Il fatto che le orbite dei pianeti giacciono tutte sul piano
equatoriale del Sole è conseguenza dei processi che hanno portato alla
formazione del Sistema Solare; o forse, più propriamente, i modelli in
grado di spiegarla sono costruiti proprio tenendo conto di questo
importante dato.
Il modello attualmente accreditato viene chiamato teoria della condensazione,
secondo il quale il Sistema Solare è il risultato della contrazione di
una nube di gas e polveri. Questa nube aveva un rotazione veloce, e
pertanto, nel tempo, ha assunto una forma sempre più schiacciata fino a
diventare un disco. È lo stesso fenomeno per cui i pianeti non sono
sferici, ma rigonfi all’equatore. Il Sole ed i pianeti sono il
risultato della condensazione della materia che occupava il disco, e
pertanto giacciono tutti sullo stesso piano, e condividono lo stesso
moto di rotazione che era quello del dico progenitore.
Il vento solare (l’emissione di particelle ad alta velocità da parte
dal Sole), infine, ha provveduto a spazzare via quel che era rimasto
della nebulosa originaria, lasciando solo le parti condensate (i
pianeti).
Ma
vediamo più in dettaglio come mai si è formata la struttura a disco. La
nube era originariamente grossomodo sferica, e aveva un lento moto di
rotazione. Ad un certo momento, forse per l’esplosione di una
supernova, oppure per il disturbo gravitazionale delle stelle vicine,
la nube iniziò a collassare. Durante il processo di contrazione, la
velocità di rotazione aumentò, a causa della conservazione del momento
angolare (è lo stesso fenomeno per cui un pattinatore stringendo le
braccia ruota più rapidamente). Il momento angolare complessivo della
nube è data dalla seguente formula:
dove M è la massa della nube, ω è la sua velocità angolare di rotazione, ed R
è il suo raggio (assumendo una nube sferica ed omogenea). Il momento
angolare deve rimanere costante durante il collasso: ecco perché al
diminuire del raggio la velocità ω aumenta.
Quando
la nube raggiunge una velocità di rotazione sufficientemente elevata,
il gioco della forza di gravità e della forza centrifuga fa sì che la
nube si schiacci. La prima forza tende infatti a far cade la materia
verso il centro, mentre la seconda tende a mantenerla lontana. Siccome
la forza centrifuga è più intensa all’equatore che ai poli, la materia
ai poli tende a cadere verso il centro della nube, mentra quella
all’equatore può restare in equilibrio. Come risultato, rimane solo la
materia nelle regioni equatoriali, che forma un disco, mentre la gran
parte della nube è caduta verso il centro. Il Sole nasce proprio dalla
condensazione di tutta la massa raccolta al centro. Questo spiega anche
perché Il Sole contenga la maggior parte della massa complessiva del
Sistema Solare (il 90%), mentre contiene solo una piccola frazione (il
10%) del momento angolare totale.
Per una discussione più approfondita della formazione del Sistema Solare si può consultare questa risposta.