登陆注册
444700000041

第41章 太阳的起源和演化

人类对太阳系起源的研究可追溯到17世纪中叶,迄今已经提出了40多种学说,各种学说所讨论的问题主要是:太阳系是何时,由什么物质,以什么方式形成的行星、卫星等是如何产生的太阳系的结构和运动特征是怎样演变过来的关于太阳系起源的学说是建立在观测事实基础上的理论假说,各种假说的产生都有一定的观测事实为依据,但至今尚未有一种学说被科学界普遍接受。作为天文学家,只能根据已有的观测资料来研讨近50亿年前的太阳系演化过程。

 太阳系的主要特征

在长期的观测实践基础上,人们了解太阳系的结构和运动有如下特征:(1)太阳及各大行星及其卫星具有自转运动。(2)大多数行星自转方向与其公转方向一致。(3)大行星轨道具有同向性、近圆性和共面性,且轨道平面接近于垂直太阳自转轴的平面。(4)行星分布大致符合一定规则,即符合波得定则。(5)大多数行星都有卫星绕转,其中规则卫星的运动特点与行星系相仿。(6)太阳质量占太阳系质量的99.87%,而太阳角动量只占太阳系总角动量的0.6%。质量仅占太阳系总质量0.13%的其他天体的角动量总和,却占太阳系总角动量的99.4%以上。(7)行星在质量和大小方面的分布特点是两头小,中间大;行星密度分布的特点是类地行星较大,远日行星次之,巨行星最小。

 灾变说

法国动物学家布封在18世纪提出了第一个灾变说。他认为,在几万年前天空中出现了一颗巨大的、轨道特别扁长的大彗星,在经过太阳近日点时和太阳表面碰擦了一下,使得固态的太阳自转起来。这颗彗星撞破了太阳的表层,使内部炽热的物质流溢出来,速度大的物质逃逸出太阳的控制形成行星,行星在凝固以前又分裂出一些小块物质,这些物质形成卫星。现在看来,布封理论的错误是明显的,因为太阳并不是硬壳包着炽热的物质,而且再大的彗星和太阳相撞也不会改变太阳的运动,因为彗星的动能太小了。但是布封是位勇敢的人,他在考虑太阳系起源的时候没有把上帝放在眼里,因此教会曾经传讯过他。布封的灾变说虽然没有被接受,但是19世纪甚至到了20世纪40年代还有人不断提出灾变说,不同的是把彗星改成恒星。灾变说最终没有作为正确的理论被人们接受,是因为在宇宙中两颗恒星相撞的几率几乎为零,两颗恒星长达1015年才有一次碰撞,而宇宙的年龄只有1010年。

 星云说

康德认为,太阳系是由一团原始星云演变来的,星云由大小不等的固体微粒组成,由于万有引力作用使得微粒相互接近,颗粒大、密度大的吸引颗粒小、密度低的,渐而形成大的团块,这些团块周围的微粒又陆续被吸引到团块上,使团块增大。在引力最强的中心部分吸引物质最多,结果最大的团块先形成了太阳。向吸引中心垂直下落的微粒具有相互排斥作用,微粒由于碰撞会改变运动方向,变为斜着下降,形成绕吸引中心——太阳的圆周运动,并逐渐在太阳周围形成一个转动着的云盘,在云盘中又逐渐形成几个引力中心,这时的原始星云已演变成一个以太阳为中心的巨大旋涡。在旋涡中,微粒在互相冲撞的运动中达到平衡,这就造成了由云盘聚集成的行星彼此沿同向作平行运动。行星的卫星也以同样的方式形成。

获得很大成功的是拉普拉斯提出的星云说。拉普拉斯认为星云是一团庞大的、炽热的气体星云。这团星云在宇宙中缓慢自转,由于温度下降而收缩,自转加快,在引力与离心力的共同作用下,星云逐渐变为盘状。当离心力增大可与引力抗衡时,一部分星云留在原处形成圆环状的星云,如此的过程可以形成与行星一样多的圆环。中心物质形成太阳以后,环内物质集聚在密度最大的地方演化成一颗行星。拉普拉斯在计算中还考虑了温度变化,其理论几乎可以解释当时所知道的太阳系的一切重要性质,以至于使许多人认为太阳系起源的问题已经解决了。康德、拉普拉斯的星云说称为古典星云说。

虽然拉普拉斯和康德的星云说有许多不同之处,但均认为太阳系中的各天体是由同一个原始星云形成的,因此人们把这两个星云说称为康德—拉普拉斯星云说。

 俘获说

随着海王星和小行星等太阳系天体的新发现,天文学家认识到星云说的理论缺陷,特别是它不能解释太阳系角动量分布异常问题(所谓角动量是描述物体转动状态的物理量,它等于物体的质量乘运动速度再乘以到转动中心的距离,常表达为J=r×mv)。按星云说的看法,由于收缩,原始太阳系星云自转加快,这是符合角动量守恒定律的,因为收缩后物体各部分到旋转中心的距离缩短,因此角速度加快,就像一位花样滑冰者在旋转时把张开的双臂收拢,转速便加快。实际观测表明,太阳现在的转速并不快(平均大约27天自转一周)。为什么太阳系形成的时候太阳转得很快,现在为何转慢了

康德—拉普拉斯假说因无法解释太阳和各行星之间动量矩的分配问题,因此在20世纪初,灾变说又盛行起来,这一假说的代表人是英国天文学家金斯。他认为,形成行星的原始物质,是由于有颗行星偶然从太阳身边走过,把太阳上的一部分东西拉了出来的结果。因这次的经过非常近,完全可以看作是一次碰撞,太阳受到它起潮力的作用,从太阳表面抛出一股气流,气流凝聚后,变成了行星。这一假说有许多变种,像美国天文学家钱伯非等人提出的星子说;杰弗里斯的恒星与太阳相撞说;利特尔顿认为太阳原是双星,因受第3颗星的引力作用,分出物质,形成星系;霍伊耳认为是太阳伴星作超新星爆发时,一部分物质被太阳捕获而形成星系,等等,都属于灾变说。这一假说,足足占据了天文学家们的头脑达30年之久。最近几年,灾变说又复活起来,沃尔夫森就是这一观点的拥护者,他的最新观点认为形成行星的气流是从掠过太阳的太空天体中抛射出来的。

“俘获说”也面临着类似“灾变说”遇到的俘获概率问题,即太阳在银河系中俘获质量足够大的星云的概率太小。

 现代星云说

20世纪中叶以来美国、前苏联、英国、德国、日本和我国的天文学家提出的关于太阳系起源的新的的星云说(图2-47)各具独特见解,但也有许多相同之处。这里仅简述新星云说的综合模式。

现代星云说示意图所有的星云理论都认为,首先存在一团质量巨大、密度均匀的恒星际气体——尘埃云,气体中的粒子处于无序运动状态,因而湍动得以存在,结果使净自转和角动量很小。星云在自身引力场的影响下逐渐收缩并在不断收缩过程中越转越快。大概在这时,有一部分气体和尘埃旋转到外面,它们在星云的外缘形成彗星。

星云继续收缩,自转速率增高以维持角动量不变。星云早已不再是当初那样一团混浊的物质,而成为一个扁平的球形,密度很大的中央隆起后形成了原太阳。这时,整个星云的密度已开始增大,于是尘埃粒子得以集结成更大的粒子。当原太阳的引力势能转变成为热能时便开始辐射热量,结果靠近正在辐射热量的原太阳的粒子丧失了它们的挥发性物质,而距离较远的粒子由于中间有星云阻挡而没有受到中心辐射的作用。

当这种过程继续进行时,粒子吸积成像小行星那样大的星子。由于引力吸引不断增大,星子的体积也不断增大。当这些星子把位于它们的轨道所在区域的星云吸引过来时,便成长为原行星。原行星通过引力吸引获得了气态外壳,而靠近原太阳的那些原行星由于受到原太阳的潮汐力其速率减慢下来。后来把内侧的类地行星和外侧的类木行星分开的那个区域,受到了来自类木原行星的引力摄动,因而在这个区域没有行星形成,而是形成了小行星带。

现代星云说较之康德—拉普拉斯星云说,有了很大的进步和发展。早期星云说只考虑了万有引力作用,而现代星云说则考虑了电磁作用、引力作用、星云演化过程中的湍流作用和化学作用,它保留了原始星云说中太阳和行星由同一星云物质形成等合理成分,并吸收现代天文学和物理学的成果,从而可解释较多的观测事实。现代星云说仅大体上说明太阳系的结构和运动特征,其中仍有许多细节尚待研究。

同类推荐
  • 纳米研究

    纳米研究

    科学是人类进步的第一推动力,而科学知识的普及则是实现这一推动的必由之路。在新的时代,科技的发展、人们生活水平的不断提高,为我们青少年的科普教育提供了新的契机。抓住这个契机,大力普及科学知识,传播科学精神,提高青少年的科学素质,是我们全社会的重要课题。科学教育,是提高青少年素质的重要因素,是现代教育的核心,这不仅能使青少年获得生活和未来所需的知识与技能,更重要的是能使青少年获得科学思想、科学精神、科学态度及科学方法的熏陶和培养。科学教育,让广大青少年树立这样一个牢固的信念:科学总是在寻求、发现和了解世界的新现象,研究和掌握新规律,它是创造性的,它又是在不懈地追求真理,需要我们不断地努力奋斗。
  • 天外宇宙发现总集

    天外宇宙发现总集

    在晴朗的夜晚,当你抬头注视星空世界时,你可曾想过,在地球以外的星球上是否也有生命存在?为了揭开这个千古之谜,天文学家们费尽了心机,希望找到人类的天外知音,哪怕是原始生命也好。这样,人们很自然地就把目光集中到地球的近邻——火星上了。
  • 描绘人体地图

    描绘人体地图

    从清晨听到第一声问候,到夜晚渐人香甜的梦境;从一个新生命降临人世,到体内最后一个细胞走向死亡,我们的身体犹如一座神秘莫测的迷宫,在每一个岔路口和转弯处都隐藏着生命的符号和健康的密码。《探索世界:描绘人体地图(彩图版)》将帮助你绘制一张详尽的地图,带领你走近我们熟悉又陌生的身体,了解我们自己。
  • 21世纪不是梦

    21世纪不是梦

    ,本书内容包括:我们的地球;时光之箭;世纪末的宣言;中国21世纪议程;大国;土地。发展的基础;倾听大地;话说五谷杂粮;流水,发展的源泉等
  • 飞碟探索30年

    飞碟探索30年

    将《飞碟探索》自创刊起,30年来的所有有关飞碟的尘封的或最前沿的珍贵资料悉数整理披露,首次集结成书权威曝光!40万字精华、经典记录,近百位专家、发烧友目击、研究纪录,并配有数百幅珍贵飞碟秘照,向读者系统、全面、直观地解读中外飞碟探索之旅。维基解密、霍金理论、地下实验、争议目击、神秘劫持……起源!事件!风声!秘密!真相!国内第一飞碟杂志30年研究精华结晶!为您一一探秘飞碟及外星人的前世今生。这是一本足以让飞碟“发烧友”大呼过瘾的飞碟圣经。
热门推荐
  • 傻子王爷无情妃

    傻子王爷无情妃

    一只毒蝎子,彻底断送了她年轻的生命!别人只知道,那个软弱没主见的女人被迫嫁给一个痴傻呆闷的七皇子。殊不知,她早已不再是“她”!面对痴傻只会憨笑的美男,她气愤难填!你傻,本美女就医好你,谁知医好后,遭到嫌弃,却换来一纸休书,气愤之下,她恨不得与他同归于尽……
  • 琴瑟

    琴瑟

    一对在城市中打工的夫妇,尽管小说也写了他们在城市中生活的不易,围绕着一日三餐、夫妻二人各种生活而来,萦绕着驳杂的烟气,湿气和人气。但这些还只是背景,小说重心在于写妻子的一次精神出轨,她看见城市中成功的男子引起了一系列心理的变化,并显诸梦中……
  • 豪门婚劫之复仇新娘

    豪门婚劫之复仇新娘

    我爱的人为了我举行瞩目的婚礼,新娘不是我。那时的我正躺在陌生人的床上与之纠缠,眼看着自己堕落。幕少城说因为太爱我,所以不能接受我,我一巴掌甩在他脸上。男人:虚伪。我的父亲不要我,我的男朋友抛弃我,我的买主践踏我。我依旧乐观的活着,因为我相信人在做,天在看。秦子昊说他不爱我,但是迷恋我的身体,我一脚踹在他身下。男人:肮脏。当支撑我的信念倒塌时,当真相血淋淋的摆在我面前时,我所有的坚强瞬间崩溃。我要把那些将我拒之门外的所谓豪门搅得天翻地覆。“幕少城,我明天举行婚礼,希望你能参加。”我平淡无奇的说完,递上了鲜艳的请帖。他跪在我面前求我不要结婚,我踢开他,笑着转身离开。躺在血泊里,我紧紧捂着小腹,“秦子昊,我肚子里的孩子其实是你的,你亲手杀了我们的孩子。”说完我张狂的笑,我看到秦子昊的脸由青变白。爱的起点,恨是终点;性的起点,是否会有终点?【卷一:今日种种,似水无痕】【卷二:明夕何夕,君已陌路】五年后:秦子昊领着一个粉妆玉琢的小男孩站在我面前,“陈筱雅,这是我儿子,三岁了。”男孩笑着叫我‘阿姨’。街头偶遇幕少城,他正在为他身边的女孩拉上外衣的拉链,笑着向我介绍说:“我老婆,我们结婚两年了。”蓦然回首,物是人非,还有谁在原地等我?【本文基调悲伤,但不是悲剧。】纯属虚构、禁止模仿◆◆◆◆推荐新文《失婚》“宏正集团总裁深夜幽会嫩模”“宏正集团总裁车中拥吻女星”“宏正集团总裁与某高校校花酒店开房”层出不穷的花边新闻让他们的婚姻亮起了红灯。她一直想无视,身边的人却逼着她去直视。结婚三年,他是个称职的丈夫,每晚按时回家,对她有求必应,珠宝首饰从未间断。她总想,倘若生活就这样持续下去,或许也是一种平静的幸福。只是最近发生的事仿佛已经脱离了原先的轨道。他开始周游在风流的国度,艳事不断,频频上报。这一切来得太过突然,她完全招架不住。嫁给雷煜城三年,三年的风平浪静之后终究还是迎来了暴风骤雨。离开,让事情变得更简单。遗忘,是无法改变的一种宿命。苏静柔:如果时间可以倒转,我好想回到儿时,那时你还是我的煜城哥哥。雷煜城:我以为埋藏在心底的是最爱,原来时间早已冲淡了一切。是她教会我这个道理,然而明白时,她已永远离开,只是那清脆的‘煜城哥哥’总不经意间回荡在耳际。
  • 半朵青莲

    半朵青莲

    沈青婵,人称“半朵莲”,不过是稍微不同,年纪轻轻就掌管着醉欢枝里的各色美人。醉欢枝也不过就是个烟花之地,为何惹得几位皇子天骄频频光顾?美人三千,如花美眷,缘何心思各异,自怀鬼胎?到底谁是谁的棋中棋?谁又是谁的谍中谍?一曲青莲舞,婀娜尽姿色。且看性格独具的烟花主事如何翻转半璧江山。《半璧青婵》现更名为《半朵青莲》,每天晚上8:30分左右更新,请大家继续支持关注,谢谢。
  • 俏农女

    俏农女

    她本是聪明机灵胆识过人,却独爱管家儿子的现代千金一朝穿越竟成了五岁小村姑……开始贫寒奋斗史!一穷二白要上进,爹爹竟把她许给放牛娃婚姻大事我做主,居然招来了小金龟定亲一朝得罪权贵惹来家门之祸,爹爹发配边疆,娘亲跳了望夫崖……债主上门,姐姐被卖,伯父伯母趁火打劫,霸占家产,气死祖母,祖父也一病不起……小村姑要逆天,坚强勇敢自强不息。挖野菜,做刺绣,养池塘。上孝长辈,下供哥哥读书,照样活得风生水起!**********片段①**********“若玉开心,便是乐事。”小金龟惊鸿一笑,昔日定亲本当如此。“从今往后,我的开心就是你的开心!所以你天天都会开心……”稚子童言,她对他又说又笑。**********片段②**********“丫头,我想到你就觉得很甜,害得我蛀牙,每天晚上疼得睡不着。”某男目光灼灼,心若热铁,赤红透亮。“我知道啊,可我只负责赚钱养家。”某少女身价倍增,食指点唇突发奇想,“不然我屈尊降贵给你拔牙!”热铁掉进冰水,‘嗤’一声,灭个干净……**********片段③**********雪地里留下两行一大一小的脚印,深远绵长不见尽头,两人牵手回望。某后俏皮一笑,“像是一辈子。”某帝揽她入怀,“就是一辈子!”
  • 袖手天下美人谋

    袖手天下美人谋

    十岁入宫,即已深知愁滋味。锦衣玉食敌不过宫墙内的孤独。有我在的地方,就要有你。喜怒无常的他,曾几何时,是她唯一的温柔,唯一的爱恋。幸福的时光,总是转瞬即是,他却一直陪伴着她,仿佛要到地老天荒。原来,这么快,就已经老了。
  • 双面猎犬

    双面猎犬

    《双面猎犬》里面讲了猎犬洛嘎和母豺达维娅共同患难后结成一家,朝夕相处。可洛嘎忘恩负义,被达维娅推进怒江而死。达维娅回到豺群,生下白眉儿便死去。白眉儿被-迫做了苦豺,地位低下,可他坚持不懈地努力活了下去,后来成为村长阿蛮星优秀的猎犬。
  • 东宫有本难念的经

    东宫有本难念的经

    宝庆十九年春,大佑国皇太子大婚,大将军之女入主东宫。一个不是淑女的将门千金遭遇一个不是文韬武略的中庸太子,到底是佳偶天成,还是冤家路窄?成婚一年不足,太子忽然休妻。迷影重重,生死茫茫,这样一来,还是不是大团圆结局?
  • 重生之阴阳鬼妻

    重生之阴阳鬼妻

    江希望,恐怕不会有人知道,自她在妈妈生日那天发生意外之后,她就再也不是一个普通人了,她的心已慢慢融进了并不属于她的鬼,幽灵,冥三阴界之物中--鬼灵珠内。所以她渐渐地变得强大起来!以前她很小白,后来的她开始有了超能力。轻功?草上飞?还是飞檐走壁?都不是!她开始可以操控一切,操控火,操控水,操控空气,操控世间万物,世间万物都是她的武器,后来她有了上天入地和其他特殊的能力,比如,透视眼,……,隐身算什么?她也会!鬼界,冥界,幽灵界,又算什么?她不是鬼,但她去得了!但是她有这些异能的代价,却是签了鬼契约带来的。这个契约将是她一生所累,一生所痛!如果她的男朋友没有移情别恋,如果她没有受这么重的情伤,她的这些能力就永远不会被激发出来,也不会被她使用,她永远只会当天真的小白,不会想到当女强。她江希望发誓,所有伤害的她的人终究不会有好下场。但是她最终抵不过命,因为她爱上一种毒,一种名为利用的毒,他叫鬼王明夜,他也叫商界天才明离晨。她远离不了伤害,却无力反击。……十年的时间,到底能不能改变什么,人心,财富,权利,还是一切。明离晨,商界精英,明氏集团少东家,未来的明氏总裁,性格:乐天开朗,待人真诚,助人为乐,如阳光般男子(十年前);明夜,鬼界鬼王,黑暗中的王者,性格:不择手段,阴冷无情,出卖利用,无所不用其极(十年后),这些都是他。他的这些改变都是因为她的父亲,他生前的好友。他为了复仇,所以引诱她签下了契约,利用了她。她与他相遇,是她躺在病床上的时候,他正在和她交易。他和她再遇之时,她忘记了他,他化成妖孽保安,企图用世上最厉害的武器--爱情伤她。以此来达到他报仇的目的。他说不只要她痛苦,还要让她全家痛苦。他一次一次在为她制造温柔的陷阱,让她的心慢慢为她沦陷,但他不知道在她为他沦陷之时,他的心也不小心掉了进去。在他和她的相处中,他开始有了心跳,有了感觉。精彩片段:片段一,交易中,第一次相遇,鬼界的相遇阴冷的男子对她冷笑道:"你签了它,你就可以活!"她不想签,但是不得不签。第二次相遇,人间的相遇她:"你好!"他:"你好!"片段二,真相总是知道的太晚,被利用却已深陷的人被伤得太深!无法挽回。
  • 不可不知的犹太人经商智慧

    不可不知的犹太人经商智慧

    在人生的道路上,不知要经历多少的坎坷。每一次的成功,也许都要经历唐僧取经般的九九八十一难。如果我们的生命真有无限长的话,即使把所有的路都走一遍都无所谓,但事实是生命有限,人生苦短,人生真正能够做事的时间不过是短短的几十年。鉴于此,我们编著了这套《不可不知丛书》,作为读者朋友面对现实生活的一面旗帜,来感召和激励人生,共同朝着美好的未来前进。