Pourquoi les planètes de notre système solaire orbitent-elles dans le même plan?

(Oui j'exclus Pluton de cela de la même manière qu'il a été exclu pour ne pas être une planète)

En observant l'orbite des planètes du Soleil, elles semblent toutes relativement planes et à peu près toutes en orbite le long du même plan.

Est-ce dû à la façon dont notre système solaire s'est formé ou s'agit-il d'un phénomène physique observé dans d'autres systèmes?

Au stade protostar du Soleil, il était entouré d'un nuage de gaz (en rotation). Ce nuage s'est comporté comme un fluide (enfin, un gaz est un fluide), il s'est donc aplati en un disque d'accrétion en raison de la conservation de la quantité de mouvement angulaire. Les planètes se sont finalement formées à partir de la poussière / du gaz dans le disque suite à la compression de la poussière dans le disque. Ce processus ne finira pas par déplacer la poussière hors de l'avion (toute la force de gravité verticale est vers le disque), donc la planète finale est également dans l'avion.

Pourquoi un disque d'accrétion doit-il être plat? Eh bien, tout d'abord, imaginons la protoétoile et le nuage de gaz avant la formation du disque d'accrétion. Habituellement, une telle configuration aura des particules tournant dans la plupart des directions. Ceux qui tournent sur des orbites rétrogrades finiront par s'inverser à cause des collisions.

Dans cette sphère gazeuse, il y aura un nombre égal de particules avec des vitesses verticales positives et négatives (à un moment donné; en raison de la rotation, les signes de vitesse basculeront). Des collisions, elles finiront toutes par devenir nulles.

Une particule tournant autour d'une planète tournera toujours de telle sorte que la projection sur la planète est un grand cercle. Ainsi, nous ne pouvons pas avoir une particule avec une vitesse verticale nulle mais avec une position verticale non nulle (car cela impliquerait une orbite qui n'est pas un grand cercle). Ainsi, à mesure que la vitesse verticale diminue, l'inclinaison de l'orbite diminue également. Menant finalement à un disque d'accrétion avec très peu de propagation verticale.

Un argument simple pour expliquer pourquoi le nuage de gaz en orbite autour du Protosun a formé un disque est le suivant.

Il y a deux propriétés caractéristiques de ce nuage de gaz: son énergie totale et son moment angulaire total. Alors que la quantité de mouvement angulaire est conservée, l'énergie ne l'est pas: le rayonnement réduit la température du fluide et donc l'énergie. Donc, finalement, le nuage se dépose dans un état d'énergie minimale à un moment angulaire donné et c'est un disque en rotation circulaire (de sorte que la plupart de l'énergie cinétique [y compris la chaleur] est dans les composantes de la vitesse contribuant au moment angulaire total).

La redistribution de l'impulsion angulaire entre les éléments gazeux du disque entraîne un transport vers l'extérieur de l'impulsion angulaire et un transport vers l'intérieur du gaz, entraînant une accrétion sur le Protosun.

Imaginez une particule qui va à contre-courant, car elle est rétrograde par rapport aux autres. Il est très probable qu'au cours de millions d'années, il se brisera dans des choses allant dans la direction opposée et changera sa propre direction pour correspondre à la majorité.

Il en va de même pour les orbites non planes, une particule qui a voyagé sur une orbite polaire par rapport à l '"équateur" du disque d'accrétion finirait par percuter suffisamment de choses pour changer son chemin pour correspondre à la majorité.