為什么所有行星，都在同一個平面上運行，太陽系是扁平的？

如果你回想一下小時候在科幻課本里、或者在很多科普插圖上看到的太陽系模型，你可能會發(fā)現(xiàn)一個極其反直覺的現(xiàn)象：太陽系太“扁”了。

按理說，既然太陽在最中心，它的引力向四面八方發(fā)散，那八大行星不也應(yīng)該像蜜蜂一樣，有的從上往下飛，有的從左往右飛，形成一個亂糟糟的“毛線球”形狀嗎？

然而，現(xiàn)實情況卻極其整齊劃一：太陽系的八大行星，幾乎完美地躺在同一個二維平面上繞著太陽公轉(zhuǎn)，天文學(xué)家將這個虛擬的平面稱為“黃道面”。

為什么大自然如此癡迷于“扁平”？

今天就讓我們把時間倒回 46 億年前，去破解這場由物理學(xué)法則主導(dǎo)的宇宙級魔法。

在深入探討物理原理之前，我們先來感受一下太陽系到底有多“扁”。

天文學(xué)上，我們通常把地球繞太陽公轉(zhuǎn)的軌道平面作為基準面，規(guī)定它的傾角為 0 度，除了水星稍微有點“出格”之外，其他所有行星的軌道傾角都不到 4 度。

不僅如此，由于大家都在同一個平面上，所以從地球的視角往天上看，所有的行星幾乎都會沿著同一條線在夜空中穿行，這就是為什么占星學(xué)里會有“黃道十二宮”，因為太陽、月亮和行星，永遠只會在那幾個固定的星座背景前路過，絕不會跑到北斗七星或者獵戶座的領(lǐng)地里去。

要解釋這種極度的整齊劃一，我們必須回到太陽系出生之前。

大約在 46 億年前，我們的太陽系根本不存在，當(dāng)時在那片虛空之中，只有一團極其巨大、極其寒冷、且形狀毫無規(guī)律的由氫氣、氦氣和微量星際塵埃組成的云團，我們稱之為“太陽星云”，或許是因為附近有一顆大質(zhì)量恒星走到了生命的盡頭，發(fā)生了一場極其暴烈的超新星爆炸；這股爆炸的沖擊波像海嘯一樣掃過了這團原本安靜的星云。

受到了擾動的星云，其內(nèi)部的密度平衡被打破了。某些區(qū)域的物質(zhì)變得比其他地方更密集。在萬有引力的作用下，物質(zhì)開始向密度最高的核心區(qū)域墜落、坍縮，隨著越來越多的氣體和塵埃向中心匯聚，中心變得越來越重，引力也越來越強，坍縮的速度開始呈指數(shù)級加快。

就在這個坍縮的過程中，一個決定了太陽系未來形狀的終極物理學(xué)法則悄然啟動了。

這團星云在最初漂浮時，并不是絕對靜止的，它自身帶有一點點極其微弱的、整體的旋轉(zhuǎn)趨勢，這是由于銀河系的自轉(zhuǎn)和星際物質(zhì)的隨機碰撞造成的。當(dāng)星云在引力作用下開始劇烈收縮、體積變得越來越小時，物理學(xué)中一條最鐵的定律開始發(fā)揮威力：角動量守恒定律。

那團原本慢吞吞、亂糟糟的巨大星云，在坍縮的過程中，不可逆轉(zhuǎn)地變成了一個高速旋轉(zhuǎn)的“宇宙大陀螺”，當(dāng)星云的旋轉(zhuǎn)速度越來越快時，整個云團內(nèi)部的受力情況發(fā)生了極其戲劇性的變化，一場關(guān)于形狀的拉鋸戰(zhàn)正式打響。

在這個高速旋轉(zhuǎn)的球體中，我們可以把物質(zhì)分成兩個方向來看，沿著自轉(zhuǎn)軸的方向，物質(zhì)只受到一個力的作用，也就是向著重心的萬有引力，沒有任何力量阻擋它們，所以南北兩極的氣體和塵埃，像瀑布一樣毫無阻礙地向核心自由落體。

沿著赤道方向的物質(zhì)不僅受到向內(nèi)的引力，還因為高速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生了一種強烈的向外的“甩力”，這種向外的旋轉(zhuǎn)慣性，死死地抵抗著向內(nèi)的引力，南北極的物質(zhì)全掉進了中心，而赤道面上的物質(zhì)因為離心效應(yīng)被留在了外圍。

最終在經(jīng)過了幾十萬年的演化后，那團亂蓬蓬的球形星云消失了，取而代之的，是中心一顆因為極度高壓而點燃了核聚變的耀眼火球，以及圍繞在它周圍的一圈薄薄的、高速旋轉(zhuǎn)的氣體塵埃盤，也就是原行星盤。

在這張扁平的、致密的原行星盤里，充滿了無數(shù)微小的沙粒、冰晶和塵埃。因為它們都身處在同一個平面上，所以它們之間的相對距離非常近，就像是在一個平底鍋里炒豆子一樣。

這些微小的顆粒在旋轉(zhuǎn)中不斷發(fā)生碰撞。因為速度相近，這種碰撞不是毀滅性的，而是類似于“追尾”。它們像滾雪球一樣粘合在一起，塵埃粘成了石塊，石塊撞擊融合成為了小行星，小行星憑借更大的引力，清空了自己軌道上的所有碎片，最終長成了巨大的行星。

既然孕育它們的“溫床”本來就是一個二維的平面，那么從中孵化出來的八大行星，自然而然地就完美繼承了這個平面的軌跡，它們從誕生的第一天起，就被物理法則死死地錨定在這個被稱作“黃道面”的跑道上。

不僅如此，因為它們都脫胎于同一個旋轉(zhuǎn)的盤，這也解釋了太陽系的另一個極其整齊的現(xiàn)象：幾乎所有的行星，都在沿著同一個方向公轉(zhuǎn)；而且大多數(shù)行星的自轉(zhuǎn)方向，也和公轉(zhuǎn)方向一致，大家都是被同一股宇宙洪荒之力搓出來的兄弟。

如果你跳出太陽系，去看看我們在夜空中拍攝到的木星、土星系統(tǒng)，你會發(fā)現(xiàn)土星那極其華麗的星環(huán)，也是一個極其扁平的二維平面，這也是由角動量守恒和碰撞決定的。

如果你再跳得遠一點，去看看包含了 2000 億顆恒星的銀河系，你會驚嘆：原來整個銀河系，也是一個直徑長達 10 萬光年、厚度卻只有幾千光年的圓盤。

從微小的土星環(huán)，到我們的太陽系，再到龐大的星系，同一種物理法則，角動量守恒和引力的博弈，在宇宙的不同尺度上反復(fù)雕刻著同樣的杰作，所以大自然并不復(fù)雜，它只是極其堅定地執(zhí)行著最底層的邏輯。