为何太阳系、银河系等天体系统观测到的形状基本为盘状而非球状？ 第1页

因为系统形成时存在角动量。

先说一个可能让阁下感到意外的事实：银河系只有在银盘一块是呈明显盘状的，而对银河系外围的晕族恒星的观测显示，银河系在较大尺度上实际是呈椭球状的

这个问题是典型的自引力系统演化过程问题。球状的自引力系统也是存在的，而且数量相当多，比如球状星团和很多E型、S0型星系。

自引力系统可以自发地形成椭球状，因为椭球状系统的能量最低，最稳定。这个事实已经在19世纪被德国数学家雅可比（Carl G. Jacobi，1804-1851）证明了。

那么为什么很多的天体系统都是成盘状呢？这是因为在很多自引力系统形成的过程中存在因具有角动量而导致的“薄饼”现象和耗散。

对于存在角动量的自引力系统（提一句，球状星团之所以是球状，就是因为其球对称n体运动的随机性而不存在以下过程），其径向质点将受到引力作用向系统中引力势较低的方向运动。实际上这个问题并不难想象，但这个问题直到1977年才被林家翘等人通过解无碰撞的Boltzmann方程在动力学上严格证明。他们继续得到，对于一个“无碰撞”的这样的系统，存在一个瞬间，系统中绝大部份的质点都分布于一个平面上。这被称为“薄饼”（pancake）模型。

由于能量及角动量守恒，这类无碰撞自引力系统经历着椭球－薄饼－椭球－薄饼…这样的过程。但无碰撞只是个理想情况啊。。。实际上，自引力系统可能是稠密的气体或等离子体；质点可能因为局域引力或碰撞而发生散射，这都会导致自引力系统的机械能发生耗散；而正是耗散使得系统失去了部分“薄饼－椭球”过程所需的能量。久而久之，能量逐渐消耗，系统也逐渐稳定在类似于“薄饼”的状态下。

现在的太阳系是由上述过程产生的原恒星盘形成的，原恒星盘的不稳定性使得盘内物质形成行星。这就是为什么太阳系内的行星多分布于一个平面上：太阳系来自一张大饼；在垂直于饼面的方向上，机械能接近于零。

而对于星系，情况要更加复杂：星系会受到暗物质晕的影响，星系并合及并合方式、星系际介质（IGM）的注入都会对星系的动力学特性产生不可测的作用。我必须说人类对简单的椭圆星系的动力学也才刚刚起步，大致认为椭圆形状的维持是由整体角动量作用不明显导致的；对银晕的研究也在如火如荼地进行，欧洲的Gaia和我国的LAMOST都在做这个方向。

不过有一点是确定的：这些系统为什么是扁的，角动量是要负责的。