צאו החוצה וחישבו על האוויר שסביבכם: הוא אף פעם אינו דומם לחלוטין. לאוויר שני סוגי תנועות. האחת היא התנועה המיקרוסקופית של המולקולות האינדיבידואליות – לכל מולקולה יש מהירות אקראית שתלויה בטמפרטורת הגז. התנועה השנייה היא מאקרוסקופית, או בקנה מידה גדול. האנרגיה של השמש גורמת לאוויר לנוע במרחבים גדולים. תנועות סיבוב של האוויר יכולות להתרחש בכל כיוון, ובכל קנה מידה – החל במערבולת אבק קטנה בחצר ועד סופת הוריקן הנעה על פני מאות קילומטרים! ניתן להבין את זאת טוב יותר בעזרת ניסוי פשוט באמצעות כוס קפה. מערבבים את הנוזל במרץ, אבל באופן אקראי ככל האפשר. אחר כך, יש להמתין רגע ולטפטף טיפת חלב. שימו לב כי החלב מסתובב בצורה חלקה בכיוון אחד. תופעה זו מתרחשת משום שסכום כל התנועות האקראיות הוא סיבוב כללי קטן בכיוון זה או אחר. האפקט שרואים בספל הקפה, ובדפוסי הרוח של האטמוספירה של כדור הארץ ניתן לראות גם במערכות הגדולות ביותר ביקום.
באדיבות NASA
בענן גז מפוזר בחלל יש שני סוגיי תנועה. אטומי הגז או מולקולות הנעות במהירויות אקראיות המתאימה לטמפרטורה שלהם, אבל לענן יש גם כמות קטנה של סיבוב כולל. הרעיון הוא שבעזרת התנע הזוויתי ניתן לנבא מה יקרה לענן גז ואבק בקריסה.
תנע זוויתי הוא הכמות שמודדת את התנועה הסיבובית הכוללת של המערכת. התנע הזוויתי קשור בכמות חומר המסתובב, בקצב סיבוב, ובדרך שבה מפוזר החומר המסתובב. מתמטית, התנע הזוויתי הוא תוצר של המסה, קצב הסיבוב והגודל הרדיאלי של הגוף או של המערכת, L = r × m v.
עיקרון רב עוצמה של הפיזיקה, הנקרא חוק שימור התנע הזוויתי, קובע כי הסכום הכולל של התנע הזוויתי נשאר קבוע כאשר המערכת משתנה. משמעות הדבר היא שאם הגוף מתכווץ, קצב הסיבוב שלו חייב לגדול כדי לפצות על הגודל ההולך וקטן. אתה בטח מכיר את הדוגמה של מחליקים על הקרח המגבירים את קצב הסיבוב שלהם כאשר אוספים את זרועותיהם.
אפקט דומה נראה בחלל, אך הוא מורכב קצת יותר. תחילתו של כוכב בענן גז ואבק המתחיל להתכווץ, קצב הסיבוב חייב להגדיל, כי התנע הזוויתי נשמר. באופן כללי, מערכת גדולה, המסתובבת לאט תהפוך למערכת קטנה המסתובבת במהירות. הקריסה מגבירה את קצב הסיבוב. אבל בענן המסתובב, הגז אינו מתמוטט באופן שווה בכל הכיוונים. גז יכול להתמוטט בקלות לאורך ציר הסיבוב או בניצב למישור הסיבוב. עם זאת, לאורך קו המשווה של הענן המסתובב, הגז פוגש בהתנגדות עקב סיבוב. אותה התנגדות לוחצת אותך אל דלת המכונית כאשר אתה מסתובב בעקומה חדה, או שומרת על המתיחות בחוט כאשר אתה מסובב חפץ מעל הראש שלך. לכן, ענן מתמוטט בכוון המקביל לציר הסיבוב ולאט יותר בכיוון קו המשווה שלו, אפקט הדוחס אותו לצורת דיסקה.
התיאוריה העוסקת בהיווצרות כוכבי הלכת בדיסקה צריכה לקחת בחשבון תכונות רבות של מערכת השמש. אבל יש שׂאור בעיסה: השמש נושאת מעל 99% ממסה של מערכת השמש, אבל פחות מ- 1% של התנע הזוויתי. השמש אינה מסתובבת מהר כפי שהייתה צריכה, בהתחשב במהירות המסלולית של כוכבי הלכת. מה הבעיה? כאשר קרסה הערפילית הטרום-כוכבית, החומר הרחוק מהמרכז זז לאט, מהירותו הלכה וגדלה ככל שהחומר התקרב למרכז. לכן החומר במרכז, שיצר את השמש, היה צריך להסתובב במהירות גבוהה. לחילופין כוכבי הלכת איכשהו רכשו "תוספת" של תנע זוויתי, או שהשמש "איבדה" בדרך כלשהי תנע זוויתי. מדענים תומכים כיום בתיאוריה כי השדה המגנטי של השמש יצר אינטראקציה עם חלקיקים מהירים תוך "בלימה" של מהירות הסיבוב של השמש.
Author: Chris Impey