת מטה לצינור הניקוז, ומיד נוצרת סביב הפתח מערבולת לוליינית.

כשמדובר בהיווצרות מערכת השמש, כל חלקיקי הענן הקדמוני קיבלו את התנועה הסיבובית הזו, ואז קרה דבר נוסף: הכוח הצנטריפוגלי שמקורו בסיבוב הביא לכך שהחומר התרכז במישור אחד, פחות או יותר, סביב מרכז הסיבוב. החלקיקים הקרובים יותר למרכז המסה הצטברו קרוב אליו עד כמה שאפשר, וכך נוצרה השמש. לגבי הרחוקים יותר, האיזון בין משיכת הכבידה אל מרכז המסה, הכוח הצנטריפוגלי הפועל כלפי חוץ, ומשיכת הכבידה שהפעיל כל חלקיק על כל היתר, גרם להיווצרותה של דיסקת ספיחה – מעין לוחית דקה ומסתובבת של חומר סביב הגוש המרכזי. חומר זה יצר בהדרגה את כוכבי הלכת ואת האסטרואידים, שנשארו בקרבת מישור הסיבוב גם אחרי היווצרותם, כיוון שלא פעל עליהם שום כוח שיוציא אותם ממנו.  

אבל למה תנועתם סביב השמש אליפטית ולא מעגלית? ובכן, יש לזכור שמעגל הוא מקרה פרטי של אליפסה, שבו האקצנטריות היא בדיוק 0 (והיפוכו של דבר, אקצנטריות מוגדרת בהקשר זה כמידת הסטייה של אליפסה מצורת המעגל המושלם). להלכה, אין שום סיבה שכוכב לכת לא ינוע במעגל מושלם סביב השמש. אבל התנאים הדרושים למעשה על מנת שמסלול מסוים יקבל דווקא ערך מסוים אחד של אקצנטריות (0), ולא כל ערך אחר, הם תובעניים ביותר: צורתו של ענן הגז והאבק המקורי חייבת להיות כדורית מושלמת; פיזור החומר בענן חייב להיות אחיד באופן מושלם; ובמהלך הסיבוב, חייב להיווצר כוכב לכת אחד ויחיד. כל סטייה מהתנאים הללו תתבטא בסטייה מהצורה המעגלית המושלמת של מסלול כוכב הלכת. לדוגמה, אם נוצרו שני כוכבי לכת במסלולים שונים, פועלת ביניהם משיכת כבידה בעוצמה משתנה בהתאם למרחקם זה מזה, וכבר אין לנו מערכת מושלמת. בהכרח, משיכה זו תסיט אותם במקצת מהמסלול המעגלי שאולי היה להם בתחילה. 

כמובן, מערכת השמש שלנו מלאה בגופים שונים ומשונים, בעלי מסות שונות ומסלולי תנועה שונים. בתנאים אלה, אי אפשר לצפות שהדינמיקה שלה תהיה מושלמת ותספק מסלול מעגלי לכל אחד ואחד מהם (או בעצם, אפילו לאחד מהם). למען האמת, מה שמוזר הוא שהאקצנטריות של כוכבי הלכת כה מעטה. לדוגמה, אם תיקח גיליון 4A ותשרטט עליו במחוגה מעגל מושלם, כך ששפתו תגיע קרוב מאוד לשולי הנייר; ואז תשרטט עליו אליפסה בעלת אקצנטריות זהה לזו של כדור הארץ (0.0167), כזו שציר הרוחב שלה עובר דרך מרכז המעגל ומגיע לשפת המעגל בשני קצותיו, לא תוכל להבחין בהבדל בין אורכו של ציר האורך לבין קוטר המעגל: עוביו של קו העיפרון יהיה גדול יותר מסטייתו של מסלול כדה"א מהמעגל המושלם.

למאגר התשובות - לחצו כאן

אנציקלופדיה ynet מכילה מגוון עצום של ערכים וחיונית לתהליכי למידה והעשרה כמקור מידע מוביל, אמין ובטוח. ערכי האנציקלופדיה נכתבים ונערכים על-ידי צוות עורכים מקצועי, ומשולבים בהם סרטונים, מצגות ועוד.

                             לרכישת מינוי לאנציקלופדיה ynet