第五篇：恒星和行星系的形成

第五篇：恒星和行星系的形成

行星系演化的学说

人类在对宇宙漫长的研究过程中不断地摆正了自己的位置。哥白尼以后，地球不再是宇宙的中心了，至于太阳则不过是我们太阳系的中心，太阳作为一颗恒星仅仅是我们所在的银河系——本星系中的一颗普通的恒星，而且也不在本星系的中央。

能够最先研究得较为详细的应当是太阳系本身——太阳和各行星的大小、距离、公转周期、自转周期……行星又各有几个卫星。当然，还有的行星有光环，还有一大群小行星，还有彗星……总的说来，它们都基本上处在同一平面上，按同样的方向旋转。

在天文学中最先提出的一个问题就是太阳系是怎样形成的，太阳系在宇宙间是不是唯一的（如果是唯一的，那地球上的人类也将是唯一的宇宙精灵）。作为真正的天文学家来说，他们从来不相信太阳是宇宙间的唯一的行星系，当然像人一样的智慧生物，也会在宇宙间别的星球上存在。问题就在于要解决太阳系是怎样起源的。

在早期，太阳系的起源和当时的天文观察水平相适应，也和当时科学认识的水平相适应。最早人们用望远镜看到了不少星云，有的是烟雾一样弥漫的，也有的是呈各种各样的旋涡形的。当时还没有认识到这些旋涡状星云是庞大的离我们极远的恒星系，与我们的太阳系不是一个尺度。但由这些观测还是产生了较早的太阳系形成理论，康德于1755年、拉普拉斯于1796年分别根据刚刚建立的万有引力定律提出了星云说——即太阳系是由一团气体星云形成的，因引力收缩而旋转，由于离心力的作用形成扁平的螺旋状，最后中心形成太阳，周围凝聚成行星。

以后就又有各种灾变学说。布封于1745年提出是一颗大彗星碰撞原始太阳，于是就飞溅出一些物质块形成行星系。1916年英国天文学家金斯提出十分流行的潮汐学说：当两颗恒星匆匆行近时，由于引力作用，由两颗恒星上各拉出一条雪茄烟状的物质长条，而当那恒星又匆匆离去时，这雪茄烟状物质就再也没有落回到太阳去，而是分段形成了各个行星。

实际上，只是后来对恒星的演化过程有了较深刻了解，在拉普拉斯星云说的基础上不断补充修正后，才有可能在恒星形成的过程中研究行星系的形成过程。如果说过去天文学家着重的是力学方面的问题（特别是角动量的分布问题，即占太阳系总质量99.865％的太阳只占太阳系的总角动量的0.6％不到，而占太阳系总质量0.135％的行星、卫星等却占太阳系的总角动量的99.4％以上），如今就不仅要考虑一个物理的（只从力学角度考虑）行星系，而且还要从化学的角度（化学组成、能源的产生）来考虑行星系。1952年尤里等不仅考虑了物理的因素，更进一步提出以化学为基础的行星本身演化的假说，从而为行星上进一步的生命起源和演化的研究打下了基础。

恒星和行星系的形成

关于太阳系（行星系）的起源和演化是与恒星的形成和演化过程同步进行的，200多年前康德-拉普拉斯的星云说所提出的模型和现代的理论基本是符合的，只是随着科学的发展而不断修正和补充，而且今后还将进一步修正。

在前面讲到恒星由原始星云形成的过程，在初始阶段还有些细节未能讲到。主要分为快收缩和慢收缩两个阶段，一开始引力占绝对优势，原始星云很快向内部收缩，中心的密度增加很快，

大约要几万年到上百万年就可以形成原恒星（质量越大，形成越快）。这时核心开始变得不透明，而温度也逐渐升高。

当温度升高到2000K时，氢分子开始分解成原子，吸收了大量的热量，又使得中心压力骤降，于是就塌陷成密度更大的内核。同时外部形成强烈的星风，阻止外围物质进一步落向核心。接下来就是慢收缩阶段，这阶段所经历的时间是几万年到十几亿年，直到核心温度升高到上万度，引发了核反应，这时恒星就形成了。

而在星云坍缩成恒星的过程中，盘旋于星核外围的物质碎块平展成太阳星云。接下来，太阳星云中的物质聚集形成行星体，这就是行星的前身。根据对地球和陨石的研究，这几个过程大约需要1.7亿年，而地球和陨石的年龄是47亿年。

天文学家应用电子计算机模拟计算了太阳星云中行星的吸积过程，曾经计算出许多不同的“太阳系”模型，结果都是太阳内侧的行星较小，而太阳外侧的行星较大，与我们太阳系的行星的实际分布情况基本符合。

我们看到，随着科学的进步和观测资料的日益精密，行星系的起源和演化的假说也就更加与实际相符合。在上述理论的基础上人们将会认识到有行星系的恒星决不是偶然现象，因为只要条件具备，恒星在生成的过程中就同时生成了行星系。

我们的银河系中具有中等质量的恒星大约有1010颗，保守的估计在它们当中1％有行星系，假如每个行星系有10个行星，则在银河系中约有109颗行星。那么将会有多少颗行星上会有生命存在？其中又有多少颗行星上会有高级的智慧生命？这就要研究更高层次的起源和演化问题——生命的起源和演化问题了。

而在探讨这个问题之前，我们还应该研究行星的演化和它们上面的物理和化学条件，实际上在这中间还有一个重要的进化问题要探索，那就是化学进化。对行星大小和距离的理论计算。在这些计算机实验中，模拟了太阳星云中行星的吸积过程。过程是随机的但服从有关的物理定律。计算机中的许多实验算出了许多不同的“太阳系”。它们都是在太阳系外侧有较大行星，在内侧有较小行星。计算出的资料可以和下面一行的实际太阳系相比较。

在行星的原始气氛中

上面我们已经讲述了从恒星到行星系的演化问题。根据演化的观点来看，生命应该是物质演化的高级阶段，同时也应该是普遍的现象。问题是生命是怎样产生的，这又是一个最重要的演化问题。

我们居住的地球上已经有由低级到高级的多种生物生存。这些生物是怎样产生的？显然这是在地球发展到一定阶段才产生的，并且是不断进化的。在这过程中，生命经历了从低级到高级的演化，一些新的物种产生了，另一些老的物种消失了。

要了解生命的起源，还应该从地球本身的起源和演化说起。而要考虑这演化过程，正如上面所说的不能仅仅考虑力学，更重要的是化学的演化。一般说来，原始太阳星云物质分为三大类：气、冰和岩石。“气”主要是氢和氨，约占原始太阳星云重量的98％；所谓“冰”，包括了碳、氮、氧、氖、硫、氩、氯等(大部分以氢化物形式存在，如甲烷、氨、水、氯化氢等)，约占总重