太阳系的星球都在一个平面内吗？

说起太阳系的八大行星，我们脑海里可能会浮现出它们按照距离太阳由近及远排列成一条直线，或者围着太阳转动的样子。但你有没有想过，它们绕着太阳转动的轨道，是不是就像在一个光滑的桌面一样，都恰好在同一个平面上呢？

答案是：绝大多数情况下，是的，太阳系的八大行星轨道非常接近于一个共同的平面。 但要说“完全精确地”在一个平面里，那就要打个问号了。

为了把这个问题讲清楚，咱们得先聊聊什么是“轨道平面”。

轨道平面是什么？

简单来说，当你观察一个天体绕着另一个天体转动时，它会画出一条轨道。如果我们想象一下，用一张无限大的纸去“接住”这颗行星在它运行过程中留下的所有轨迹，这张纸就可以理解为它的轨道平面。对于太阳系里的行星来说，它们都在围绕太阳公转，所以它们的轨道平面都是以太阳为中心的。

为什么行星的轨道会这么“集中”？

这就要追溯到太阳系形成之初了。我们的太阳系，就像地球上的很多故事一样，有一个“起源”。太阳系最初是由一团巨大的、旋转的星际气体和尘埃组成的云团形成的，我们称之为“太阳星云”。

想象一下，这个云团不是静止的，它在旋转。当它开始坍缩，也就是收缩，变得越来越小时，它的旋转速度会加快。这就像花样滑冰运动员在旋转时收紧手臂会转得更快一样，这叫做“角动量守恒”。

在这个不断收缩和旋转的过程中，大部分物质都集中到了中心，形成了年轻的太阳。而围绕着太阳旋转的剩余物质，则逐渐被压缩成了一个巨大的、扁平的盘状结构，这就是我们常说的“原行星盘”。

行星，包括我们熟知的八大行星，就是在这个旋转的盘状结构中，通过物质的吸积（也就是小颗粒碰撞、粘连，逐渐长大）形成的。因为它们都在同一个旋转的盘状结构里诞生和演化，所以它们的轨道自然而然地就倾向于保持在那个盘状结构所在的平面附近。

八大行星的轨道平面有多“一致”？

我们通常会将地球的轨道平面定义为一个基准面，称之为“黄道面”。然后我们观察其他行星的轨道相对于这个黄道面的倾角。

你可以想象一下，如果行星轨道都在一个平面上，那它们的倾角应该都是零度。但现实是，虽然它们都非常接近，但还是存在一些微小的倾角差异。

水星： 是八大行星中轨道倾角最大的，大约是7度。
金星： 轨道倾角大约是3.4度。
地球： 我们定义黄道面就是以地球轨道为基准，所以地球的轨道倾角是0度。
火星： 轨道倾角大约是1.85度。
木星： 轨道倾角大约是1.3度。
土星： 轨道倾角大约是2.49度。
天王星： 轨道倾角大约是0.77度。
海王星： 轨道倾角大约是1.77度。

从这些数据可以看出，除了水星和金星之外，其他行星的轨道倾角都非常小，普遍都在2度以内，甚至0.77度和1.3度这样的小数值。总的来说，它们的轨道都紧密地聚集在一个相对狭窄的范围内，所以我们说它们“接近”于一个平面。

为什么不是“绝对”的平面？

尽管原行星盘理论能够很好地解释为什么行星轨道会聚集在一个平面上，但现实的太阳系也并非一个完美的、绝对的平面。这其中的原因也很多，可以从以下几个方面来理解：

1. 其他天体的引力扰动： 虽然太阳是太阳系中质量最大的天体，它的引力起着主导作用，但其他行星，尤其是像木星这样质量巨大的行星，也会对其他行星的轨道产生引力影响。这种“潮汐力”或者说“引力扰动”，会使得行星的轨道在漫长的时间尺度上发生微小的变化，导致它们的轨道平面产生细微的偏移。
2. 行星形成过程的复杂性： 原行星盘的形成和行星的吸积过程本身就是一个非常复杂和动态的过程。虽然整体趋势是向一个扁平盘状发展，但在物质聚集、碰撞和相互作用的过程中，也会产生一些小的偏差。
3. 长期演化： 太阳系已经存在了大约46亿年，在这漫长的岁月中，各种微小的引力作用会逐渐累积，使得原本非常接近的轨道平面产生缓慢而持续的偏离。

总结一下：

所以，如果你问太阳系的星球是否都在一个平面内，最准确的说法是：太阳系的八大行星轨道非常接近于一个共同的平面。这个平面大致是与地球的轨道平面（黄道面）重合的。 这种近乎共面的现象是太阳系形成初期，在旋转的原行星盘中演化而来的。虽然因为其他天体的引力扰动和形成过程的复杂性，行星的轨道平面并非绝对一致，但它们之间的倾角都非常小，使得我们观察时感觉它们就像在同一张巨大的画布上围绕太阳运动。

这就像是一群孩子围着操场跑步，虽然大家的跑道可能不是严格画出的一条线，但他们整体上还是在操场的范围内跑，而且大部分人的跑道都非常接近于操场跑道的样子。

网友意见

我们太阳系中每个物体的地图

穿过太阳系的道路是一条崎岖的道路。

小行星、彗星、行星和卫星以及各种由岩石、金属、矿物和冰构成的小天体在绕太阳公转时不断移动。与我们习惯看到的简单图表相比，我们的太阳系是一个令人惊讶的拥挤的地方。

在这个令人惊叹的可视化中，生物学家埃莉诺·卢茨（Eleanor Lutz）煞费苦心地绘制了地球太阳系中每个已知物体（直径 >10 公里）的地图，希望能帮助您进行下一次太空之旅。

数据驱动的太阳能系统

这个特殊的可视化结合了来自 NASA 的五个不同的数据集：

根据这些数据，Lutz 绘制了太阳系中超过 18,000 颗小行星的所有轨道，其中包括 10,000 颗直径至少为 10 公里的小行星，以及大约 8,000 颗未知大小的天体。

这张地图显示了每颗小行星在 1999 年新年前夜的位置。

地心引力

在绘制物体时，Lutz 观察到太阳系不是按直线距离排列的。相反，它是对数的，靠近太阳的物体呈指数增长。Lutz 利用这一观察结果在地图中将 18,000 个物体的不同轨道隔开。

她想象的是太阳的引力，因为大多数物体都倾向于被太阳系的内部吸引。这与艾萨克·牛顿爵士（Sir Isaac Newton）用来发展引力概念的观察结果相同，假设较重的物体比轻的物体产生更大的引力。由于太阳是我们太阳系中最大的物体，它具有最强的引力。

如果太阳不断地牵引行星，为什么它们不全部落入太阳？这是因为行星同时在横向运动。

如果没有这种横向运动，物体就会落到中心 - 如果没有向中心的拉力，它就会直线飞行。

这解释了太阳系中模式的聚集，以及为什么你穿过太阳系越远，距离越大，物体越少。

太阳系十大非行星

我们都知道太阳和行星是我们宇宙角落中最大的物体，但也有许多值得注意的物体。

虽然地图只显示了直径超过 10 公里的物体，但也有许多较小的物体需要注意。

太空地图集

这张地图是 Lutz 的许多与空间相关的可视化之一。她还在创建空间图集来展示她的作品。

随着我们越过地球边界越走越远，下次您在火星上错误转弯并发现自己迷失在小行星带时，她的工作可能会派上用场。

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