星系为什么是圆盘状的？

星系为什么是圆盘状的？

简单来说是不同方向的物质相互碰撞，便渐渐统一了方向。宇宙大爆炸没多久，由于局部的不均匀，物质在引力作用下开始聚集，而星系起源于一个个聚集的中心。物质掉向各聚集中心、绕中心运行，最初它们的运动方向是杂乱无章的，之后不同方向的物质互相碰撞、趋于统一，统一的结果就是绕着一个共同中心、按相同方向公转，于是成了今天的圆盘状。

而星系的旋转方向源自这些物质随机的角动量和，在收缩过程中转得越来越快，就像溜冰运动员原地旋转，双手并拢就转的更快。

并不是所有的星系都是圆盘状的，也有椭球形的星系。实际上，如果我们能看到的“星系”不光有星星的话，我们很可能会发现，暗物质的分布也是椭球形的。椭球星系和暗物质，和我们熟悉的圆盘星系，区别在哪里呢？区别在有没有气体和尘埃。凡是椭球星系，气体和尘埃含量都很低。

气体和尘埃云的特点是占地方很大。两颗恒星在太空中相撞几乎是不可能的，但两坨尘埃云撞在一起非常容易。小颗粒撞击常常是非弹性的，撞上之后最大程度地动能和动量抵消。所以，人造卫星可以朝各种方向飞，但一个到处都是气体的星系，各种方向飞会导致很多撞击，最后抵消了。但抵消不是万能的，初始如果总角动量不为零（实际上正好为零的概率非常低，总会剩下一点儿），这个旋转消不掉。

所以在保留旋转的情况下，最大程度地降低系统内能量的方式，就是圆盘。这样既把能抵消的运动都抵消了，也降低了天体之间的势能，是能量较低的稳定状态。如果两个人造卫星相撞，能量丢失的结果是大部分碎片落回地球；如果尘埃相撞，大部分会落到中央堆起来。实际上恒星就是这么形成的。大部分尘埃最后都到中央了，极少数逃逸，剩下的就继续绕着转。

当然这并不完美，等到体系里气体和尘埃少到一定程度的时候，它们就很难通过相撞来降低能量了。这是太阳系外圈行星不太满足圆盘的原因之一，也是银河系依然很“厚”、没有真的在同一个平面上的原因之一。

回到开始，虽然恒星之间相互作用很困难，但恒星一开始也是气体云变来的，所以大部分恒星在形成之前就差不多坍缩成近圆盘了。但椭球星系一般都很古老，可能没有足够的时间让恒星在形成之前以气体形态发生星系级别的平面坍缩，所以保留了更多“原始”的立体面貌。而暗物质则是根本就不怎么相撞的，所以它们的分布应该还是近似椭球。

为什么星系是圆盘状，看这个答案：为什么八大行星处于近乎相同的轨道平面？

那只是角动量守恒的一个结果。那是因为原初星云的运动状态决定的。如果我们可以回到那个时候，并且加以改造，一样可以作出不在一个平面内的星系。但是我们人类发射人造地球卫星，只要满足牛顿运动定律，朝那边发射不一样呢，地球转与不转，对卫星来说没什么影响。卫星受到的力只是万有引力，一个有心力场，地球怎么转都无所谓，就算地球一会向左转，一会而向右转，一会儿向上转，一会儿向下转，那也无所谓。

所以我们发射卫星，除了特殊要求（比如同步卫星什么的），怎么发射都无所谓的啊。

仔细展开来讲的话这是个挺复杂的问题。例如 @Ent 答案里面提到的小分子“碰撞”。一个比较容易看到物理意义的说法是动量转移，因为开普勒轨道上的物体的轨道的变化是由动量变化决定的。粒子之间由于热运动碰撞耗散能量是原因之一，然而这种碰撞能量耗散非常非常慢。这种动量转移是在分子热运动层面，取决于气体之间的角速度（和半径）差异。

实际上动量转移有一种更加有效的方式，就是 turbulence，气体乱七八糟的乱动，动量小的其他跑到动量大的气体中，这样的动量交换从更加有效。另外需要补充一下暗物质。暗物质实际上可能大部分是在偏心率非常非常大的轨道上的，也就是说实际上在远处“看”起来就像一堆东西几乎直线掉进星系中心附近，然后从另一侧出来，然后速度越来越慢，再从掉回到星系中心。大致如此。